基于GPRS的车辆监控与指挥调度系统

车辆监控与指挥调度系统是智能交通系统（ITS）的重要组成部分，集全球卫星定位技术（GPS）、无线通用分组技术（GPRS）及地理信息技术（GIS）于一体，实现对车辆的调度指挥，为交通部门企事业单位及个人用户实现车辆管理现代化提供了强有力的技术支持。

基于GPRS的车辆监控与指挥调度系统的主要功能是将装有GPRS接收机的移动目标的动态位置（经度、纬度）时间、状态等信息，实时地通过GPRS骨干网和INTERNET网传送至监控中心站，而后在具有强大的地理信息查询功能的电子地图上进行移动目　标位置及运动轨迹的显示，为调度指挥提供可视　化依据，提高车辆的运营效率，并确保车辆的安全。特别合公交公司、出租车公司、公安、银行、保险等单位对车辆的监控和调度指挥。

系统组成与原理

系统组成

基于GPRS的车辆监控与指挥调度系统主要由三大部分组成：车载系统部分（包括GPS接收机，单片机系统及GPRS模块），GPRS通信部分（包括GPRS基站控制器，移动交换中心，GPRS业务支持节点以及GPRS骨干网等）和监控中心部分（包括GIS网络服务器、监控终端等）。本系统中移动目标与监控中心之间定位信息与控制信息的发送与接收变可分成两部分，在移动目标与GPRS网关之间利用GPRS网，在GPRS风关与调度指挥中心之间采用公众互联网（INTERNET）。结构框图详见附图。

全球卫星定位系统（Global Positioning System ,简称GPS），是美国研制并建立的精密星基无线电导航系统。它由三大部分组成：空间星座、地面监控系统和用户接收设备。其中，空间星座部分由均匀分布在6个轨道平面内的24颗卫星组成，包括三颗备用卫星。地面监控系统由分布在全球的1仆控站、3个注入站和5个监测站组成，负责完成数据采集、诊断、跟踪监测、卫星调度、导航电文编算和注入等工作。空间星卒和地面监控系统由美国政府管理并维护，用户端使用GPS接收设备即可实现定位导航功能。GPS系统的主要特点是：（1）全地面边续覆盖。由于GPS卫星数目较多且分布合理，在地球上的任何地点都可以连续同时观测到至少4颗卫星，从而保证了全球、全天候连续实时定位的需要。（2）功能多，精度高。GPS系统可为用户精确、连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。实时定位速度快，抗干扰性好，保密能力强。GPS系统一旦工作，就不间断地向全球发送导航电文。这是一种可供无数用户共享的信息资源，位于陆地、海洋和近地空间的广大用户可以在任何时候接收GPS们号以完成定位解算。

在本系统中移动目标主要通过GPRS网来传送GPS定位信息、车辆的报警信息和调度中心的控制信息。信息数据是采用IP协议通过GPRS的数据信道来传输的。

参见附图，监控中心主要由GIS网络服务器、显示器及用户终端组成。移动目标的位置与状态信息通过GPRS网传至GPRS网关，GPRS风关通过INTERNET以IP协议将这些信息发至监控中心的GIS网络服务器。监控中心的控制信息亦通过此通信链踟下达控移动目标。各用户终端通过互联网、专线、局域网方式登录GIS网络服务器，对受控车国内进行监视与控制。

　车载系统安装在车辆及其他移动设备上，它主要由GPS接收机、单片机系统、GPRS模块等组成，单片机通过串口接收GPS接收机输出的定位信息，对数据进行编码后，通过GPRS模块以IP协议发送至监控中心在单片机与GPRS模块之间是通过PPP协议（点对点协议）进行通信的。单片机程序中嵌入了IP协议和PPP协议简化内核。

GPRS网络简介

GPRS是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有的第二代移动通信GSM系统上发展出来的分组交换系统，提供端的，广域的无线IP连接。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

GPRS无线通信模块与GSM基站通信，与电路交抽或数据呼叫不同，GPRS分组数据是从基站发送到SGSN节点，而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上。SGSN与网关支持节点GGSN进行通信，GGSN对分组数据进行相应的处理，再发送到目的网络：INTERNET网络（参见附图中GPRS网络部分）。来自INTERNET且票识有移动台地址的IP包，由GGSN接收，再黑心发到SGSN，继而传送到移动台上。

　　分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以存储黑心发的接力方式伟送到目的端，而组装成完整的数据。分组交换基本上不是实时系统，但可以使不同的数据传输“共用”传输带宽：有数据时占用带宽，无数据时不占用，从而分享资源。同时分组交换可以提供灵活的差错控制和流量控制，主要是在端到端的高层进行，以减少中间网络低层环节不必要的开销；也可以在网络部分环节上增加控制，提高安全性。另外通过设置服务等级QOS等手段，可以有效的控制和分配延时、带宽等性能，所以分组产换非常适用于数据应用。

GPRS采用分组交换技术，每一个用户可以有多个无线信　，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大厦地提高了无线资源的利用率。在理论上，GPRS可以将最多8个时隙组合在一起，给用户提供高达171.2kb/s的带宽，足足比以前超出了10倍的传输速度，保证了更大数据的传输，更快的互联网接入。

由于GPRS用户的数据通信费是以数据量为基础，而不考虑通信时长，所以GPRS用于IP业务的接入将更为用户所接受。GPRS最大的特点就是“永远在线”。从无线本身的特点来看，GPRS使GSM系统实现无线数据业务的能力产生了本质的飞跃。

GPRS通过允许现存的INTERNET和新的GPRS网络的互通，首次完全实现了移动INTERNET功能。用户通过GPRS系统的网关GGSN连接到互联网，GGSN还提供相应的动态地址分配、路由、名称解析、安全和计费等互联网功能。

GPRS通信链路方案的优势

根据目前我国移动通信的现状，目前GPS车辆监控系统所用通信方案主要有以下几种：

利用卫星通信作为车辆监控的数据传办理方式，适用于需要覆盖全国及到全球范围的车辆。但是，该系统的车载终端价格和通信费用较高，因此对小范围的车辆监控并不适用。而且，其实时性也不能保证。

常规或集群电台方式

最简单的车辆定位系统采用常规通信方法，即建立一个管理中心，若干个用户共用一个或多个信道，系统一旦设定完毕，各用户仅能利用自己的信道进行数据传输。基于常规通信网的车辆定位系统的作用范围主要与信道的波段、中心站天线高度、发射功率等因素有关。此方式的数据传输速率可以从1.2kbps-9.6kbps任意选择。缺点是无多基站技术，无法大范围漫游，只适用于小范围、小系统。

目前较为广泛使用的为集中控制方式的模拟集群系统，信令有MPT－1327标准的，也有非公开标准的。基于MPT1327标准信今的系统，传输车辆定位数据可以在信令信道中进行，也可以在话音信道中进行；而非公开信令标准的集群系统，车辆定位数据只能在话音信道中进行。相应地，对车辆的数字信息必须进行调制才能在话音信道中传输。此方式的缺点是系统建设成本高，信道利用北较低，对于容量扩展有一定限制。

短消息是GSM网所提供的电信业务之一。所谓的短消息是指长度不超过160个字符的文本消息，传送给移动台的短消息在用户识别模块（SIM）上存储。短消息是GSM中唯一不要求建立端到端路径的业务。

短消息传送方式根据通信链路可以分为两种：点对多点模式和专线模式。这两种模式在车载设备到短消息中心之间完全是一致的，不同的是在短消息中心与监控中心之间的通信方式不同。点对多点主要是指当车载设备信息发至短消息中心后，短消息中心根据信息中所包含的目的地址，重新将信息通过移动交换中心、基站控制器、基站发至监控中心，在监控中心配有一个或若干个中心站来接收短消息中心发来的车载设备信息。另一种专线模式是指当车载设备信息归至短消息中心后，短消息中心与监近代中心的通信方式采用专线方式（如：DDN，ISDN等）

总体而言，GSM短消息方式的缺点是数据传输具有延迟性且时间不定，系统运行成本很高，不适合于城市公共交通方面大无偏见模应用。

目前，GPRS业务是基于GSM风的最新　据承载业务。与传统的电路交换技术和短信技术相比，GPRS的分组方式具有很大的竞争优势，下面分别对这三种方式作一比较：

电路交换的通信需要建立端对端的连接，在通信过程需要实时用信道，主要适合话音传办理。当这种交换方式用于数据业务时，能够提供固定速率的传输信道，并且实时传输，这是其优点，但其最大的缺点是无论有无数据传办理，此信道都被用，所以信道利用率低。

短信技术是通过GSM信令信道来传输数据，它科单方做一日和尚撞一天钟，今明两天由于信令信道的数量有限，使得数据传送量和速率都极小，延迟和安全性也最差，另外对于信令信道有在一定程度上会响话音连接的建痒痒。

GPRS分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，可通过不同的路由，以接力方式传送到目的端，再组装成完整的数据。在理论上，GPRS可以最多将8个时隙组合在一起，给用户提供高达171.2kb/s的带宽。GPRS还有另外一个比较突出的特点就是可以将短信业务改为通过GPRS来实现，因为短信也是采用数据包的方式，扭以通过GPRS来实现后，可以空出更多的GSM控制信道资源，为系统的话音业务提供更为可靠的连接功能。

由以上比较可知，GPRS相对于其它通信方式的优点是采用IP协议传输，通信速度快、数据延民主党0小，按鎏旦计费、系统运营成本很低，系统容量很大，上风和通话可以同时进行的，并且可以自由进行切换，非常适合应用于大规模的城市交通系统。

确保所建设的系统能在到国际领先水平和较高的性能价格比以及较高的可靠性。

系统设计遵循的原则

可靠性原则－大力加强整个系统的稳定与可靠性设计；
先进性原则－采用当前世界上先进的定位技术、计算机技术、通信技术，保证系统的先进性；
易用性原则－整个系统护路林作简单，易学易用；
可扩展性原则－考虑到未来交通系统发展，系统软硬件具备较强的扩展性，通过简单设置即可提高系统容量；
可维护性原则－在软硬件设计工作中充分考虑系统的可维护性，尽可能做到维护方便快捷；
经济实用原则－在考虑软硬件先进性、可靠性和未来升级换代的前提下，优化方案设计，慎重选型，使系统既能满足项目要求，又经济实惠。

本系统的特点
投资小，见效快，无需建立通信基站和通信网，无需申请频点。
容量大，可实现对成千上万辆车的调度要求。
范围广，可实现全国及至周连30多个国家和地区的自动漫游。
实时性强，对重点车国内的采样周期可小于10S，且可电设置和更改。
可实现数话兼容，在传送定位信息的同时可全双工通话。
可与公安110、急救120、消防119等联网控制。
在电子地图上实时显示车国内的地理位置和状态。
可对车国内进行全方位、不间断、高精度监控，用户可承受时掌握车辆行踪。
可在遇劫、被盗、急病等紧急情况下，自动或人工向监控中心报警。
中心可实现对车辆的遥控熄火、锁车等紧银屏处理。
集团用户可自建监控中心，实现对本单位车国内的调度指挥和防盗报警。
可对分散用户提供车辆的运行信息，可任意查询。
自动记录和保存车辆的动态信息并可回放运行轨迹。
监控中心备有车辆及驾驶员的信息数据库。
散户可通过INTERNET自由查询授权车国内的动态资料。

BTS：基站收发信机　　　　　BSC：基站控制器　　　　　　　SGSN：业务支持节点

GGSN：网关支持节点　　　　MSC：移动交换中心　　　　　　VLR：访问位置寄存器

车辆自动收费系统

将GPRS无线通信系统与IC卡收费系统结合，可以实现无线自动收费系统，具体应用场合为：公交车IC卡收费数据采集系统等。

无线电子金融交易系统

在现有的POS机和银行的ATM自动取款机上添加GPRS无线通信模块，就可实现无线金融交易，并可对POS机或ATM机进行实时监控。

在现有的水表、燃气表内添加GPRS无线通信模块，就可实现无线自动抄表。适用于自来水公司、燃气公司的小区自动抄表及监控系统。

警用无线手持系统

应用GPRS无线通信模块，可以实现无线用网上追逃系统、警用无线交通违章处理系统等。

经无线数据采集系统

应用GPRS无线通信系统，可以实现多种无线数据采集系统，如自动售货机数据采集监控系统、交管局车辆监控数据采集、城市数据上报系统等。