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基于北斗的车辆管理系统关键技术应用研究
来源:本站原创    作者:彭小琪    点击次数:1021次    发布时间:2016-05-31

1 引言
车辆自主导航和监控是车辆管理研究的主要课 题之一。目前主流的车辆导航和监控功能实现主要 采用 GPS 定位和移动通讯相结合的方式来完成,但 是在移动通讯网络信号弱小或者基站信号不能覆盖 的区域,无法有效实现对车辆的监控,因而研制一 种全地域、全天候且能实现车辆监控的车辆管理系 统势在必行。“基于北斗的车辆管理系统”是一套在 北斗导航用户终端平台上[1][2][3],综合利用嵌入式地 理信息技术[4]、SOPC 嵌入式技术[5]、计算机接口通讯 控制技术和数据库技术构建的一个高效、稳定的车辆管理信息化平台。该系统能有效克服现有车辆管
理系统受通信覆盖地域限制的缺陷,实现了车辆监 控范围与北斗系统覆盖范围的同步。
2  系统框架及主要功能设计
2.1 系统框架设计 基于北斗的车辆管理系统分为监控中心、用户
终端两大部分(如图 1 所示)。监控中心主要由中心 计算机和北斗指挥型用户机组成,中心计算机用于 运行监控软件来完成车辆和驾驶员的信息管理,并 通过北斗指挥型用户机获取用户终端的地理信息来 实现车辆定位监视以及发送命令来实现远程控制等功能。用户终端主要由车载北斗用户机或北斗嵌入
式模块、通用北斗终端扩展平台模块、车辆远程防 盗控制模块、PDA 和智能手机或车载计算机组成,主 要实现车辆的自主导航、接收和处理监控中心发来 的远程控制命令。
2.2 系统主要功能设计 车辆监控中心监控软件的主要有如下功能:
(1)车辆和驾驶员档案信息的登统计管理和信 息查询。
(2)车辆监控和电子地图定位显示功能。
(3)定位历史信息的管理和查询功能。
(4)与车辆用户终端之间的短报文通信功能。
(5)通信信息管理和查询功能。
(6)车辆行驶路线回放功能。
(7)车辆远程启动/熄火控制功能。 用户终端包含的通用北斗终端扩展平台模块主
要实现北斗用户终端(车载用户机或北斗嵌入式模 块)与其他外设之间的通讯控制功能,在本研究中 实现与 PDA 和智能手机的蓝牙通讯、与军用车载计 算机的 USB 通讯以及控制车辆远程防盗功能(具体 架构见图 2)。
用户终端软件分别在 XP 和 Mobile 环境下开发, 可在 PDA、智能手机和车载计算机上运行。终端软件 功能主要如下:
(1)电子地图显示功能,主要实现电子地图的 局部显示、全图显示和等比例显示。
(2)电子地图操作功能,主要实现电子地图漫 游操作和缩放操作。
(3)图文双向查询功能,用户可根据需要在整个图幅范围内对电子地图进行图文互查。
(4)图层管理功能,主要实现电子地图的分层 管理、分层绘制和分层显示。
(5)空间量算功能,可量算地图上任意两点或 者多点间的距离和任意多边形区域的面积。
(6)车辆位置显示和控制功能,通过北斗的定 位功能可将车辆的位置显示在地图的相应位置上, 车辆行驶出规定范围或未按照规定路线行驶时,软 件自动通过北斗系统向监控中心报警。
3  关键技术分析

研发基于北斗的车辆管理系统所涉及主要关键 技术包括北斗导航定位技术、空间数据的结构和多 尺度电子地图显示技术、基于 SOPC 的嵌入式系统设 计技术。
3.1 北斗导航定位技术 北斗卫星导航系统(COMPASS)是中国正在实施
的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。该系 统目前可以对我国领土、领海及周边地区的用户进 行定位及授时,并且可以实现各用户之间、用户与 中心控制站之间的简短报文通信,未来十年内,将 建成覆盖全球的导航定位系统体系。“基于北斗的车 辆管理系统”主要利用北斗卫星导航系统的定位导 航、报文通信实现车辆的自主导航和车辆的监控。
3.2 空间数据结构及设计 车辆的自主导航使用了嵌入式地理信息系统,
对于地理信息系统而言,数据格式定义的优劣将直 接影响到各功能模块的效果和速度,甚至决定某项 功能是否能够实现,特别是嵌入式处理器要求地理信息数据结构简要清晰,因此设计一种精确、简要
的地理数据结构,才能保证嵌入式 GIS 模块的图形 图像的显示与浏览、信息查询、拓扑关系、空间分 析等功能高效运行。
(1)图形结构简单,冗余度小 电子地图主要包含点、线、面等空间对象,简
单的图形结构具有数据量小、运行速度快、图形裁 剪方便等特点;冗余度小将使信息查询、路径搜索 的速度提高,也将减少数据的存储空间。
(2)拓扑关系简单 电子地图的拓扑关系用于路径搜索、最优路径
规划,简单明了而又实用的拓扑关系将缩短路径搜 索的时间。
(3)空间信息查询与分析速度快 空间信息查询主要包括单个空间对象的查询和
多个空间对象的查询,良好的数据结构将使空间查 询和空间分析的速度快捷,结果准确。
(4)开放的数据接口
GIS 矢量数据结构应具有良好的数据接口,使之 能够兼容更多已定型的数据。
3.3 电子地图多尺度表达 在车辆管理使用的中心监控软件和用户终端软
件中,电子地图是进行车辆监控、导航的数据基础。 车辆管理是高精度、高效率的过程,而电子地图的 显示则要求适应使用者的习惯,将使用者在面对电 子地图与传统的纸质地图时所获得的视觉差异控制 在一定范围之内,这就需要研究电子地图的多尺度 表达。
(1)单一比例尺电子地图的多尺度表达 单一比例尺电子地图的多尺度表达就是要决定
在图形缩放到某种程度时地图上哪些要素显示,哪 些要素不显示,也就是要建立图形的缩放比例与要 素间的相互对应关系。简单一点可以理解为每个地 图要素都 有 一个显示 的 等级参数 DLOD(Display Level of Detail),通过一定的计算得到每个地图 要素的显示等级参数,通过 DLOD 与图形的缩放比例 间的简单比较关系即可确定要素显示与否,从而实 现电子地图的多尺度显示。
(2)不同比例尺电子地图的多尺度表达 电子地图的数据文件组织和多比例尺数据的合
理调度是影响地图显示速度和显示效果的重要因 素。不同比例尺多尺度电子地图的数据文件组织关 键是要解决两个问题:①当存在多个比例尺数据时, 怎样快速选定所需的比例尺数据;②当比例尺选定 后,怎样快速在众多该比例尺的图幅中确定应显示 的图幅数据。
3.4 基于 SOPC 的嵌入式系统设计
用户终端使用的通用北斗终端扩展平台模块采 用基于 SOPC 的嵌入式系统技术进行设计,体积小、 功耗低、工作稳定,有效地扩展了北斗终端设备的 应用范围。目前嵌入式系统开发技术以 SOC 和 SOPC 为主要应用方向,SOPC 系统设计技术实际上就是一个基于 FPGA(现场可编程门阵列)的 SOC 解决方案。
利用目前技术成熟的超大规模集成度的 FPGA 芯片,
SOPC 方案提供了相较于 SOC 更有特色和优势的技术 功能。其优势一方面体现在 SOPC 技术可以灵活地植 入微处理器软硬核和其他功能 IP 核(IntellectualProperty,知识产权),另外一方面 SOPC 实现了 MCU、DSP、逻辑控制的完美结合,减小电路板面积和成本,提高系统的集成度,更重要的是在不改变电路板设
计的情况下可方便地实现系统的升级和改动,系统 重构的难度很小,对于实现产品的系列化和向上兼 容性有深远的意义。
4  应用前景和展望

基于北斗的车辆管理系统是一套集地理信息处理、车辆监控、驾驶员管理为一体的集成管理系统,可以辅助车辆管理部门对车辆和驾驶员进行有效管
理,并可以为驾驶员提供有效的车辆导航信息。通 用北斗终端扩展平台模块可以充分发挥北斗的通信 优势,可应用于远程测控设备控制、传感器数据传 输和物联网应用等方面,具有相当的军事和民用价 值,为北斗一代用户提供广泛的应用方式,同时作 为北斗二代用户终端扩展性应用的前瞻性试验。


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