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基于北斗的車輛管理系統關鍵技術應用研究
來源:本站原創    作者:彭小琪    點擊次數:2095次    發布時間:2016-05-31

1 引言
車輛自主導航和監控是車輛管理研究的主要課 題之一。目前主流的車輛導航和監控功能實現主要 采用 GPS 定位和移動通訊相結合的方式來完成,但 是在移動通訊網絡信號弱小或者基站信號不能覆蓋 的區域,無法有效實現對車輛的監控,因而研制一 種全地域、全天候且能實現車輛監控的車輛管理系 統勢在必行?!盎詒倍返某盜竟芾硐低場筆且惶自?北斗導航用戶終端平臺上[1][2][3],綜合利用嵌入式地 理信息技術[4]、SOPC 嵌入式技術[5]、計算機接口通訊 控制技術和數據庫技術構建的一個高效、穩定的車輛管理信息化平臺。該系統能有效克服現有車輛管
理系統受通信覆蓋地域限制的缺陷,實現了車輛監 控范圍與北斗系統覆蓋范圍的同步。
2  系統框架及主要功能設計
2.1 系統框架設計 基于北斗的車輛管理系統分為監控中心、用戶
終端兩大部分(如圖 1 所示)。監控中心主要由中心 計算機和北斗指揮型用戶機組成,中心計算機用于 運行監控軟件來完成車輛和駕駛員的信息管理,并 通過北斗指揮型用戶機獲取用戶終端的地理信息來 實現車輛定位監視以及發送命令來實現遠程控制等功能。用戶終端主要由車載北斗用戶機或北斗嵌入
式???、通用北斗終端擴展平臺???、車輛遠程防 盜控制???、PDA 和智能手機或車載計算機組成,主 要實現車輛的自主導航、接收和處理監控中心發來 的遠程控制命令。
2.2 系統主要功能設計 車輛監控中心監控軟件的主要有如下功能:
(1)車輛和駕駛員檔案信息的登統計管理和信 息查詢。
(2)車輛監控和電子地圖定位顯示功能。
(3)定位歷史信息的管理和查詢功能。
(4)與車輛用戶終端之間的短報文通信功能。
(5)通信信息管理和查詢功能。
(6)車輛行駛路線回放功能。
(7)車輛遠程啟動/熄火控制功能。 用戶終端包含的通用北斗終端擴展平臺??櫓?br /> 要實現北斗用戶終端(車載用戶機或北斗嵌入式模 塊)與其他外設之間的通訊控制功能,在本研究中 實現與 PDA 和智能手機的藍牙通訊、與軍用車載計 算機的 USB 通訊以及控制車輛遠程防盜功能(具體 架構見圖 2)。
用戶終端軟件分別在 XP 和 Mobile 環境下開發, 可在 PDA、智能手機和車載計算機上運行。終端軟件 功能主要如下:
(1)電子地圖顯示功能,主要實現電子地圖的 局部顯示、全圖顯示和等比例顯示。
(2)電子地圖操作功能,主要實現電子地圖漫 游操作和縮放操作。
(3)圖文雙向查詢功能,用戶可根據需要在整個圖幅范圍內對電子地圖進行圖文互查。
(4)圖層管理功能,主要實現電子地圖的分層 管理、分層繪制和分層顯示。
(5)空間量算功能,可量算地圖上任意兩點或 者多點間的距離和任意多邊形區域的面積。
(6)車輛位置顯示和控制功能,通過北斗的定 位功能可將車輛的位置顯示在地圖的相應位置上, 車輛行駛出規定范圍或未按照規定路線行駛時,軟 件自動通過北斗系統向監控中心報警。
3  關鍵技術分析

研發基于北斗的車輛管理系統所涉及主要關鍵 技術包括北斗導航定位技術、空間數據的結構和多 尺度電子地圖顯示技術、基于 SOPC 的嵌入式系統設 計技術。
3.1 北斗導航定位技術 北斗衛星導航系統(COMPASS)是中國正在實施
的自主研發、獨立運行的全球衛星導航系統。該系 統目前可以對我國領土、領海及周邊地區的用戶進 行定位及授時,并且可以實現各用戶之間、用戶與 中心控制站之間的簡短報文通信,未來十年內,將 建成覆蓋全球的導航定位系統體系?!盎詒倍返某?輛管理系統”主要利用北斗衛星導航系統的定位導 航、報文通信實現車輛的自主導航和車輛的監控。
3.2 空間數據結構及設計 車輛的自主導航使用了嵌入式地理信息系統,
對于地理信息系統而言,數據格式定義的優劣將直 接影響到各功能??櫚男Ч退俁?,甚至決定某項 功能是否能夠實現,特別是嵌入式處理器要求地理信息數據結構簡要清晰,因此設計一種精確、簡要
的地理數據結構,才能保證嵌入式 GIS ??櫚耐夾?圖像的顯示與瀏覽、信息查詢、拓撲關系、空間分 析等功能高效運行。
(1)圖形結構簡單,冗余度小 電子地圖主要包含點、線、面等空間對象,簡
單的圖形結構具有數據量小、運行速度快、圖形裁 剪方便等特點;冗余度小將使信息查詢、路徑搜索 的速度提高,也將減少數據的存儲空間。
(2)拓撲關系簡單 電子地圖的拓撲關系用于路徑搜索、最優路徑
規劃,簡單明了而又實用的拓撲關系將縮短路徑搜 索的時間。
(3)空間信息查詢與分析速度快 空間信息查詢主要包括單個空間對象的查詢和
多個空間對象的查詢,良好的數據結構將使空間查 詢和空間分析的速度快捷,結果準確。
(4)開放的數據接口
GIS 矢量數據結構應具有良好的數據接口,使之 能夠兼容更多已定型的數據。
3.3 電子地圖多尺度表達 在車輛管理使用的中心監控軟件和用戶終端軟
件中,電子地圖是進行車輛監控、導航的數據基礎。 車輛管理是高精度、高效率的過程,而電子地圖的 顯示則要求適應使用者的習慣,將使用者在面對電 子地圖與傳統的紙質地圖時所獲得的視覺差異控制 在一定范圍之內,這就需要研究電子地圖的多尺度 表達。
(1)單一比例尺電子地圖的多尺度表達 單一比例尺電子地圖的多尺度表達就是要決定
在圖形縮放到某種程度時地圖上哪些要素顯示,哪 些要素不顯示,也就是要建立圖形的縮放比例與要 素間的相互對應關系。簡單一點可以理解為每個地 圖要素都 有 一個顯示 的 等級參數 DLOD(Display Level of Detail),通過一定的計算得到每個地圖 要素的顯示等級參數,通過 DLOD 與圖形的縮放比例 間的簡單比較關系即可確定要素顯示與否,從而實 現電子地圖的多尺度顯示。
(2)不同比例尺電子地圖的多尺度表達 電子地圖的數據文件組織和多比例尺數據的合
理調度是影響地圖顯示速度和顯示效果的重要因 素。不同比例尺多尺度電子地圖的數據文件組織關 鍵是要解決兩個問題:①當存在多個比例尺數據時, 怎樣快速選定所需的比例尺數據;②當比例尺選定 后,怎樣快速在眾多該比例尺的圖幅中確定應顯示 的圖幅數據。
3.4 基于 SOPC 的嵌入式系統設計
用戶終端使用的通用北斗終端擴展平臺??椴?用基于 SOPC 的嵌入式系統技術進行設計,體積小、 功耗低、工作穩定,有效地擴展了北斗終端設備的 應用范圍。目前嵌入式系統開發技術以 SOC 和 SOPC 為主要應用方向,SOPC 系統設計技術實際上就是一個基于 FPGA(現場可編程門陣列)的 SOC 解決方案。
利用目前技術成熟的超大規模集成度的 FPGA 芯片,
SOPC 方案提供了相較于 SOC 更有特色和優勢的技術 功能。其優勢一方面體現在 SOPC 技術可以靈活地植 入微處理器軟硬核和其他功能 IP 核(IntellectualProperty,知識產權),另外一方面 SOPC 實現了 MCU、DSP、邏輯控制的完美結合,減小電路板面積和成本,提高系統的集成度,更重要的是在不改變電路板設
計的情況下可方便地實現系統的升級和改動,系統 重構的難度很小,對于實現產品的系列化和向上兼 容性有深遠的意義。
4  應用前景和展望

基于北斗的車輛管理系統是一套集地理信息處理、車輛監控、駕駛員管理為一體的集成管理系統,可以輔助車輛管理部門對車輛和駕駛員進行有效管
理,并可以為駕駛員提供有效的車輛導航信息。通 用北斗終端擴展平臺??榭梢猿浞址⒒穎倍返耐ㄐ?優勢,可應用于遠程測控設備控制、傳感器數據傳 輸和物聯網應用等方面,具有相當的軍事和民用價 值,為北斗一代用戶提供廣泛的應用方式,同時作 為北斗二代用戶終端擴展性應用的前瞻性試驗。


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