摘要：隨著人民生活水平不斷提高，道路交通需求旺盛。如何合理調(diào)度高速公路上的各類勤務(wù)車輛，提高效率，為過往車戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，是高速公路管理部門亟待解決的問題。 GPS車載定位系統(tǒng)這一新興技術(shù)的應(yīng)用為高管部門的車輛管理拓寬了思路，使現(xiàn)代化科學(xué)管理成為了可能。
前言
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，人民生活水平的不斷提高，道路交通需求旺盛。近年來全國各地加大了道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐，高速道路網(wǎng)已初具規(guī)模，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)已形成了以高速公路為主的道路交通網(wǎng)絡(luò)。但由于車流量的迅猛增長，交通矛盾依然十分突出，1 990～2004年我國機(jī)動車年平均增長率達(dá)到12.21％，交通流量也以年平均1 5％左右的速度遞增。隨著我國進(jìn)入WTO，私人汽車擁有量的增長已成井噴之勢，由此帶來的對高速公路的交通壓力也日益嚴(yán)重。如何高效實(shí)時(shí)地監(jiān)控和管理機(jī)動巡邏車輛和清障車輛，并組織調(diào)度、及時(shí)出警，實(shí)時(shí)掌握各種機(jī)動車輛執(zhí)勤及道路情況，以及更方便地對車輛定位數(shù)據(jù)及多種交通管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，來提高交通指揮調(diào)度效率，為過往車輛提供更優(yōu)質(zhì)、更便利、更高效的服務(wù)，是高速公路管理部門亟須解決的問題。作為京津塘高速公路交通的主要管理部門——華北高速公路股份有限公司面臨著嚴(yán)峻的交通管理形勢。
GPs車載定位系統(tǒng)是GPs這一新興技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理華北高速各養(yǎng)護(hù)所的巡邏車和清障車。系統(tǒng)由監(jiān)控中心和所轄車輛組成。中心在接到報(bào)警救援后，通過查詢電子地圖上各巡邏車所處位置，組織調(diào)度就近車輛及時(shí)出勤。同時(shí)，中心實(shí)時(shí)掌握接警車輛執(zhí)勤路線，通過車載電話及時(shí)了解道路暢通情況，通過短信平臺下達(dá)調(diào)度指令，接警車輛及時(shí)向中心報(bào)告處理結(jié)果，達(dá)到接警和處警的及時(shí)性和互動性。中心數(shù)據(jù)庫可對車輛定位等各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，以此提高車輛指揮調(diào)度效率，為過往客戶提供更快捷和更高效的服務(wù)。數(shù)據(jù)庫中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)也可作為各養(yǎng)護(hù)部門對員工日常管理和考核的有效依據(jù)，使各車輛得到有效的監(jiān)督和管理。這一系統(tǒng)對高速公路養(yǎng)護(hù)車輛的運(yùn)營調(diào)度、車輛控制更佳合理化，提升行業(yè)服務(wù)質(zhì)量保證高速公路暢通等方面起到全面改進(jìn)的作用，同時(shí)對提高高速公路管理部門的形象產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
系統(tǒng)技術(shù)簡介
項(xiàng)目設(shè)計(jì)的技術(shù)背景
隨著GPs技術(shù)的發(fā)展和電子、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一些先進(jìn)國家的GPs應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及，建立我國自己的GPs產(chǎn)業(yè)和GPs綜合服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)成為電信、公安、銀行、交通等政府職能部門和企事業(yè)單位領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)專家的共識。
GPs（Global POSitioning System）即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由美國國防部（DOD）投資建設(shè)，并免費(fèi)向民間用戶開放。它是真正實(shí)現(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)、以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。GPs由地面控制站、空間設(shè)備（sV）、GPs用戶接收機(jī)和地面通信網(wǎng)多部分組成。要建立大型GPs綜合服務(wù)系統(tǒng)必須首先在較大范圍內(nèi)建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)的好壞是這個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。為這樣一個(gè)系統(tǒng)專門建立通信網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)上有點(diǎn)得不償失。因此乏幾年發(fā)展起來的價(jià)格合理、性能可靠的公用網(wǎng)成為最佳的選擇。
同時(shí)，近幾年來電子技術(shù)的發(fā)展使GPs接收機(jī)的造價(jià)大幅度下降體積越來越小，由于單片機(jī)和DSP技術(shù)的發(fā)展使車載設(shè)備的體積和造價(jià)成倍下降。同時(shí)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展．相關(guān)軟硬件設(shè)備的性價(jià)、比有大幅度的提高，使我們有可能建立一個(gè)低價(jià)格高性能的GPs綜臺服務(wù)系統(tǒng)。
系統(tǒng)采取的應(yīng)用技術(shù)及其說明
本系統(tǒng)將采用了以下應(yīng)用技術(shù)作為技術(shù)支撐點(diǎn)：GPs（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）、GpRs（通用分組無線服務(wù)）、Gls（電子地理信息系統(tǒng)）、光電顯示、以太網(wǎng)技術(shù)等，下面分別對上述主要的應(yīng)用技術(shù)做簡要說明GPs（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)） 。
GPS是真正實(shí)現(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)、以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。在全球任何地方以及近地空間能夠給出準(zhǔn)確三維位置、速度和精確的時(shí)間信息：GPs由地面控制站、空間設(shè)備（sV）、GPS用戶接收機(jī)和地面通信網(wǎng)四部分組成。
GPS系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于大地測量、地質(zhì)勘探和車輛導(dǎo)航等方面，近年來隨著GPS模塊的成本不斷下降和地面通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展應(yīng)用于車輛監(jiān)控調(diào)度管理的GPS系統(tǒng)正如火如荼地向前發(fā)展。首先是在公安系統(tǒng)的專網(wǎng)應(yīng)用，隨著GSM等通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展,GPS應(yīng)用范圍越來越廣，長途客運(yùn)、物流、出租車及城市公交車輛的應(yīng)用在我國也已進(jìn)入成熟發(fā)展階段。
GPRs（通用分組無線服務(wù)）
GPRS的英文全稱為General Packet Radio Service，中文含義為通用分組無線服務(wù)，它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念所發(fā)展出的一套無線傳輸方式。所謂的包交換就是將數(shù)據(jù)封裝成許多獨(dú)立的封包，再將這些封包一個(gè)一個(gè)傳送出去，形式上有點(diǎn)類似寄包裹。GPRS網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中需增加一些節(jié)點(diǎn)，GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）和SGSN（Serving GSN．GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）。SGSN的主要作用是記錄移動終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動終端和GGSN 之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ISDN、PSPDN和LAN等。國外有些資料甚至將GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分 組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP／lP或x 25網(wǎng)絡(luò)。
GPRS技術(shù)有用戶永遠(yuǎn)在線、接入時(shí)間短、高傳輸速度、大傳輸量、突破現(xiàn)有手機(jī)上網(wǎng)收費(fèi)模式等優(yōu)勢。
GIS（地理信息系統(tǒng)）
GIS地理信息系統(tǒng)，目前已具有多種成熟的軟件開發(fā)平臺，其中以Maplnfo為最成熟和普及。Maplnfo是目前世界上最為完備、功能強(qiáng)大、全面而直觀的桌面地圖信息系統(tǒng)，為在client／Server環(huán)境下解決問題提供了一種全新的方案。它復(fù)雜而深層次的可視化地理分析功能可以幫助用戶在數(shù)據(jù)庫中不同的數(shù)據(jù)之間建立關(guān)聯(lián)，在同一個(gè)環(huán)境下顯示，并迅速揭示數(shù)據(jù)之間的關(guān)系以及易被忽視的數(shù)據(jù)模式，從而做出快速有效的決策，提高運(yùn)作效率，加強(qiáng)競爭能力。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息時(shí)代應(yīng)用最廣的技術(shù)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)支撐平臺時(shí)，我們堅(jiān)持可擴(kuò)充和技術(shù)先進(jìn)性原則，選用世界第一流的產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。并且系統(tǒng)中關(guān)鍵的設(shè)計(jì)直接依據(jù)我們近期在國內(nèi)類似大型系統(tǒng)建設(shè)中所取得的經(jīng)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)拈_放性能，符合公認(rèn)的國際標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：同時(shí)采用業(yè)界現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以TCP／IP協(xié)議為主，在設(shè)備的選型上將充分考慮對于網(wǎng)絡(luò)層的支持，為未來的發(fā)展預(yù)留足夠的空間。
華北高速監(jiān)控中心GPs車載定位系統(tǒng)的組成與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
GPS車載定位系統(tǒng)組成
華北高速監(jiān)控中心的GPS車載定位系統(tǒng)主要由軟件和硬件兩部分組成的。其中軟件部分就是GPS系統(tǒng)的主監(jiān)控中心，主要由通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、GIS工作站、管理工作站等組成。通訊服務(wù)器主要完成通信和數(shù)據(jù)調(diào)度分派等功能：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器保存所有車輛和司機(jī)數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、所有歷史記錄及系統(tǒng)配置信息和管理方面的數(shù)據(jù)；GIS工作站以直觀的方式顯示各種信息，并完成巡邏車監(jiān)控、調(diào)度、報(bào)警數(shù)據(jù)處理等功能：管理工作站的功能面向系統(tǒng)管理人員，主要完成管理、日、月客流統(tǒng)計(jì)分析等功能。
硬件部分包括安裝在車輛上的GPS終端盒、通話手柄、GPS天線、GSM天線及緊急報(bào)警按鈕等。GPS終端盒負(fù)責(zé)接收GPS定位信號和發(fā)送GPRS數(shù)據(jù)信息；通話手柄可以實(shí)現(xiàn)車載電話的功能，并帶有收發(fā)短信的功能：緊急報(bào)警按鈕能實(shí)現(xiàn)人工向中心報(bào)警的功能。
車輛上的GPS終端盒收到衛(wèi)星定位后的數(shù)據(jù)，再通過移動GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到當(dāng)?shù)氐碾娦挪块T，電信部門通過Intemet把車輛的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給監(jiān)控中心的通訊服務(wù)器。通訊服務(wù)器與中心其他服務(wù)器及工作站計(jì)算機(jī)相連，就可以對車輛信息進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理和保存等操作。對車輛的信息反饋和指令等也可以通過此信息通道進(jìn)行，并可以通過工作站計(jì)算機(jī)直接用鼠標(biāo)操作撥號，通過調(diào)制解調(diào)器撥打車輛上的通話手柄。
通訊服務(wù)器的主要功能
通信服務(wù)器是系統(tǒng)信息流轉(zhuǎn)的樞紐，完成的是車載終端上行數(shù)據(jù)的解碼，及數(shù)據(jù)流向分配和調(diào)度,GIS工作站、管理工作站、其他工作站和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信，以及中心下行至終端命令的發(fā)送等功能。同時(shí)兼有信息流統(tǒng)計(jì)及流量調(diào)節(jié)控制功能，使信息流得到安全管理與控制。
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要功能
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，采用微軟的SQL Serve2000，保存所有車輛、司機(jī)數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、所有歷史記錄及系統(tǒng)配置信息和管理方面的數(shù)據(jù)。
GIS工作站的主要功能
GIS工作站可以是任何一臺或多臺連接在通訊服務(wù)器上的普通計(jì)算機(jī)，裝有GPS系統(tǒng)的客戶端部分，軟件中的電子地圖以京津塘高速全線為中心，顯示沿線重要的地名、公路、鐵路及河流等信息。對京津塘全線各個(gè)收費(fèi)站、養(yǎng)護(hù)所、服務(wù)區(qū)等重要地點(diǎn)有明確的標(biāo)注。包括地圖顯示控制、地圖實(shí)體屬性查詢和修改、車輛信息查詢等功能。其中的軌跡回放功能可以對一輛車在某段時(shí)間內(nèi)的行駛路線重現(xiàn)，可以對這段軌跡進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，也可將這段軌跡保存成地圖上的路線，并查詢軌跡上每個(gè)點(diǎn)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)。這些就為車輛的調(diào)度和管理提供了方便。
管理工作站的主要功能
管理工作站的功能是GPS運(yùn)營服務(wù)系統(tǒng)的前臺程序，管理GPS主監(jiān)控中心的用戶、操作員、系統(tǒng)本身和提供的服務(wù)，具有用戶管理、GPS車載設(shè)備管理、操作員管理、數(shù)據(jù)庫管理、綜合報(bào)表、運(yùn)營數(shù)據(jù)管理、線路車輛管理和駕駛員管理等功能。
GPs車載終端的主要功能
1）車輛衛(wèi)星定位
中心可以隨時(shí)了解所監(jiān)控車輛的實(shí)時(shí)位置精確定位（≤1 5米），被查詢車輛還可在收到中心命令后立即向中心發(fā)送其所在位置及狀態(tài)，并在中心電子地圖顯示。
2）緊急求助
提供緊急故障報(bào)警按鈕，在遇到緊急情況時(shí)，按動“緊急報(bào)警按鈕”可向中心報(bào)告警情和位置，中心確認(rèn)報(bào)警后，可隨時(shí)對汽車實(shí)行跟蹤，并在中心電子地圖上顯示其行駛軌跡。
3）實(shí)時(shí)跟蹤
車載終端在收到中心的指令后，將車輛的位置、運(yùn)行狀態(tài)回報(bào)到中心（時(shí)間間隔最短可達(dá)1秒）。
4）‘一鍵通’語音撥號車載電話
車載設(shè)備上的電話可以存儲多個(gè)電話號碼（10個(gè)號碼以內(nèi)），并對每個(gè)號碼設(shè)置“一鍵撥號”功能。通話錄音存儲在中心的電話錄音系統(tǒng)中。
5）電話限撥功能
車載設(shè)備上的電話可以設(shè)置為除設(shè)定的號碼以外，其他的號碼無法撥打功能，只允許單鍵撥號。
京津塘高速公路GPS車載定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
通信系統(tǒng)選擇合理、覆蓋區(qū)域廣、系統(tǒng)投資少，性價(jià)比高
本系統(tǒng)使用依托于中國移動GPRS網(wǎng)（或聯(lián)通CDMA）的GPS系統(tǒng)，無需專門架設(shè)費(fèi)用昂貴的通信系統(tǒng)，也無需為資源的申請而費(fèi)心，而且覆蓋范圍廣泛，用戶容量有充分的保障。相對應(yīng)車載設(shè)備的成本也比較低，同時(shí)車載終端所配備的SIM卡只需開通GPRS業(yè)務(wù)即可以使用，費(fèi)用根據(jù)當(dāng)?shù)仉娦挪块T的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)按流量計(jì)費(fèi)。系統(tǒng)經(jīng)擴(kuò)充開發(fā)可提供的功能卻有：GPS實(shí)時(shí)定位與監(jiān)控、派遣調(diào)度。還可選擇能加配漢字顯示終端的增強(qiáng)型車載設(shè)備，進(jìn)一步提供資訊服務(wù)以及為駕車提供安全通訊的車載移動電話功能。中心還可進(jìn)一步為車輛用戶提供防盜、反劫等功能。
與職能部門有效聯(lián)接
留有與交通監(jiān)控中心、110指揮中心、120急救中心、交通事故處理中心等職能部門的接口。以便為駕乘人員提供最及時(shí)的服務(wù)。
系統(tǒng)安全性好
設(shè)有多級操作權(quán)限，操作席需操作員或管理員口令密碼才能進(jìn)入操作，而且對車輛的制動等操作需相應(yīng)級別的人員才能進(jìn)行，并自動留下操作記錄備查。軟件設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)調(diào)度中采用糾錯(cuò)冗余技術(shù)，保證系統(tǒng)安全及準(zhǔn)確性。
系統(tǒng)擴(kuò)展性好
系統(tǒng)中心采用模塊化結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，有利于工程的分步實(shí)施及服務(wù)的升級，無論是系統(tǒng)的容量還是系統(tǒng)的功能，均有良好的可擴(kuò)展性。
結(jié)束語
目前，GPS車載終端系統(tǒng)在京津塘高速公路上已進(jìn)入實(shí)用階段，對于路巡車的監(jiān)控管理、清障車的合理調(diào)度、車輛狀況的統(tǒng)計(jì)查詢等都提供了便利。實(shí)踐證明，通過精心的設(shè)計(jì)論證，采用最新技術(shù)，GPS這一應(yīng)用于導(dǎo)航領(lǐng)域的技術(shù)完全可以為高速公路的管理、監(jiān)控以及養(yǎng)護(hù)部門給與支持。在3G技術(shù)普及應(yīng)用的不久的將來，還可以為車載終端配備攝像頭，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地將視頻信號傳送到中心的監(jiān)控系統(tǒng)。這些都為高速公路的管理拓寬了思路．提供了發(fā)展的前景。
