北斗车辆定位监控方案.docx
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北斗车辆定位监控方案
军用车辆北斗定位管理方案
一、概述
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。
系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度高，授时精度高。
2012年12月27日，北斗系统空间信号接口控制文件正式版1.0正式公布，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务。
北斗卫星导航系统和美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯系统及欧盟伽利略定位系统一起，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。
采用BD2B1/GPS/北斗L1双模模块，实现北斗/GPS/北斗双模卫星定位监控，结合汽车行驶记录 仪，信息显示屏，TF卡存储，打印机，驾驶员IC卡身份识别，语音通话，多媒体监控存储，多种数据接口。
汽车标准安装嵌入式结构设计，一体化结构。
完全符合国标GB-T19056-2012/ 部标JT/T794-2011标准和交通部《道路运输车辆卫星定位系统北斗兼容车载终端技术规范》的要求。
适合于交通部推广客车、货车和危险品车北斗应用的要求。
1.1系统设计目标及原则
1.1.1系统设计目标
通过对GPS/北斗应用需求的认真分析与仔细研究，确定以下设计目标：
车辆监控平台与TMS之间无缝对接，能够实现车辆状态实时查询，提升客户满意度。
系统设计为各类车辆分别提供各种专有报表，系统统采用分组管理，不同类型的车辆归入不同分组，便于管理。
保证系统安全的前提下采用国际通用的系统规范、传输协议和子系统接口，能比较容易的实现与其他系统的网络连接和数据共享以及系统扩容。
1.1.2系统设计原则
系统设计必须遵循以下原则：
1）经济高效性。
技术方案设计充分考虑市场经济原则，既有利于车辆的安全方便管理，又有利于降低系统投资成本，特别是运营成本，能够充分考虑主控中心的市场化经营模式。
2）系统的开放性。
系统设计遵循开放性原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，并支持二次开发。
3）系统的继承性。
最大限度利用原有部分设备，充分利用已有硬件设备和网络资源。
4）系统的可扩展性。
对系统终期容量及网络发展设想进行方案设计，实现平滑扩容。
对于不同的通信平台，只需要在主控中心分别设置一台前置设备进行数据交换即可实现连接。
降低系统维护升级的复杂程度，提高系统更新、维护、升级的效率。
5）系统安全性。
在互联网络中，防止非法用户享受服务，防止计算机病毒的入侵，总体方案中提出了对车辆智能调度系统的闭环检测及网管方案。
实现对整个网络的实时监控。
软件设计及数据调度中采用纠错冗余技术，保证系统安全及准确性。
6）系统经济性。
在技术方案中，在性价比最好的情况下尽量做到最低成本。
在考虑终端设备价格同时，还考虑了通讯系统运营费用。
7）系统高可靠稳定性。
为保证系统能良好运作，在满足各项功能的同时，车载设备、主控中心软硬件等必须有很高的稳定性和数据的安全和可靠性，充分考虑了当地通信条件对本系统的支持状况。
1.1.3系统设计要点
除GPS/北斗系统常规功能之外，以下为该服务系统的设计要求。
1）高可靠稳定性的保障。
2）兼容第三方设备接入。
3）开放性二次开发接口。
1.2总体方案设计
1.2.1系统总体结构图
主监控工作站负责对包括分控中心在内的所有车辆进行管理及监控，通过授权的各行业部门（如出租车公司、交警、运管等）也可监控全部或部分车辆；针对车辆数目较少，不必建设分控中心的单位可以通过建设监控工作站，直接接入省监控中心；对于个人用户，可通过网上查车系统管理及监控所属车辆信息，也可以通过手机短信查询车辆实时位置信息。
北斗
隐蔽安装在车上的车载设备（车台）与中心系统通讯完成系统功能，所有的移动车台都是通过GPRS/4G网络与主控中心通信，通信方式根据不同的车辆类型，可以采用GPRS/4G数据通信，为提高系统可靠性可以利用短消息作为部分数据通道备份。
系统的所有数据都是通过主控中心接收、处理和分发，主控中心与当地移动公司短信网关和GPRS网关间通过专线接入。
1.2.2系统逻辑结构图
结构说明：
系统在逻辑上分成五个层次：
通讯层：
通讯层是整个系统的通讯处理中心，与各种车载终端及分控中心实现数据交换、报文解析、链路维持等；从车台以及分控中心接收的数据从经过报文解析后，发送给业务处理层进行业务处理；接收来自于业务处理层的各种车台控制命令，按各类终端或分控中心的协议要求形成通讯报文发送给车台终端。
业务处理层：
业务处理层是整个系统的数据处理中心，对所有来自于通讯层的数据进行数据处理，并送往数据层进行数据存储；接收来自于业务功能层各种命令，并对这些命令进行各种数据处理，对于下行数据则需送往通讯服务器，最终命令车载终端执行相关命令。
业务功能层：
业务功能层是整个系统业务功能的实现，如实时监控服务、网上查车服务、车辆管理、报表管理等。
数据层：
数据层是系统的数据存储中心，只与业务逻辑层及业务功能层有数据交换，从而有效保护的数据的安全。
用户界面层：
包括各类客户端软件，如监控工作站等。
1.2.3网络拓扑结构图
该GPS/北斗服务系统的网络系统分为内部局域网和广域网两部分。
内部局域网包括省监控中心（主控中心）各类服务器及监控工作站；广域网包括互联网的接入、运营商专网的接入以及与分控中心的互联。
局域网采用星型拓扑结构，配置千兆三层核心交换机采用全集中的方式组网，各接入端设备采用千兆到桌面的千兆以太网技术以满足各业务应用系统对网络功能和性能的要求。
采用VLAN技术，可根据应用来划分不同的VLAN，通过三层交换机进行VLAN之间的访问与控制。
广域网的连接包括互联网的接入，及移动专线的接入。
分控中心、行政主管单位、相关企业用户及个人通过互联网访问GPS/北斗中心数据；各个车台通过移动线路，访问GPS/北斗数据中心。
在互联网的出口，设置千兆防火墙，来保护内部网络安全。
对外提供服务的网上查车、报表及管理服务器放置在DMZ区。
车台与GPS/北斗数据中心通过移动专线连接，在入口处设置一台防火墙，保证内部网络安全。
对前置机、通讯服务器采用负载均衡器来进行负载均衡。
本中心设置一台负载均衡器，采用划分VLAN的方式，分成多个逻辑负载均衡器。
分控中心前置机和GPRS/GPRS前置机均设置两台，分别利用负载均衡交换机的1个VLAN作为系统的负载均衡器。
两台通讯服务器同样利用负载均衡交换机的1个VLAN作为负载均衡器。
主要数据流向：
●车台上行数据：
车台→数据中心→防火墙→负载均衡器→GPRS/4G前置机→通讯服务器→业务处理服务器→数据库服务器。
●分控中心数据：
分控中心→防火墙→负载均衡器→分控前置机→通讯服务器→业务处理服务器→数据库服务器。
●监控工作站（位置查询命令/轨迹回放）：
监控工作站→业务处理服务器→数据库服务器。
●监控工作站（车辆控制命令）：
监控工作站→业务处理服务器→通讯服务器GPRS/4G前置机→车台。
●个人/企业网上查车（定位查询命令）：
IE→防火墙→网上查车服务器→业务处理服务器→数据库服务器。
个人/企业网上查车（实时定位请求）：
IE→防火墙→网上查车服务器→业务处理服务器→通讯服务器GPRS/4G前置机→车台。
1.3主控中心
主控中心是整个系统的控制中心，主控中心可以控制本系统中任何由中心注册的车辆，可以控制各分控中心的权限等。
主控中心提供整个系统唯一对外的通信接口（通讯服务），通讯服务器与短消息服务中心，GPRS接入网关、分控中心等连接。
主控中心拥有整个系统唯一的数据中心，统一管理整个系统的注册车辆。
1.3.1主控中心系统结构图
主控中心从功能上划分，可以划分为五个主要组成部分：
通信子系统、数据库管理子系统、业务处理子系统、WEB服务子系统、工作站操作平台。
通信子系统的主要设备包括通讯服务器、短信前置机、GPRS前置机以及分控接入前置机。
通信子系统负责整个系统与车载设备的通信，其中GPRS前置机通过GPRS网络直接与车载终端通过TCP/IP进行通信；短信前置机是在车载设备GPRS不在线的情况下，系统上/下行数据的备份数据通道。
系统短信接入可采用多种方式：
1）网关接入；2）网关代理接入；3）短信MODEM接入。
GPRS接入也提供多种方式：
1）CMNET；2）CMWAP；3）专网接入；接入方式可以根据与移动公司的合作协议而定。
存储子系统是系统的存储中心，负责整个系统的数据存储及备份。
主控中心中的通信子系统、数据库服务子系统、WEB服务子系统以及业务处理子系统的设备建议设在专用机房内，与操作平台分开，设专人管理。
终端平台可设在监控大厅内，可完成系统日常的一般车载设备管理和监控控制操作。
1.3.2主控中心设备功能
1.3.2.1通讯服务器
通讯服务器是系统通信层的核心设备，所有车载终端上行的数据和中心下行的数据以及与分控中心的通讯数据都必须通过通讯服务器。
具体功能如下：
1）接收来自短信前置机或GPRS/GPRS前置机的车辆终端数据，经过报文解析处理后，发送给业务处理服务器进行数据处理。
2）接收来自分控前置机的分控中心上行数据，经过报文解析处理后，发送给业务处理服务器进行数据处理。
3）接收来自于业务处理服务器的下行数据（包括车载终端下行数据以及分控中心下行数据），按不同的终端类型进行数据打包后，根据数据类型及车载终端当前状态，发往短信前置机或GPRS/GPRS前置机或分控中心前置机。
1.3.2.2短信前置机
短信前置机负责整个系统的所有短信接收以及发送，内置以下短信接入类型：
CMPP协议：
中国移动短信网关协议，支持CMPP2.0以上版本，可根据各地CMPP参数的不同进行各个设置。
SGIP协议：
中国联通短信网关协议。
短信代理：
由于短信代理无固定格式，需根据代理协议进行有针对性的二次开发。
短信猫：
TC35i等支持GPRS标准AT指令的短信猫。
1.3.2.3GPRS/4G前置机
GPRS/GPRS前置机实现各种厂家终端的GPRS/4G通讯接入，它是通讯服务器和车载终端通过GPRS/GPRS进行通讯的桥梁。
Ø实现中心与所有车载终端GPRS/4G链路的维护。
Ø接收来自车载终端GPRS/4G上行数据，对数据进一步封装后转发给通讯服务器。
Ø接收系统发给终端的下行数据，并转发给相应的终端。
1.3.2.4分控前置机
分控前置机负责各第三方GPS/北斗监控系统的接入，实现主控中心和第三方系统的互联互通。
主要实现以下功能：
Ø实现与各分控中心通讯链路的维护。
Ø定时获取各分控中心的车辆基本信息，实现主控中心与分控中心车辆基本信息的同步。
Ø接收来自分控中心的终端上行数据，经过进一步封装后转发给通讯服务器。
Ø接收系统发给终端的下行数据，并转发到终端所在的的分控中心。
1.3.2.5业务处理服务器
业务处理服务器是整个系统的数据处理中心，其主要功能如下：
1）对所有来自于通讯服务器的数据进行数据处理，并送往数据库服务子系统进行数据存储，如实时跟踪数据、报警数据等。
2）接收来自于监控工作站的各种命令，并对这些命令进行各种数据处理，对于下行数据则需送往通讯服务器，最终命令车载终端执行相关命令。
3）执行来自于网上查车的查车请求。
1.3.2.6WEB服务器–管理及报表服务
管理及报表分析子系统除完成车辆管理、用户及权限管理以外，是整个系统的数据分析中心，对各种数据进行统计分析，最终形成直接的统计报表。
主要完成以下功能：
1）车辆注册及管理。
2）用户及权限管理。
3）日志管理功能：
通过日志记录能够详细了解操作员对车载终端用户的各种操作过程以及操作的结果。
日志可以作为管理操作人员的依据，也可以为分析系统或设备故障提供参考。
可以对日志进行查询、保存和删除等。
4）各种分析报表。
1.3.2.7工作站操作平台
工作站操作平台是整个系统的用户中心，它可以实现对车辆的监控、查询、监听、报警自动显示、车辆轨迹回放、地理信息查询、车辆调度文本信息发送、车辆黑匣子数据查询，以及报表分析、车辆注册等功能。
包括以下类型的工作站：
1）监控工作站：
实际时车辆的监控、查询、监听、报警自动显示、轨迹回放、调度、车辆控制等功能。
2）管理工作站：
B/S结构，包括车辆管理、用户管理二大功能。
3）报表处理工作站：
生成各种专门报表。
4）网上查车：
B/S结构，使用IE浏览器登录系统。
1.3.2.8管理分中心（分控中心）
各管理分中心是根据系统要求建设的分控制中心，可管理自己分控入网的车辆，并接受总控中心的管理，在功能上管理分中心与省监控中心拥有相似的系统功能，但所有数据由主监控中心提供,并只能管理所属辖区内的在网车辆。
对于已投资建设的分控中心，按省监控中心接口协议要求与省监控中心对接，接受省监控中心的统一管理与控制，系统功能由原有GPS/北斗系统提供。
3.2.5系统接口设计
3.2.5.1第三方分控中心接口
第三方分控中心接口用来和第三方GPS/北斗运营商监控平台对接。
通过对接，可以自动导入第三方平台的车辆信息，查询和接收该平台上车辆的定位信息和报警信息。
第三方系统接入示意图
如上图所示，第三方系统（以下简称为分控中心）以客户端方式连接到分控接入服务器（以下简称为总控中心）。
使用TCP传输协议，此协议遵循《GPS/北斗总控中心与分控中心通讯协议》，接入接口主要完成以下五个方面内容：
●身份认证
用于分控中心登陆总控中心服务器，双方在身份认证成功之前，不能做其他命令交互。
分控中心需要提供身份ID和经过加密后的密码来登录总控系统，以保证系统的安全性。
●车辆信息同步
用于将分控中心的车辆信息上传到总控中心。
总控中心定时发送指令来获取分控中心的车辆信息，分控中心收到总控请求车辆信息的指令后，将本中心需要接入的车辆信息打包发送到总控中心。
●链路检测
用于检测总控中心与分控中心之间的通信链路是否正常。
双方都可以发起链路检测命令，对方收到后需立即作出应答。
●车台下行命令
用于从总控中心发送命令到分控中心的车台。
分控中心收到命令后，将命令转换成具体终端协议的数据格式然后发送到对应的车台，并把处理的结果返回给总控中心。
●车台定位及报警数据上传
用于将分控中心上车台的定位及报警数据上传到总控中心，由分控中心主动发起操作。
3.2.5.2终端接入接口
在上一节“兼容其他终端”的设计中，是通过在系统中增加新的终端报文处理模块和GPRS通讯模块来实现的。
本系统可以通过兼容第三方的终端协议来实现第三方终端的接入功能。
如果是第三方厂商需要自己开发软件来接入，即不改动原来的系统，那本系统中采用协议转换的方案来实现。
即终端接入方将该终端的协议转换成所接入系统已经支持的一种协议来实现，并采用TCP传输方式来进行接入。
3.2.6地理信息系统（GIS）
3.2.6.1GIS软件选择
实现具有GPS/北斗定位功能的监控终端必须采用桌面地图化软件,我司专门针对GPS/北斗行业做出了StarGIS地图引擎。
1.监控工作站GIS组件：
选用我司自主开放的StarGIS地图引擎，兼容多种主流WEBGIS电子地图，包括Google地图，51地图等。
3.2.6.2电子地图编辑功能
除使用GIS软件自带的地图编辑器进行电子地图编辑之外，GPS/北斗系统软件本身提供兴趣点编辑功能，包括：
兴趣点类别管理、兴趣点图标设置、兴趣点语音提示文字（下载到终端）等。
3.2.7电子地图保护
为了保护电子地图知识产权，分发到客户端的地图数据需进行加密处理，客户端使用地图数据时需向服务器端进行身份认证及获取解密算法。
加密后的地图数据，不仅不能在原MAPX组件中使用，而且不能够在完全相同的GPS/北斗系统下使用。
因为没有服务器端的身份验证以及解密算法及密钥，这份电子地图数据是无效的。
具体内容有：
1．加密后的地图只有经过服务器授权的用户才能使用，每次加载地图时需通过服务器认证。
2．同一份地图针对不同的监控中心生成不同的加密地图，并且需用自己的用户登陆中心才能使用。
二、系统详细功能
2.1监控工作站功能
2.1.1实时定位跟踪
控制中心可以选择配置车载设备，使其满足特定条件时车载终端主动上报位置数据。
可设定的条件包括：
指定次数、指定时间间隔、指定距离间隔等发送位置信息到控制中心。
另外可进行附加的回报条件设置如“停车不汇报”以节省GPRS流量。
对于车台回报的数据保存在数据库，监控终端可以查询。
并且，对于特殊应用行业如出租车能够进行针对空重车进行不同的定位跟踪频率的设置。
2.1.2车辆位置查询
监控站可以选择查看车辆当前的位置信息。
车载设备通过GPS/北斗模块接收卫星信息，该信息通过无线通信（GPRS）手段传回控制中心后在电子地图上显示出来，可以确定车辆的地理位置。
并且支持末次位置查询，方便无位置查询权限的用户进行位置的查看。
2.1.3超速及偏移路线报警
中心可以根据实际设定路段（包括不规则区域和线路）的最高行驶速度，当车台持续超速达到预设值时将中心上传报警信息。
并且，可以根据预设好的路线设置车台的行使路线，当车辆的行驶轨迹偏移预设的轨迹是将触发报警。
2.1.4车辆调度
监控站可进行车辆调度信息的发布，根据用户的权限的不同设置为是否允许群发调度或只允许进行单车调度。
2.1.5车辆轨迹数据回放
中心保存车辆的所有监控和报警数据，可以选择在任意时间查询任意车辆的轨迹回放数据。
轨迹回放时可以选择回放速度，回放时间，是否显示轨迹等，并且支持拖放、快速播放、单步播放等。
2.1.6远程维护车台
支持远程复位车台，远程升级车台和远程自检车台的信息状况、远程获取终端的版本信息，从而能够进行远程车台的维户及后期功能的升级。
2.2管理及报表统计功能
根据车台上报的数据进行分析统计，形成可用的数据供相关部门及人员参考
2.2.1报警报表统计
对选定的车辆进行各类报警的统计，可按设置的条件如：
车牌号、时间段或报警级别等进行统计。
并可对单类的报警明细进行更加详细的查询分析。
2.2.2里程统计报表
对选定的车辆进行相关里程的统计，可按设置的条件如：
车牌号、时间段、司机等进行统计。
记录结果包含：
开始时间及起始里程数、结束时间及结束里程数。
另外，里程统计还支持特殊行业的不同的里程统计方法，如按司机进行里程统计、按空重车进行里程统计
2.2.3服务到期车辆统计
统计即将到期/已经到期的车辆。
包含的记录信息包括：
车牌号码、所属区域、车主姓名、联系电话、到期天数、服务开始时间、服务到期时间。
2.2.4行车统计报表
对选定的车辆进行相关行车情况进行统计，统计行车情况如：
进出区域情况、偏移路线情况等等。
2.2.5操作指令报表
所有的监控人员的操作指令都保存在该表中，以供事后查看相关人员对车台所作的操作，方便网管人员的对用户的平台操作进行管理。
统计的情况包括：
操作时间、类型、流水号、操作员、车牌号码、操作信息、结果、描述等。
2.2.6轨迹报表
统计车台回报的所有的数据，该报表主要包含以下记录信息：
GPS/北斗时间、接收时间、通讯方式、经度、纬度、方向、速度、总里程数、车辆状态、重车状态、车况、是否报警报文等
2.3.3车辆管理
实现对区域下的所有车台的相关信息进行管理。
2.3.1终端类型管理
对平台下允许的不同厂家的终端及相同厂家下的不同的终端型号进行注册管理。
2.3.2车辆类型管理
对平台下允许的不同车辆类型进行注册管理，如：
出租车、物流车、长途客运、私家车等等。
2.3.3区域管理
对平台下不同的车辆所属的不同区域进行管理，方便车台的管理。
2.3.4标注类别管理
在监控上的显示的标注信息的类别如：
探头、电子眼、学校、高速测试区等不同的种类的标注及显示文字进行管理，以便在进行相关操作的时候具有灵活的可选性。
2.3.5驾驶员管理
对车辆所属的驾驶员的相关信息如：
姓名、性别、驾驶员证件、驾驶车辆的车牌号、车辆所属区域、初领证日期、驾驶证的有效期、是否能够驾驶、从业资格证号、驾驶员住址进行管理，助力企业的车队管理。
2.3.5车辆信息查询
根据用户的需要提交的部分车辆信息，查询车辆的详细信息情况。
2.3.4用户及权限管理
2.4.1用户及用户组管理
对监控系统下的所有的用户进行管理，主要包括：
用户所属的用户组、所能控制的区域及允许访问模块等。
用户组主要包括如：
中心管理员、区域管理员、接线员等。
2.4.2权限管理
分级权限管理，中心管理员可实现对系统下的每一个用户的允许访问模块诸如监控工作站或管理分析系统等的每一个菜单的权限列表进行统一的配置管理。
以方便对操作用户的允许操作动作进行细化管理。
2.4.3安全管理
对于整个系统的各个部分进行安全性管理，主要包括：
车台操作安全管理、系统平台加密、地图加密、客户端监控站加密。
车台安全：
对车台的操作可配置为需要密码的方式，当需要发送任何命令给车台的时候都需要输入车台密码；对车台发送断油断电指令的时候需要经过第2个用户的确认方可发送成功；对车台的任何配置的修改均需要超级密码进行确认。
系统安全：
平台上的软件需要加密购来对其进行保护，防止软件的非法使用。
地图加密：
监控站的地图需要专门的加密软件进行加密后方可使用，防止地图的非法盗用。
监控站安全：
监控站的正常运行需要加密狗来保证，防止监控站软件被非法盗用。
2.4系统网络及服务器系统设计
2.4.1概述
GPS/北斗车辆卫星定位服务系统中的系统网络是整个卫星定位安全服务系统运营的基础物理平台，系统包括网络系统、服务器系统以及网络管理系统。
网络系统分为内部局域网和广域网两部分。
内部局域网包括省监控中心（主控中心）各类服务器及监控工作站；广域网包括互联网的接入、运营商专网的接入以及与分控中心的互联。
WEB服务位于防火墙的DMZ区，包括WEB服务器等，供远程客户端和内网用户访问。
服务器系统包括：
通讯服务器、业务处理服务器、WEB服务器、数据库服务器、数据备份服务器、前置机等。
2.4.3服务器系统设计
服务器是GPS/北斗车辆卫星定位服务系统的关键设备，所配置的服务器应该具有良好的系统开放性、可扩充性和网络响应能力，并且服务器要适应长时间连续运行的需要，也就是说服务器应该具有可靠性高和易维护性。
2.3.1服务器处理能力分析
服务器最大的处理压力来自于车台数据的实时处理，每台监控车辆按每10秒向服务器发送一条定位信息计算，500台车辆每秒共向监控中心发送50条记录，主要服务器群组如下：
●通讯、GPRS/4G前置机、WEB、业务处理服务器，地图服务器使用1台高端PC服务器；
●数据库服务器：
使用1台高端PC服务器；
2.5数据存储及备份系统设计
2.5.1存储容量需求分析
每台监控车辆按每10秒向服务器发送一条定位信息计算，每天将产生8460条定位信息，500台车辆定位信息所产生的数据存储容量计算如下：
车辆数（辆）
上行信息数（条/天）
数据存储空间
（单位：
兆/天）
上行数据流量兆（单位：
兆/月）
建议硬盘空间
（保存2个月数据）
建议硬盘空间
（保存3个月数据）
1
8460
2M
60M
120M
180M
300
2538000
600M
18G
36G
54G
500
4230000
1G
30G
60G
90G
1000
8460000
2G
60G
120G
180G
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