摘要：随着人民生活水平不断提高，道路交通需求旺盛。如何合理调度高速公路上的各类勤务车辆，提高效率，为过往车户提供更为优质的服务，是高速公路管理部门亟待解决的问题。 GPS车载定位系统这一新兴技术的应用为高管部门的车辆管理拓宽了思路，使现代化科学管理成为了可能。

前言 

    随着我国经济的快速增长，人民生活水平的不断提高，道路交通需求旺盛。近年来全国各地加大了道路基础设施建设的步伐，高速道路网已初具规模，尤其在经济发达地区已形成了以高速公路为主的道路交通网络。但由于车流量的迅猛增长，交通矛盾依然十分突出，1 990～2004年我国机动车年平均增长率达到12.21％，交通流量也以年平均1 5％左右的速度递增。随着我国进入WTO，私人汽车拥有量的增长已成井喷之势，由此带来的对高速公路的交通压力也日益严重。如何高效实时地监控和管理机动巡逻车辆和清障车辆，并组织调度、及时出警，实时掌握各种机动车辆执勤及道路情况，以及更方便地对车辆定位数据及多种交通管理业务数据进行查询、统计、分析，来提高交通指挥调度效率，为过往车辆提供更优质、更便利、更高效的服务，是高速公路管理部门亟须解决的问题。作为京津塘高速公路交通的主要管理部门——华北高速公路股份有限公司面临着严峻的交通管理形势。 

    GPs车载定位系统是GPs这一新兴技术在交通领域的应用，它可以实时监控和管理华北高速各养护所的巡逻车和清障车。系统由监控中心和所辖车辆组成。中心在接到报警救援后，通过查询电子地图上各巡逻车所处位置，组织调度就近车辆及时出勤。同时，中心实时掌握接警车辆执勤路线，通过车载电话及时了解道路畅通情况，通过短信平台下达调度指令，接警车辆及时向中心报告处理结果，达到接警和处警的及时性和互动性。中心数据库可对车辆定位等各项数据进行查询、统计和分析，以此提高车辆指挥调度效率，为过往客户提供更快捷和更高效的服务。数据库中的各项数据也可作为各养护部门对员工日常管理和考核的有效依据，使各车辆得到有效的监督和管理。这一系统对高速公路养护车辆的运营调度、车辆控制更佳合理化，提升行业服务质量保证高速公路畅通等方面起到全面改进的作用，同时对提高高速公路管理部门的形象产生深远的影响。 

系统技术简介 

项目设计的技术背景 

    随着GPs技术的发展和电子、通信、计算机、网络等高新技术的广泛应用，一些先进国家的GPs应用已经相当普及，建立我国自己的GPs产业和GPs综合服务系统已经成为电信、公安、银行、交通等政府职能部门和企事业单位领导和有关专家的共识。 

    GPs（Global POSitioning System）即全球卫星定位系统是一个卫星导航系统，由美国国防部（DOD）投资建设，并免费向民间用户开放。它是真正实现了全球、全天候、连续、实时、以空中卫星为基础的高精度无线电导航系统。GPs由地面控制站、空间设备（sV）、GPs用户接收机和地面通信网多部分组成。要建立大型GPs综合服务系统必须首先在较大范围内建立一个通信网络，通信网的好坏是这个系统成败的关键。为这样一个系统专门建立通信网在经济上有点得不偿失。因此乏几年发展起来的价格合理、性能可靠的公用网成为最佳的选择。

    同时，近几年来电子技术的发展使GPs接收机的造价大幅度下降体积越来越小，由于单片机和DSP技术的发展使车载设备的体积和造价成倍下降。同时计算机和网络技术的发展．相关软硬件设备的性价、比有大幅度的提高，使我们有可能建立一个低价格高性能的GPs综台服务系统。 

系统采取的应用技术及其说明 

    本系统将采用了以下应用技术作为技术支撑点：GPs（全球卫星定位系统）、GpRs（通用分组无线服务）、Gls（电子地理信息系统）、光电显示、以太网技术等，下面分别对上述主要的应用技术做简要说明GPs（全球卫星定位系统） 。

    GPS是真正实现了全球、全天候、连续、实时、以空中卫星为基础的高精度无线电导航系统。在全球任何地方以及近地空间能够给出准确三维位置、速度和精确的时间信息：GPs由地面控制站、空间设备（sV）、GPS用户接收机和地面通信网四部分组成。

    GPS系统广泛的应用于大地测量、地质勘探和车辆导航等方面，近年来随着GPS模块的成本不断下降和地面通信系统的不断发展应用于车辆监控调度管理的GPS系统正如火如荼地向前发展。首先是在公安系统的专网应用，随着GSM等通信系统的不断发展,GPS应用范围越来越广，长途客运、物流、出租车及城市公交车辆的应用在我国也已进入成熟发展阶段。 

GPRs（通用分组无线服务） 

    GPRS的英文全称为General Packet Radio Service，中文含义为通用分组无线服务，它是利用“包交换”（Packet-Switched）的概念所发展出的一套无线传输方式。所谓的包交换就是将数据封装成许多独立的封包，再将这些封包一个一个传送出去，形式上有点类似寄包裹。GPRS网络是基于现有的GSM网络来实现的。在现有的GSM网络中需增加一些节点，GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS网关支持节点）和SGSN（Serving GSN．GPRS服务支持节点）。SGSN的主要作用是记录移动终端的当前位置信息，并且在移动终端和GGSN 之间完成移动分组数据的发送和接收。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、PSPDN和LAN等。国外有些资料甚至将GGSN称为GPRS路由器。GGSN可以把GSM网中的GPRS分 组数据包进行协议转换，从而可以把这些分组数据包传送到远端的TCP／lP或x 25网络。

 
    GPRS技术有用户永远在线、接入时间短、高传输速度、大传输量、突破现有手机上网收费模式等优势。 

GIS（地理信息系统）
 
    GIS地理信息系统，目前已具有多种成熟的软件开发平台，其中以Maplnfo为最成熟和普及。Maplnfo是目前世界上最为完备、功能强大、全面而直观的桌面地图信息系统，为在client／Server环境下解决问题提供了一种全新的方案。它复杂而深层次的可视化地理分析功能可以帮助用户在数据库中不同的数据之间建立关联，在同一个环境下显示，并迅速揭示数据之间的关系以及易被忽视的数据模式，从而做出快速有效的决策，提高运作效率，加强竞争能力。 

网络技术
 
    网络技术是信息时代应用最广的技术，在设计系统的网络支撑平台时，我们坚持可扩充和技术先进性原则，选用世界第一流的产品和标准化技术。并且系统中关键的设计直接依据我们近期在国内类似大型系统建设中所取得的经验，网络系统具有相当的开放性能，符合公认的国际标准与工业标准：同时采用业界现有的先进技术，网络协议以TCP／IP协议为主，在设备的选型上将充分考虑对于网络层的支持，为未来的发展预留足够的空间。 

华北高速监控中心GPs车载定位系统的组成与网络结构 

GPS车载定位系统组成 

    华北高速监控中心的GPS车载定位系统主要由软件和硬件两部分组成的。其中软件部分就是GPS系统的主监控中心，主要由通讯服务器、数据库服务器、GIS工作站、管理工作站等组成。通讯服务器主要完成通信和数据调度分派等功能：数据库服务器保存所有车辆和司机数据、运营数据、所有历史记录及系统配置信息和管理方面的数据；GIS工作站以直观的方式显示各种信息，并完成巡逻车监控、调度、报警数据处理等功能：管理工作站的功能面向系统管理人员，主要完成管理、日、月客流统计分析等功能。 

    硬件部分包括安装在车辆上的GPS终端盒、通话手柄、GPS天线、GSM天线及紧急报警按钮等。GPS终端盒负责接收GPS定位信号和发送GPRS数据信息；通话手柄可以实现车载电话的功能，并带有收发短信的功能：紧急报警按钮能实现人工向中心报警的功能。 

    车辆上的GPS终端盒收到卫星定位后的数据，再通过移动GPRS网络发送到当地的电信部门，电信部门通过Intemet把车辆的数据信息发送给监控中心的通讯服务器。通讯服务器与中心其他服务器及工作站计算机相连，就可以对车辆信息进行相应的分析、处理和保存等操作。对车辆的信息反馈和指令等也可以通过此信息通道进行，并可以通过工作站计算机直接用鼠标操作拨号，通过调制解调器拨打车辆上的通话手柄。

通讯服务器的主要功能 

    通信服务器是系统信息流转的枢纽，完成的是车载终端上行数据的解码，及数据流向分配和调度,GIS工作站、管理工作站、其他工作站和数据库服务器之间的数据通信，以及中心下行至终端命令的发送等功能。同时兼有信息流统计及流量调节控制功能，使信息流得到安全管理与控制。

数据库服务器的主要功能 

    数据库服务器是系统的核心，采用微软的SQL Serve2000，保存所有车辆、司机数据、运营数据、所有历史记录及系统配置信息和管理方面的数据。 

GIS工作站的主要功能 

    GIS工作站可以是任何一台或多台连接在通讯服务器上的普通计算机，装有GPS系统的客户端部分，软件中的电子地图以京津塘高速全线为中心，显示沿线重要的地名、公路、铁路及河流等信息。对京津塘全线各个收费站、养护所、服务区等重要地点有明确的标注。包括地图显示控制、地图实体属性查询和修改、车辆信息查询等功能。其中的轨迹回放功能可以对一辆车在某段时间内的行驶路线重现，可以对这段轨迹进行数量统计，也可将这段轨迹保存成地图上的路线，并查询轨迹上每个点当时的状态。这些就为车辆的调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运营服务系统的前台程序，管理GPS主监控中心的用户、操作员、系统本身和提供的服务，具有用户管理、GPS车载设备管理、操作员管理、数据库管理、综合报表、运营数据管理、线路车辆管理和驾驶员管理等功能。 

GPs车载终端的主要功能
 
1）车辆卫星定位
 
    中心可以随时了解所监控车辆的实时位置精确定位（≤1 5米），被查询车辆还可在收到中心命令后立即向中心发送其所在位置及状态，并在中心电子地图显示。 

2）紧急求助 

    提供紧急故障报警按钮，在遇到紧急情况时，按动“紧急报警按钮”可向中心报告警情和位置，中心确认报警后，可随时对汽车实行跟踪，并在中心电子地图上显示其行驶轨迹。

3）实时跟踪 

    车载终端在收到中心的指令后，将车辆的位置、运行状态回报到中心（时间间隔最短可达1秒）。 

4）‘一键通’语音拨号车载电话 

    车载设备上的电话可以存储多个电话号码（10个号码以内），并对每个号码设置“一键拨号”功能。通话录音存储在中心的电话录音系统中。 

5）电话限拨功能 

    车载设备上的电话可以设置为除设定的号码以外，其他的号码无法拨打功能，只允许单键拨号。 

    京津塘高速公路GPS车载定位系统的主要特点：

    通信系统选择合理、覆盖区域广、系统投资少，性价比高

    本系统使用依托于中国移动GPRS网（或联通CDMA）的GPS系统，无需专门架设费用昂贵的通信系统，也无需为资源的申请而费心，而且覆盖范围广泛，用户容量有充分的保障。相对应车载设备的成本也比较低，同时车载终端所配备的SIM卡只需开通GPRS业务即可以使用，费用根据当地电信部门的收费标准按流量计费。系统经扩充开发可提供的功能却有：GPS实时定位与监控、派遣调度。还可选择能加配汉字显示终端的增强型车载设备，进一步提供资讯服务以及为驾车提供安全通讯的车载移动电话功能。中心还可进一步为车辆用户提供防盗、反劫等功能。

与职能部门有效联接 

    留有与交通监控中心、110指挥中心、120急救中心、交通事故处理中心等职能部门的接口。以便为驾乘人员提供最及时的服务。 

系统安全性好

    设有多级操作权限，操作席需操作员或管理员口令密码才能进入操作，而且对车辆的制动等操作需相应级别的人员才能进行，并自动留下操作记录备查。软件设计及数据调度中采用纠错冗余技术，保证系统安全及准确性。 

系统扩展性好 
    系统中心采用模块化结构和网络化设计，有利于工程的分步实施及服务的升级，无论是系统的容量还是系统的功能，均有良好的可扩展性。

结束语 

    目前，GPS车载终端系统在京津塘高速公路上已进入实用阶段，对于路巡车的监控管理、清障车的合理调度、车辆状况的统计查询等都提供了便利。实践证明，通过精心的设计论证，采用最新技术，GPS这一应用于导航领域的技术完全可以为高速公路的管理、监控以及养护部门给与支持。在3G技术普及应用的不久的将来，还可以为车载终端配备摄像头，通过网络实时地将视频信号传送到中心的监控系统。这些都为高速公路的管理拓宽了思路．提供了发展的前景。