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(yōu)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(tǒng)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(xiàn)代化科學管理成為了可能。
前言
隨著我國經(jīng)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(wǎng)已初具規(guī)模，尤其在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)已形成了以高速公路為主的道路交通網(wǎng)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(jiān)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(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)務數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計、分析，來提高交通指揮調度效率，為過往車輛提供更優(yōu)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(tǒng)是GPs這一新興技術在交通領域的應用，它可以實時監(jiān)控和管理華北高速各養(yǎng)護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(zhí)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(shù)據(jù)庫可對車輛定位等各項數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)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(shù)據(jù)庫中的各項數(shù)據(jù)也可作為各養(yǎng)護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)護車輛的運營調度、車輛控制更佳合理化，提升行業(yè)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(chǎn)生深遠的影響。
系統(tǒng)技術簡介
項目設計的技術背景
隨著GPs技術的發(fā)展和電子、通信、計算機、網(wǎng)絡等高新技術的廣泛應用，一些先進國家的GPs應用已經(jīng)相當普及，建立我國自己的GPs產(chǎn)業(yè)和GPs綜合服務系統(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)單位領導和有關專家的共識。
GPs（Global POSitioning System）即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一個衛(wèi)星導航系統(tǒng)，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(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實時、以空中衛(wèi)星為基礎的高精度無線電導航系統(tǒng)。GPs由地面控制站、空間設備（sV）、GPs用戶接收機和地面通信網(wǎng)多部分組成。要建立大型GPs綜合服務系統(tǒng)必須首先在較大范圍內建立一個通信網(wǎng)絡，通信網(wǎng)的好壞是這個系統(tǒng)成敗的關鍵。為這樣一個系統(tǒng)專門建立通信網(wǎng)在經(jīng)濟上有點得不償失。因此乏幾年發(fā)展起來的價格合理、性能可靠的公用網(wǎng)成為最佳的選擇。
同時，近幾年來電子技術的發(fā)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(fā)展使車載設備的體積和造價成倍下降。同時計算機和網(wǎng)絡技術的發(fā)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(tǒng)。
系統(tǒng)采取的應用技術及其說明
本系統(tǒng)將采用了以下應用技術作為技術支撐點：GPs（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）、GpRs（通用分組無線服務）、Gls（電子地理信息系統(tǒng)）、光電顯示、以太網(wǎng)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(wèi)星定位系統(tǒng)） 。
GPS是真正實現(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實時、以空中衛(wèi)星為基礎的高精度無線電導航系統(tǒng)。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(wǎng)四部分組成。
GPS系統(tǒng)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(tǒng)的不斷發(fā)展應用于車輛監(jiān)控調度管理的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)應用，隨著GSM等通信系統(tǒng)的不斷發(fā)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(fā)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(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(wǎng)絡是基于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡來實現(xiàn)的。在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡中需增加一些節(jié)點，GGSN（Gateway GPRS Supporting Node，GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點）和SGSN（Serving GSN．GPRS服務支持節(jié)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(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN主要是起網(wǎng)關作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)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(wǎng)中的GPRS分 組數(shù)據(jù)包進行協(xié)議轉換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP／lP或x 25網(wǎng)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(xiàn)有手機上網(wǎng)收費模式等優(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)之間建立關聯(lián)，在同一個環(huán)境下顯示，并迅速揭示數(shù)據(jù)之間的關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，提高運作效率，加強競爭能力。
網(wǎng)絡技術
網(wǎng)絡技術是信息時代應用最廣的技術，在設計系統(tǒng)的網(wǎng)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(chǎn)品和標準化技術。并且系統(tǒng)中關鍵的設計直接依據(jù)我們近期在國內類似大型系統(tǒng)建設中所取得的經(jīng)驗，網(wǎng)絡系統(tǒng)具有相當?shù)拈_放性能，符合公認的國際標準與工業(yè)標準：同時采用業(yè)界現(xiàn)有的先進技術，網(wǎng)絡協(xié)議以TCP／IP協(xié)議為主，在設備的選型上將充分考慮對于網(wǎng)絡層的支持，為未來的發(fā)展預留足夠的空間。
華北高速監(jiān)控中心GPs車載定位系統(tǒng)的組成與網(wǎng)絡結構
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，主要由通訊服務器、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)調度分派等功能：數(shù)據(jù)庫服務器保存所有車輛和司機數(shù)據(jù)、運營數(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、調度、報警數(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(fā)送GPRS數(shù)據(jù)信息；通話手柄可以實現(xiàn)車載電話的功能，并帶有收發(fā)短信的功能：緊急報警按鈕能實現(xiàn)人工向中心報警的功能。
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)絡發(fā)送到當?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(tǒng)信息流轉的樞紐，完成的是車載終端上行數(shù)據(jù)的解碼，及數(shù)據(jù)流向分配和調度,GIS工作站、管理工作站、其他工作站和數(shù)據(jù)庫服務器之間的數(shù)據(jù)通信，以及中心下行至終端命令的發(fā)送等功能。同時兼有信息流統(tǒng)計及流量調節(jié)控制功能，使信息流得到安全管理與控制。
數(shù)據(jù)庫服務器的主要功能
數(shù)據(jù)庫服務器是系統(tǒng)的核心，采用微軟的SQL Serve2000，保存所有車輛、司機數(shù)據(jù)、運營數(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器上的普通計算機，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。對京津塘全線各個收費站、養(yǎng)護所、服務區(qū)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(xiàn)，可以對這段軌跡進行數(shù)量統(tǒng)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(tài)。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(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，具有用戶管理、GPS車載設備管理、操作員管理、數(shù)據(jù)庫管理、綜合報表、運營數(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
中心可以隨時了解所監(jiān)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(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(tài)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(tǒng)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(tǒng)的主要特點：
通信系統(tǒng)選擇合理、覆蓋區(qū)域廣、系統(tǒng)投資少，性價比高
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)，無需專門架設費用昂貴的通信系統(tǒng)，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(yè)務即可以使用，費用根據(jù)當?shù)仉娦挪块T的收費標準按流量計費。系統(tǒng)經(jīng)擴充開發(fā)可提供的功能卻有：GPS實時定位與監(jiān)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(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的服務。
系統(tǒng)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(shù)據(jù)調度中采用糾錯冗余技術，保證系統(tǒng)安全及準確性。
系統(tǒng)擴展性好
系統(tǒng)中心采用模塊化結構和網(wǎng)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(tǒng)的容量還是系統(tǒng)的功能，均有良好的可擴展性。
結束語
目前，GPS車載終端系統(tǒng)在京津塘高速公路上已進入實用階段，對于路巡車的監(jiān)控管理、清障車的合理調度、車輛狀況的統(tǒng)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(jiān)控以及養(yǎng)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(wǎng)絡實時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。
