基于北斗/ GPS的遠程監(jiān)控方法研究

孫家憲

摘 要：該文以北斗/GPS在遠程監(jiān)控中的應用為研究對象，設計實現(xiàn)了一套遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)北斗導航的功能以及車輛的鎖定與解鎖功能，提高了車輛的安全性。具有顯著的社會效益和推廣應用價值。

關鍵詞：北斗 GPS 導航 遠程監(jiān)控 定位

中圖分類號：P228 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0050-02

遠程監(jiān)控系統(tǒng)可用于對汽車行駛過程中的實時數(shù)據(jù)采集和存儲、防盜、監(jiān)視，并實現(xiàn)與監(jiān)控中心間通過無線方式進行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換。現(xiàn)在市場上大部分車載終端主要是基于GPS的導航系統(tǒng)。而隨著中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)日趨完善，已經(jīng)可以使用北斗進行導航，特別是在車輛上使用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行定位具有重大的社會意義。該文研究的基于北斗的車輛遠程監(jiān)控管理方法，不僅實現(xiàn)對車輛進行北斗和GPS雙重精準定位，遠程實時監(jiān)控和故障診斷，而且具有車輛的鎖定和解鎖功能，為車輛的安全提供了保障，具有顯著的社會效益和推廣應用價值。

1 系統(tǒng)結構及功能

1.1 總體結構及工作原理

該系統(tǒng)主要包括車載信息終端控制單元、北斗/GPS定位模塊、GPRS無線模塊和遠程控制中心。控制單元通過CAN和K-Line總線采集車輛的數(shù)據(jù)或者發(fā)送命令對車輛進行控制，定位模塊采集車輛的地理位置信息，監(jiān)控中心通過GPRS無線網(wǎng)絡獲取車載信息終端模塊的實時數(shù)據(jù)，并向車載信息終端發(fā)送指令。系統(tǒng)結構圖如圖1所示；模塊功能框圖如圖2所示。

工作原理：車載信息終端中的北斗/GPS模塊用于采集衛(wèi)星定位信息，還可以獲得衛(wèi)星的時間信息以校準系統(tǒng)時間，CAN總線處理器用于采集車輛信息，K-Line可實現(xiàn)車輛的鎖定與解鎖，GPRS無線模塊用于與遠程監(jiān)控中心通信，向監(jiān)控中心傳輸具有時間戳的車輛定位和狀態(tài)信息，同時可接收來自監(jiān)控中心的指令對車輛進行控制。車載信息終端可以通過USB進行參數(shù)設置；還可接人U盤，在斷電后一段時間內或者無法連接到監(jiān)控中心時用來存儲車輛的數(shù)據(jù)，待重新連接后將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)控中心。

1.2 主要功能

（1）定位功能。終端通過北斗和GPS雙系統(tǒng)進行定位，保證能夠提供實時的時間、經(jīng)度、緯度、高程和方向等定位狀態(tài)信息，可存儲到終端內部，同時通過無線通信方式上傳至監(jiān)控中心，差分定位功能為可選。

（2）通信性能。能支持基于通用GSM ，GPRS等多種無線通信網(wǎng)絡以及北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)傳輸機制下的通信模式之一。

（3）信息采集功能。終端可采集駕駛員身份、電子運單、車輛CAN總線數(shù)據(jù)、車輛載貨狀態(tài)、車輛運營數(shù)據(jù)、收費結算數(shù)據(jù)、圖像信息、音頻信息和視頻信息等。

（4）導航功能。可根據(jù)定位數(shù)據(jù)實現(xiàn)導航功能。

（5）警示功能。具有終端自動警示功能，可以根據(jù)監(jiān)控中心設定的條件觸發(fā)，包括超速提醒、疲勞駕駛提醒、蓄電池欠壓提醒、斷電提醒、超時停車提醒、終端故障提醒等功能。

（6）數(shù)據(jù)存儲功能。系統(tǒng)可接人U盤，在無法與監(jiān)控中心連接的情況下存儲車輛的數(shù)據(jù)，待重新連接后發(fā)送到監(jiān)控中心。

（7）鎖車功能。監(jiān)控中心可以向車載終端發(fā)送鎖車指令，車載信息終端在接收到監(jiān)控中心的鎖車指令后，通過K-Line對車輛進行限速操作，從而保障車輛的安全性。

2 系統(tǒng)的主要特點及應用

2.1 系統(tǒng)的主要特點

（1）實時性。該系統(tǒng)采用GPRS網(wǎng)絡進行通訊，能實時地、全天候地進行監(jiān)控，對車輛運行狀態(tài)實時監(jiān)控，及時準確地分析車輛的運行狀態(tài)，及時處理報警車輛及突發(fā)事件等，有助于車輛在使用過程中將車輛數(shù)據(jù)實時地傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

（2）無線通信。車載信息終端與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)交換是通過網(wǎng)絡來實現(xiàn)的，實際應用中的通信方式可以歸納為以下幾種：集群通信、蜂窩通信、無線數(shù)據(jù)廣播（電臺）、專用數(shù)據(jù)通信和衛(wèi)星通信等。該系統(tǒng)采用GPRS通信網(wǎng)絡，具有接通時間短、永久在網(wǎng)在線和收費低廉等特點，比以往的GSM通信方式更具有優(yōu)勢。車載信息終端支持至少兩個遠程連接，即主監(jiān)控中心和備份監(jiān)控中心的連接，能在與主監(jiān)控中心通信中斷時自動切換至備份監(jiān)控中心；如果車載信息終端無法注冊到所在地的無線網(wǎng)絡時，可將數(shù)據(jù)以先進先出方式保存，直至注冊到無線網(wǎng)絡時一并傳送。如果保存數(shù)據(jù)超過最大容量時，按時間順序將先保存的數(shù)據(jù)丟棄；車載信息終端支持數(shù)據(jù)批量接收與發(fā)送功能。

（3）采用CAN總線技術。CAN總線是德國BOSCH公司從20世紀80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議。它有多主總線，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜或光導纖維；通信速率可達1MB/S。CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡上任一點均可在任意時刻主動地向網(wǎng)絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活，且無需站地址等節(jié)點信息。車載信息終端通過CAN總線實現(xiàn)與發(fā)動機ECLI等進行數(shù)據(jù)通訊，讀取車輛的基本狀態(tài)信息。

（4）采用北斗/G PS雙重定位系統(tǒng)，定位更精確。車載信息終端可以在北斗和GPS兩種定位系統(tǒng)中進行切換，也可以選擇同時使用兩個定位系統(tǒng)進行定位，能夠提供實時的時間、經(jīng)度、緯度、高程和方向等定位狀態(tài)信息，可存儲到車載信息終端內部，同時通過無線通信方式上傳至監(jiān)控中心。車載信息終端可以接收監(jiān)控中心的定位請求進行定位信息上傳，并能按監(jiān)控中心要求終止對應中心的實時上報；車載信息終端可以在通信中斷時（盲區(qū)）以先進先出方式存儲定位信息，在恢復通信后將存儲的定位信息補報上傳，可根據(jù)需要采用壓縮方式上傳；車載信息終端支持時間間隔上傳定位信息。當終端處于休眠狀態(tài)時，也可以一定時間間隔上傳定位信息，且時間的間隔可由監(jiān)控中心設定；車載信息終端可自動對報警車輛或重點車輛按監(jiān)控中心設定的定位方式及間隔上傳定位數(shù)據(jù)。

（5）實現(xiàn)了鎖車與解鎖的功能。監(jiān)控中心可以向車輛發(fā)送鎖車和解鎖的指令，車載信息終端根據(jù)指令，通過K-Line總線進行車輛的綁定/解綁、鎖車/解鎖處理，刷寫發(fā)動機ECU的轉速，以控制車輛的運行狀態(tài)。這一功能可以幫助車輛在丟失的情況下防止被其他人使用，提高了車輛的安全性，有助于快速找回車輛。

2.2 應用介紹

遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)主要應用于貨運車輛、危險品運輸車輛、客運車輛和出租汽車等，采集車輛發(fā)動機狀態(tài)信息、電池組狀態(tài)信息及整車運行狀態(tài)信息，通過GPRS傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控中心。監(jiān)控中心管理人員通過服務器就可以方便地掌握車輛的實時狀態(tài)，做到提前預判車輛故障，并及時維護。系統(tǒng)采用北斗/GPS雙系統(tǒng)，為車輛用戶提供了多種選擇，用戶可以選擇雙系統(tǒng)同時定位，也可以單獨選用北斗或GPS進行定位。不久前，國家提出了新政策，要求車輛使用北斗定位，該系統(tǒng)的這一功能也滿足了該項政策要求。

該系統(tǒng)已經(jīng)成功地應用于北汽福田純電動環(huán)衛(wèi)車、青年商用車及北京電科院純電動車上。在北汽福田純電動環(huán)衛(wèi)車及北京電科院純電動車上，該系統(tǒng)通過CAN總線、數(shù)字量及模擬量采集整車運行狀態(tài)信息和電池組狀態(tài)信息，再由GPRS傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控中心。車輛管理者，通過個人電腦或手機等終端登陸后臺監(jiān)控中心，查看車輛的運行狀態(tài)及電池組狀態(tài)信息，讓用戶可以隨時掌握車輛狀態(tài)并及時發(fā)現(xiàn)車輛及電池組的故障，方便用戶維護運營車輛。在青年商用車上，該系統(tǒng)除了采集車輛運行狀態(tài)信息，方便客戶運營維護車輛以外，還可通過該系統(tǒng)實現(xiàn)遠程鎖車功能。如果客戶的車輛不慎丟失，只需要通過后臺服務器發(fā)送鎖車指令就可以使運行車輛進行鎖車，進而保護用戶財產。

3 結語

該文研究了遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)的相關問題，實現(xiàn)了北斗導航的功能以及車輛的鎖定與解鎖功能，提高了車輛的安全性。隨著汽車電子技術和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，對信息集成化的要求越來越高，而車輛上采用的電子設備也越來越多，對于車輛監(jiān)控所采集的信息也越來越多，這將對無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾十a生更高的需求。由于移動通信技術的快速發(fā)展，4G或者5G技術的使用將是未來發(fā)展方向。

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