一種基于RDSS的車船監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

張 婷，栗 靖，范媚君，2，宋 倩

（1．北京環(huán)球信息應(yīng)用開發(fā)中心，北京100094；2信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，河南 鄭州450052）

0 引 言

車船監(jiān)控管理系統(tǒng)是一項(xiàng)集衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)（GIS）和現(xiàn)代通信技術(shù)于一體的高科技項(xiàng)目，它將移動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)位置（經(jīng)度與緯度）、時(shí)間和狀態(tài)等信息，實(shí)時(shí)地通過無線通信鏈路傳送至地面中心。而后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上進(jìn)行移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的顯示，并對(duì)目標(biāo)的位置、速度、運(yùn)動(dòng)方向和車輛狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和查詢。目前此類系統(tǒng)主要采用的是GPS／GSM技術(shù)，即全球定位系統(tǒng)和全球移動(dòng)通信系統(tǒng)［1］。雖然GPS是被動(dòng)式導(dǎo)航定位，用戶數(shù)量不受限制，但因其無法實(shí)現(xiàn)通信功能，所以定位數(shù)據(jù)的傳輸就需要采取其它手段，目前利用GSM進(jìn)行通信，但GSM最大的缺點(diǎn)是存在盲區(qū)，尤其是在一些邊遠(yuǎn)地區(qū)，車船等在行進(jìn)的過程中很可能長(zhǎng)時(shí)間收不到GSM信號(hào)。另外出于戰(zhàn)略方面的考慮，在某些特定時(shí)期（比如戰(zhàn)爭(zhēng)）美國(guó)可能關(guān)閉GPS衛(wèi)星定位信號(hào)，這勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的損失。設(shè)計(jì)開發(fā)和廣泛應(yīng)用RDSS系統(tǒng)能較好的解決這些問題。

1 RDSS系統(tǒng)概況

1．1 系統(tǒng)組成

服務(wù)于用戶位置確定的衛(wèi)星無線電業(yè)務(wù)有兩種方式，一種是RNSS，即衛(wèi)星無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)；另一種是RDSS，即衛(wèi)星無線電測(cè)定業(yè)務(wù)。RDSS系統(tǒng)由空間部分、地面控制管理部分及用戶終端三大部分組成，如圖1所示。空間部分由地球靜止軌道衛(wèi)星組成。地面控制管理部分是整個(gè)系統(tǒng)的管理控制處理中心，同時(shí)與空間段的工作衛(wèi)星進(jìn)行雙向通信，完成對(duì)每個(gè)用戶的精確定位，并接收經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的用戶入站信號(hào)。各種類型的用戶機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的用戶終端，可用于陸地、海洋和空中的各種用戶，滿足用戶對(duì)定位（導(dǎo)航）、授時(shí)等方面的需求［2］。

圖1 RDSS系統(tǒng)組成圖

1．2 系統(tǒng)的主要功能

RDSS系統(tǒng)可以為各種用戶提供兩大服務(wù)功能:快速定位、精密授時(shí)。

定位:RDSS系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)定位服務(wù)，定位精度與GPS相當(dāng)。

授時(shí):RDSS系統(tǒng)可根據(jù)不同的精度要求，利用授時(shí)終端，完成用戶與RDSS系統(tǒng)之間的時(shí)間和頻率同步，可向用戶提供鈉秒級(jí)的時(shí)間同步精度［3］。

2 車船監(jiān)控管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

2．1 系統(tǒng)組成

車船監(jiān)控管理系統(tǒng)由用戶終端、網(wǎng)管中心及用戶調(diào)度管理中心組成［4］，如圖2所示。

圖2 地面控制中心結(jié)構(gòu)圖

1）用戶終端

用戶終端主要是面向用戶提供衛(wèi)星定位導(dǎo)航和授時(shí)功能的用戶終端設(shè)備。通過用戶終端能夠?qū)崿F(xiàn)RDSS系統(tǒng)的定位、導(dǎo)航、授時(shí)等功能。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)的用戶終端設(shè)備的首次捕獲時(shí)間、接收頻道數(shù)、發(fā)射EIRP值、發(fā)射頻率偏移、接收信號(hào)誤碼率、最大發(fā)射功率、功耗電源等技術(shù)指標(biāo)比以往都得到了提升。

2）網(wǎng)管中心

網(wǎng)管中心作為車船監(jiān)控管理系統(tǒng)的核心，主要提供高效的信息處理、信息分發(fā)和應(yīng)用等服務(wù)，并能夠提供一套完善的信息通信服務(wù)的接入平臺(tái)。網(wǎng)管中心負(fù)責(zé)所有RDSS系統(tǒng)的業(yè)務(wù)信息的處理，以及用戶的注冊(cè)管理、業(yè)務(wù)接續(xù)處理、計(jì)費(fèi)處理和運(yùn)營(yíng)管理等。網(wǎng)管中心采取主地面中心＋受理臺(tái)相結(jié)合的C／S結(jié)構(gòu)聯(lián)合控制的工作模式。主地面中心由數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、呼叫受理子系統(tǒng)組成；受理臺(tái)由通信子系統(tǒng)、GIS子系統(tǒng)地面中心［5］、通過專線組成網(wǎng)絡(luò)的各受理臺(tái)。車船監(jiān)控管理系統(tǒng)由網(wǎng)管中心實(shí)現(xiàn)群體調(diào)度、聯(lián)網(wǎng)報(bào)警和可靠性。

3）用戶調(diào)度管理中心

用戶調(diào)度管理中心實(shí)現(xiàn)對(duì)所有用戶終端的移動(dòng)目標(biāo)如車輛、船只等的監(jiān)控、調(diào)度、通信、授時(shí)等功能。

2．2 車船監(jiān)控管理系統(tǒng)工作流程

1）地面中心站向衛(wèi)星連續(xù)發(fā)送載波，載波上的數(shù)據(jù)流含有測(cè)距信號(hào)、電文幀、時(shí)間碼等，可稱為詢問信號(hào)；

2）詢問信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星變頻放大，轉(zhuǎn)發(fā)到終端設(shè)備；

3）終端設(shè)備接收詢問信號(hào)，并注入必要的信息，向空間段的衛(wèi)星發(fā)送；

4）衛(wèi)星將收到的終端站的信息轉(zhuǎn)發(fā)到地面中心站；

5）地面中心站處理收到的終端站發(fā)來的信息，即計(jì)算終端站的坐標(biāo)，將坐標(biāo)信息連同終端站的其它信息，全部發(fā)送到網(wǎng)管中心；

6）網(wǎng)管中心對(duì)終端站的信息進(jìn)行校驗(yàn)和處理，實(shí)現(xiàn)信息交換；

7）網(wǎng)管中心將處理的信息送地面中心站，再經(jīng)衛(wèi)星傳送給用戶終端［6］。

2．3 車船監(jiān)控管理系統(tǒng)主要功能

1）定位跟蹤:可實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)終端的單次定位查詢以及連續(xù)定位跟蹤，連續(xù)定位的時(shí)間間隔可以任意設(shè)定；

2）指揮調(diào)度:監(jiān)控中心可通過終端設(shè)備的通話手柄，對(duì)移動(dòng)終端實(shí)施語(yǔ)音或數(shù)字指揮調(diào)度；

3）數(shù)據(jù)報(bào)表輸出:每日、每月的報(bào)警表格記錄輸出，報(bào)警地點(diǎn)地圖，用戶使用情況報(bào)表、登錄注銷表輸出；

4）網(wǎng)絡(luò)管理:主地面中心與受理臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)管理；

5）信息調(diào)配:地面中心擁有全部用戶的資料及全部服務(wù)區(qū)域的地理信息、輔助信息、可對(duì)全網(wǎng)系統(tǒng)資源進(jìn)行調(diào)度。對(duì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種跟蹤的用戶數(shù)在各用戶監(jiān)控中心之間進(jìn)行調(diào)配；

6）歷史軌跡回放:將移動(dòng)終端以往任意時(shí)間段的運(yùn)行軌跡加以回放，并可調(diào)節(jié)軌跡回放速度。

3 車船監(jiān)控管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3．1 軟件設(shè)計(jì)

在總體上，該系統(tǒng)采用了用客戶端／服務(wù)器結(jié)構(gòu)。利用 Windows Sockets、MAPX、TCP／IP網(wǎng)絡(luò)和大型數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)“RDSS”與GPS的融合，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。軟件流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

3．2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選擇于TCP／IP的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，主要目的是在進(jìn)程對(duì)之間提供可靠的邏輯電路，即連接服務(wù)。協(xié)議的制訂遵循以下原則:

1）健壯性:由于要考慮到網(wǎng)絡(luò)的連接不穩(wěn)定性，在容易出錯(cuò)時(shí)保證運(yùn)行的可靠性；

2）解碼算法的簡(jiǎn)單性:接收到的數(shù)據(jù)要進(jìn)行多項(xiàng)處理，在時(shí)間上有較高的要求，解碼要求簡(jiǎn)單，但同時(shí)整個(gè)幀長(zhǎng)也不宜過長(zhǎng)；

3）可擴(kuò)展性:指在不影響原有協(xié)議整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，添加新的功能或修改原有功能的能力［6］。

3．3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)的管理采用微軟ODBC標(biāo)準(zhǔn)下的ADO數(shù)據(jù)接口，在考慮系統(tǒng)性價(jià)比的前提下，經(jīng)過論證，采用 MSSQLSERVER2000數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)大的功能不僅能夠滿足服務(wù)用戶的管理和調(diào)度，而且方便對(duì)操作員的登錄信息進(jìn)行管理和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的維護(hù)。

4 結(jié) 論

基于RDSS系統(tǒng)定位技術(shù)的車船監(jiān)控管理系統(tǒng)克服了GSM存在盲區(qū)的問題，信號(hào)遮擋情況下還需輔助技術(shù)；并且能夠有效的利用RDSS系統(tǒng)的信號(hào)通道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽灾鲗?shí)現(xiàn)了對(duì)車船等RDSS系統(tǒng)移動(dòng)用戶終端的監(jiān)控、指揮和調(diào)度。

［1］ 譚述森．衛(wèi)星導(dǎo)航定位工程［M］．北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2010．

［2］ 吳延忠，李貴琦著，地球同步衛(wèi)星定位［M］．北京:解放軍出版社，1992．

［3］ 付夢(mèng)印，王美玲，吳 江，等．利用GPS衛(wèi)星信號(hào)測(cè)量車輛航向［J］．傳感器世界，1997（10）:12－15．

［4］ 于國(guó)強(qiáng)，邱致和．導(dǎo)航與定位［M］．北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2000:215－216．

［5］ 總裝備部衛(wèi)星有效載荷及應(yīng)用技術(shù)專業(yè)組應(yīng)用技術(shù)分組．衛(wèi)星應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展（上冊(cè)）［M］．北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001．

［6］ 陳振國(guó)．衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù)［M］．北京:北京郵電大學(xué)出版社，2003．