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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:2030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?#31995;?#26041;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?#34892;?#23454;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?#33258;?北斗导航用户终端平台上[1][2][3],综合利?#20204;?#20837;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?#34892;?#20811;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?#34892;摹?#29992;户
终端两大部分(如图 1 所示)。监控?#34892;?#20027;要由?#34892;?计算机和北斗指?#26377;?#29992;户机组成,?#34892;?#35745;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?#26377;?#29992;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?#34892;?#21457;来 的远程控制命令。
2.2 系统主要功能设计 车辆监控?#34892;?#30417;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?#32570;?#20363;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?#25105;?#20004;点或 者多点间的距离和?#25105;?#22810;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?#23637;?#23450;路线行驶?#20445;?#36719; 件自动通过北斗系统向监控?#34892;?#25253;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?#20445;?#24182;且可以实现各用户之间、用户与 ?#34892;?#25511;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?#36742;?#23450;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?#31471;?#32034; 的速度提高,?#27493;?#20943;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?#31471;?#32034;、最优路径
规划,简单明了而又实用的拓扑关系将缩短路?#31471;?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?#32570;?#36798; 在车辆管理使用的?#34892;?#30417;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?#21462;?#39640;效?#23454;?#36807;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?#21152;?#20256;统的纸?#23454;?#22270;时所获得的视觉差异控制 在?#27426;?#33539;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?#32570;?#36798; 单一比例尺电子地图的多尺?#32570;?#36798;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?#27426;?#30340;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?#32570;?#36798; 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?#20445;?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,?#34892;?#22320;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?#32479;?#26412;,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?#35759;?#24456;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?#20204;?#26223;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?#34892;?#31649;
理,并可以为驾驶员提供?#34892;?#30340;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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