摘要：隨著人民生活水平不斷提高，道路交通需求旺盛。如何合理調度高速公路上的各類勤務車輛，提高效率，為過往車戶提供更為優質的服務，是高速公路管理部門亟待解決的問題。 GPS車載定位系統這一新興技術的應用為高管部門的車輛管理拓寬了思路，使現代化科學管理成為了可能。

前言 

    隨著我國經濟的快速增長，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設施建設的步伐，高速道路網已初具規模，尤其在經濟發達地區已形成了以高速公路為主的道路交通網絡。但由于車流量的迅猛增長，交通矛盾依然十分突出，1 990～2004年我國機動車年平均增長率達到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重。如何高效實時地監控和管理機動巡邏車輛和清障車輛，并組織調度、及時出警，實時掌握各種機動車輛執勤及道路情況，以及更方便地對車輛定位數據及多種交通管理業務數據進行查詢、統計、分析，來提高交通指揮調度效率，為過往車輛提供更優質、更便利、更高效的服務，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峻的交通管理形勢。 

    GPs車載定位系統是GPs這一新興技術在交通領域的應用，它可以實時監控和管理華北高速各養護所的巡邏車和清障車。系統由監控中心和所轄車輛組成。中心在接到報警救援后，通過查詢電子地圖上各巡邏車所處位置，組織調度就近車輛及時出勤。同時，中心實時掌握接警車輛執勤路線，通過車載電話及時了解道路暢通情況，通過短信平臺下達調度指令，接警車輛及時向中心報告處理結果，達到接警和處警的及時性和互動性。中心數據庫可對車輛定位等各項數據進行查詢、統計和分析，以此提高車輛指揮調度效率，為過往客戶提供更快捷和更高效的服務。數據庫中的各項數據也可作為各養護部門對員工日常管理和考核的有效依據，使各車輛得到有效的監督和管理。這一系統對高速公路養護車輛的運營調度、車輛控制更佳合理化，提升行業服務質量保證高速公路暢通等方面起到全面改進的作用，同時對提高高速公路管理部門的形象產生深遠的影響。 

系統技術簡介 

項目設計的技術背景 

    隨著GPs技術的發展和電子、通信、計算機、網絡等高新技術的廣泛應用，一些先進國家的GPs應用已經相當普及，建立我國自己的GPs產業和GPs綜合服務系統已經成為電信、公安、銀行、交通等政府職能部門和企事業單位領導和有關專家的共識。 

    GPs（Global POSitioning System）即全球衛星定位系統是一個衛星導航系統，由美國國防部（DOD）投資建設，并免費向民間用戶開放。它是真正實現了全球、全天候、連續、實時、以空中衛星為基礎的高精度無線電導航系統。GPs由地面控制站、空間設備（sV）、GPs用戶接收機和地面通信網多部分組成。要建立大型GPs綜合服務系統必須首先在較大范圍內建立一個通信網絡，通信網的好壞是這個系統成敗的關鍵。為這樣一個系統專門建立通信網在經濟上有點得不償失。因此乏幾年發展起來的價格合理、性能可靠的公用網成為最佳的選擇。

    同時，近幾年來電子技術的發展使GPs接收機的造價大幅度下降體積越來越小，由于單片機和DSP技術的發展使車載設備的體積和造價成倍下降。同時計算機和網絡技術的發展．相關軟硬件設備的性價、比有大幅度的提高，使我們有可能建立一個低價格高性能的GPs綜臺服務系統。 

系統采取的應用技術及其說明 

    本系統將采用了以下應用技術作為技術支撐點：GPs（全球衛星定位系統）、GpRs（通用分組無線服務）、Gls（電子地理信息系統）、光電顯示、以太網技術等，下面分別對上述主要的應用技術做簡要說明GPs（全球衛星定位系統） 。

    GPS是真正實現了全球、全天候、連續、實時、以空中衛星為基礎的高精度無線電導航系統。在全球任何地方以及近地空間能夠給出準確三維位置、速度和精確的時間信息：GPs由地面控制站、空間設備（sV）、GPS用戶接收機和地面通信網四部分組成。

    GPS系統廣泛的應用于大地測量、地質勘探和車輛導航等方面，近年來隨著GPS模塊的成本不斷下降和地面通信系統的不斷發展應用于車輛監控調度管理的GPS系統正如火如荼地向前發展。首先是在公安系統的專網應用，隨著GSM等通信系統的不斷發展,GPS應用范圍越來越廣，長途客運、物流、出租車及城市公交車輛的應用在我國也已進入成熟發展階段。 

GPRs（通用分組無線服務） 

    GPRS的英文全稱為General Packet Radio Service，中文含義為通用分組無線服務，它是利用“包交換”（Packet-Switched）的概念所發展出的一套無線傳輸方式。所謂的包交換就是將數據封裝成許多獨立的封包，再將這些封包一個一個傳送出去，形式上有點類似寄包裹。GPRS網絡是基于現有的GSM網絡來實現的。在現有的GSM網絡中需增加一些節點，GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網關支持節點）和SGSN（Serving GSN．GPRS服務支持節點）。SGSN的主要作用是記錄移動終端的當前位置信息，并且在移動終端和GGSN 之間完成移動分組數據的發送和接收。GGSN主要是起網關作用，它可以和多種不同的數據網絡連接，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網中的GPRS分 組數據包進行協議轉換，從而可以把這些分組數據包傳送到遠端的TCP／lP或x 25網絡。

 
    GPRS技術有用戶永遠在線、接入時間短、高傳輸速度、大傳輸量、突破現有手機上網收費模式等優勢。 

GIS（地理信息系統）
 
    GIS地理信息系統，目前已具有多種成熟的軟件開發平臺，其中以Maplnfo為最成熟和普及。Maplnfo是目前世界上最為完備、功能強大、全面而直觀的桌面地圖信息系統，為在client／Server環境下解決問題提供了一種全新的方案。它復雜而深層次的可視化地理分析功能可以幫助用戶在數據庫中不同的數據之間建立關聯，在同一個環境下顯示，并迅速揭示數據之間的關系以及易被忽視的數據模式，從而做出快速有效的決策，提高運作效率，加強競爭能力。 

網絡技術
 
    網絡技術是信息時代應用最廣的技術，在設計系統的網絡支撐平臺時，我們堅持可擴充和技術先進性原則，選用世界第一流的產品和標準化技術。并且系統中關鍵的設計直接依據我們近期在國內類似大型系統建設中所取得的經驗，網絡系統具有相當的開放性能，符合公認的國際標準與工業標準：同時采用業界現有的先進技術，網絡協議以TCP／IP協議為主，在設備的選型上將充分考慮對于網絡層的支持，為未來的發展預留足夠的空間。 

華北高速監控中心GPs車載定位系統的組成與網絡結構 

GPS車載定位系統組成 

    華北高速監控中心的GPS車載定位系統主要由軟件和硬件兩部分組成的。其中軟件部分就是GPS系統的主監控中心，主要由通訊服務器、數據庫服務器、GIS工作站、管理工作站等組成。通訊服務器主要完成通信和數據調度分派等功能：數據庫服務器保存所有車輛和司機數據、運營數據、所有歷史記錄及系統配置信息和管理方面的數據；GIS工作站以直觀的方式顯示各種信息，并完成巡邏車監控、調度、報警數據處理等功能：管理工作站的功能面向系統管理人員，主要完成管理、日、月客流統計分析等功能。 

    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天線及緊急報警按鈕等。GPS終端盒負責接收GPS定位信號和發送GPRS數據信息；通話手柄可以實現車載電話的功能，并帶有收發短信的功能：緊急報警按鈕能實現人工向中心報警的功能。 

    車輛上的GPS終端盒收到衛星定位后的數據，再通過移動GPRS網絡發送到當地的電信部門，電信部門通過Intemet把車輛的數據信息發送給監控中心的通訊服務器。通訊服務器與中心其他服務器及工作站計算機相連，就可以對車輛信息進行相應的分析、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行，并可以通過工作站計算機直接用鼠標操作撥號，通過調制解調器撥打車輛上的通話手柄。

通訊服務器的主要功能 

    通信服務器是系統信息流轉的樞紐，完成的是車載終端上行數據的解碼，及數據流向分配和調度,GIS工作站、管理工作站、其他工作站和數據庫服務器之間的數據通信，以及中心下行至終端命令的發送等功能。同時兼有信息流統計及流量調節控制功能，使信息流得到安全管理與控制。

數據庫服務器的主要功能 

    數據庫服務器是系統的核心，采用微軟的SQL Serve2000，保存所有車輛、司機數據、運營數據、所有歷史記錄及系統配置信息和管理方面的數據。 

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器上的普通計算機，裝有GPS系統的客戶端部分，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。對京津塘全線各個收費站、養護所、服務區等重要地點有明確的標注。包括地圖顯示控制、地圖實體屬性查詢和修改、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間內的行駛路線重現，可以對這段軌跡進行數量統計，也可將這段軌跡保存成地圖上的路線，并查詢軌跡上每個點當時的狀態。這些就為車輛的調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運營服務系統的前臺程序，管理GPS主監控中心的用戶、操作員、系統本身和提供的服務，具有用戶管理、GPS車載設備管理、操作員管理、數據庫管理、綜合報表、運營數據管理、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）車輛衛星定位
 
    中心可以隨時了解所監控車輛的實時位置精確定位（≤1 5米），被查詢車輛還可在收到中心命令后立即向中心發送其所在位置及狀態，并在中心電子地圖顯示。 

2）緊急求助 

    提供緊急故障報警按鈕，在遇到緊急情況時，按動“緊急報警按鈕”可向中心報告警情和位置，中心確認報警后，可隨時對汽車實行跟蹤，并在中心電子地圖上顯示其行駛軌跡。

3）實時跟蹤 

    車載終端在收到中心的指令后，將車輛的位置、運行狀態回報到中心（時間間隔最短可達1秒）。 

4）‘一鍵通’語音撥號車載電話 

    車載設備上的電話可以存儲多個電話號碼（10個號碼以內），并對每個號碼設置“一鍵撥號”功能。通話錄音存儲在中心的電話錄音系統中。 

5）電話限撥功能 

    車載設備上的電話可以設置為除設定的號碼以外，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車載定位系統的主要特點：

    通信系統選擇合理、覆蓋區域廣、系統投資少，性價比高

    本系統使用依托于中國移動GPRS網（或聯通CDMA）的GPS系統，無需專門架設費用昂貴的通信系統，也無需為資源的申請而費心，而且覆蓋范圍廣泛，用戶容量有充分的保障。相對應車載設備的成本也比較低，同時車載終端所配備的SIM卡只需開通GPRS業務即可以使用，費用根據當地電信部門的收費標準按流量計費。系統經擴充開發可提供的功能卻有：GPS實時定位與監控、派遣調度。還可選擇能加配漢字顯示終端的增強型車載設備，進一步提供資訊服務以及為駕車提供安全通訊的車載移動電話功能。中心還可進一步為車輛用戶提供防盜、反劫等功能。

與職能部門有效聯接 

    留有與交通監控中心、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的服務。 

系統安全性好

    設有多級操作權限，操作席需操作員或管理員口令密碼才能進入操作，而且對車輛的制動等操作需相應級別的人員才能進行，并自動留下操作記錄備查。軟件設計及數據調度中采用糾錯冗余技術，保證系統安全及準確性。 

系統擴展性好 
    系統中心采用模塊化結構和網絡化設計，有利于工程的分步實施及服務的升級，無論是系統的容量還是系統的功能，均有良好的可擴展性。

結束語 

    目前，GPS車載終端系統在京津塘高速公路上已進入實用階段，對于路巡車的監控管理、清障車的合理調度、車輛狀況的統計查詢等都提供了便利。實踐證明，通過精心的設計論證，采用最新技術，GPS這一應用于導航領域的技術完全可以為高速公路的管理、監控以及養護部門給與支持。在3G技術普及應用的不久的將來，還可以為車載終端配備攝像頭，通過網絡實時地將視頻信號傳送到中心的監控系統。這些都為高速公路的管理拓寬了思路．提供了發展的前景。