基于BD/GPS的北斗記錄儀與導(dǎo)航儀的一體化設(shè)計

陳石平，楊曉明，史哲英

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣州　510656）

基于BD/GPS的北斗記錄儀與導(dǎo)航儀的一體化設(shè)計

陳石平，楊曉明，史哲英

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣州510656）

本文介紹了北斗記錄儀與導(dǎo)航儀的基本組成、功能，根據(jù)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的需求，給出了一種基于BD/GPS的北斗記錄儀與導(dǎo)航儀的一體化設(shè)計方案，通過采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)BD/GPS雙模定位模塊與GPRS通信模塊，編寫相關(guān)軟件代碼實現(xiàn)車載終端的記錄與導(dǎo)航功能，使設(shè)計出的車載終端能夠在要求較高的場合中運行，最后得到批量應(yīng)用。

BD/GPS；北斗；雙模定位；車輛監(jiān)控；GPRS；RFID

1　引言

近年來，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展迅速，已逐步成為全球性的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前基于GPS的車載監(jiān)控終端容易受制于人，在戰(zhàn)時、急時，美國可以對GPS系統(tǒng)加入偽距誤差而導(dǎo)致定位失準(zhǔn)，因此不管是從國家安全戰(zhàn)略上考慮，還是從國家經(jīng)濟利益上考慮，國家必將會全力推廣北斗二號導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，北斗二號導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋亞太運行［1］，面對北斗二號導(dǎo)航系統(tǒng)難得的發(fā)展機遇，國內(nèi)各行業(yè)的北斗二號示范工程如火如荼地展開，北斗二號導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)必將迎來大規(guī)模發(fā)展，因此，基于BD/GPS的北斗記錄儀與導(dǎo)航儀一體化設(shè)計與實現(xiàn)是十分必要和有意義的。本文主要介紹了車輛監(jiān)控系統(tǒng)的組成以及功能，方案采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)BD/GPS雙模定位模塊與GPRS通信技術(shù)相結(jié)合。

2　車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)架構(gòu)

通過利用BD/GPS衛(wèi)星定位、GPRS、數(shù)據(jù)庫、RFID、計算機控制、GIS等多項現(xiàn)代信息技術(shù)，建設(shè)一套車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)，將用車人信息、運行狀態(tài)、實時位置以及車輛速度等數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，實現(xiàn)對車輛狀態(tài)和位置的監(jiān)控，進(jìn)而完成車輛的科學(xué)調(diào)度，并對人員用車情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，為提高車輛監(jiān)控管理績效提供有效數(shù)據(jù)，從而穩(wěn)步推進(jìn)車輛管理工作，實現(xiàn)有效遏制公車私用、降低運行成本的目標(biāo)。

車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)由中心管理平臺［2］和北斗車載終端設(shè)備（北斗記錄儀與導(dǎo)航儀）兩部分組成。

（1）中心管理平臺

中心管理平臺實現(xiàn)的主要功能：身份識別、區(qū)域限行、實時監(jiān)控、應(yīng)急調(diào)度等。包括系統(tǒng)防火墻、UPS電源、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、電子地圖服務(wù)器、存儲等支撐平臺、信息管理系統(tǒng)等。

為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫和Web服務(wù)器都實現(xiàn)系統(tǒng)集群以及負(fù)載均衡，從而保證了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時通信服務(wù)器每兩個之間互相備份冗余，從而保證通信安全。系統(tǒng)使用磁盤陣列柜定期對數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，在保證數(shù)據(jù)安全的同時也保證了系統(tǒng)的性能。

（2）北斗記錄儀與導(dǎo)航儀設(shè)備

北斗記錄儀與導(dǎo)航儀設(shè)備由記錄儀和導(dǎo)航儀兩部分組成：內(nèi)置BD/GPS雙模定位模塊和GPRS傳輸模塊，實時監(jiān)測車輛的位置和狀態(tài)，并向通信服務(wù)器回傳狀態(tài)信息，也可以接收上位機指令，執(zhí)行相關(guān)操作。記錄儀上傳的數(shù)據(jù)通過APN專線進(jìn)行信息傳輸，APN相當(dāng)于內(nèi)網(wǎng)專線，通過指定的IP和端口才能訪問，具有保密和較低成本的優(yōu)勢。

導(dǎo)航儀作為選配，主要是配合記錄儀使用，通過獲取行駛記錄儀的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，以圖像的方式顯示在導(dǎo)航電子地圖上，并帶有語音提示。用戶設(shè)定目的地后，系統(tǒng)會自動計算出一條最佳路徑，同時在行進(jìn)過程中會有自動語音提示，幫助用戶安全、快捷地到達(dá)目的地。

導(dǎo)航儀通過記錄儀的通信模塊，導(dǎo)航儀可以收發(fā)并顯示與后臺管理系統(tǒng)的實時短信通信內(nèi)容，并有新建短信、短信收件箱和發(fā)件箱的信息管理菜單。實現(xiàn)與管理部門的實時通信功能?？梢越邮詹@示上級傳送的指定行駛路線，同時可以進(jìn)行指定路徑規(guī)劃和導(dǎo)航。具有指定路徑圍欄管理，在偏離指定路徑一定范圍行駛時，進(jìn)行報警；可以接收其他車輛的位置信息，并可以在同一個比例畫面內(nèi)顯示當(dāng)前車輛與其他車輛的實時位置信息。

圖1　北斗記錄儀與導(dǎo)航儀設(shè)備組成框圖

3　設(shè)計方案［3］

記錄儀由主機（含BD/GPS定位模塊、GPRS模塊、控制模塊等）和身份識別讀卡器組成。主機支持單GPS定位，單BD定位和組合定位三種定位模式，可與中心管理平臺進(jìn)行通信。

記錄儀通過GPRS模塊完成與中心管理平臺通信，上報數(shù)據(jù)主要有位置、時間、速度、車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)、里程統(tǒng)計數(shù)據(jù)。同時接收來自中心管理平臺的指令，包括報警解除、緊急關(guān)閉等遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置指令。

導(dǎo)航儀由平板計算機、存儲模塊、報警模塊、控制模塊）、WinCE操作系統(tǒng)、導(dǎo)航軟件組成。平板計算機由觸摸屏、CPU處理模塊、8G電子盤組成。

記錄儀各組成部分功能分別如下，北斗記錄儀與導(dǎo)航儀設(shè)備組成框圖如圖1所示。

（1）BD/GPS定位模塊：接收北斗、GPS信號，采用以北斗為主融合GPS的組合定位算法完成定位，是實現(xiàn)車輛行駛軌跡監(jiān)管的核心模塊，指標(biāo)如表1所示。

表1　BD/GPS雙模衛(wèi)星定位模塊指標(biāo)

（2）GPRS模塊：完成與移動網(wǎng)關(guān)的TCP/IP連接，與中心管理平臺通信。GPRS模塊是和中心管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的接口，向中心管理平臺傳輸數(shù)據(jù)，同時接收中心管理平臺的指令、終端各種參數(shù)的設(shè)置。通信內(nèi)容主要有：上報采集、統(tǒng)計得到的數(shù)據(jù)，包括定位數(shù)據(jù)、車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)、里程統(tǒng)計數(shù)據(jù)；接收來自中心管理平臺的指令，包括報警解除、緊急關(guān)閉、定位模式設(shè)置等。

本系統(tǒng)中服務(wù)器采用APN專線接入GPRS網(wǎng)絡(luò)，此時GPRS客戶端與服務(wù)器同處于GPRS網(wǎng)內(nèi)，通信最為穩(wěn)定，訪問方式也最為直接，GPRS客戶端通過固定的IP地址直接訪問服務(wù)器。

（3）控制模塊：負(fù)責(zé)協(xié)議解析和轉(zhuǎn)發(fā)：接收并解析來自BD/GPS定位模塊的NMEA-0183格式數(shù)據(jù)；接收并解析車輛的狀態(tài)信息；負(fù)責(zé)GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；其他外設(shè)控制。

（4）電源模塊：采用電源管理方式進(jìn)行低功耗設(shè)計，最大限度延長車載電池的使用壽命，具體方式如下：硬件方面要求選擇效率高的DC-DC轉(zhuǎn)換芯片；選用具備待機、休眠和關(guān)斷等節(jié)能模式的處理器；選用有休眠功能的外設(shè)及元器件；各個模塊的供電設(shè)計為可控，處理器進(jìn)入對應(yīng)的節(jié)能待機或者睡眠模式等。

（6）讀卡器：主要是對用車人的身份識別：即用車人開車啟動前，身份識讀卡器讀取用車人信息上傳到中心管理平臺，如未插識別卡使用車輛的，將自動向中心管理平臺上傳報警信息。讀卡器安裝在便于司機操作的地方，以記錄用車人用車情況，用于后臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

導(dǎo)航儀各組成部分功能分別如下：

⊙ 采用高效ARM處理器，有豐富的硬件驅(qū)動程序，能夠安裝日常應(yīng)用程序。

⊙ 音頻處理模塊主要完成導(dǎo)航儀的音頻信息的轉(zhuǎn)換及輸出。

⊙ 顯示模塊主要完成圖像信息的適配。

⊙ 其他對外輔助接口包括：喇叭音量的調(diào)節(jié)鍵、電源的開關(guān)鍵。

⊙ 電源濾波負(fù)責(zé)隔離車載電源電路的干擾，給系統(tǒng)提供純凈的電源。

⊙ 電源管理模塊主要完成穩(wěn)壓處理，對導(dǎo)航儀進(jìn)行寬壓供電保護。

⊙ 終端的各個單元模塊在處理器程序統(tǒng)一協(xié)調(diào)下配合完成各種功能。

4　功能軟件設(shè)計

北斗記錄儀與導(dǎo)航儀完成的功能兩部分，記錄儀軟件設(shè)計如下：

⊙ 車輛行駛軌跡監(jiān)控功能：通過定位模塊定位信息以及ACC等信號數(shù)據(jù)線，實時采集車輛的啟動/熄火、行駛/停止等狀態(tài)信息。

⊙ 里程統(tǒng)計功能：根據(jù)定位模塊輸出的定位信息，采用高精度算法，不依賴具體的電子地圖，計算出車輛行駛的里程值，形成車輛實時、分段、連續(xù)的運行里程，程序設(shè)計兼容性好，算法通用性強。

⊙ 區(qū)域限行功能：通過在地圖上設(shè)置電子圍欄，車輛超過限行區(qū)域，可自動后臺報警，如有跨區(qū)域等特殊需要，需經(jīng)單位相應(yīng)流程批準(zhǔn)后。

⊙ 提示功能：讀卡器識別用車人信息，終端能通過GPRS傳送到中心管理平臺，平臺識別用車人的信息。如忘插卡或插入未授權(quán)卡，讀卡器通過蜂鳴器給出聲音提示，并上報中心管理平臺，同時發(fā)送短消息到指定手機號碼。

⊙ 遠(yuǎn)程程序升級功能：終端采用IAP（In-Application Programming）技術(shù)實現(xiàn)遠(yuǎn)程程序升級。在應(yīng)用程序正常運行的情況下對另外一段程序Flash進(jìn)行讀寫操作，不影響終端功能的正常使用。中心管理平臺下達(dá)遠(yuǎn)程升級命令，終端上處理器的接收程序與中心管理平臺進(jìn)行信息交互，同時接收升級數(shù)據(jù)包，存放到Flash中；BOOT引導(dǎo)區(qū)的升級程序根據(jù)升級標(biāo)志讀取Flash中的升級程序包。成功寫入后，升級程序清除升級標(biāo)志位，更新版本號，然后跳轉(zhuǎn)到新用戶程序運行新版本的程序。

⊙ 遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置功能：通過GPRS模塊，接收中心管理平臺的指令，參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：關(guān)閉/開啟定位功能、設(shè)置數(shù)據(jù)上傳頻度、關(guān)閉/開啟GPRS上傳功能、中心管理平臺主和備份服務(wù)地址和端口號、類型（TCP/UDP）、超速報警門限值、節(jié)能模式時間門限值、電池異常時操作模式、清除報警狀態(tài)等，參數(shù)設(shè)置成功后保存到Flash中，參數(shù)設(shè)置后立即更新，終端不需要重新上電。

⊙ 通信備份功能：終端上保存中心管理平臺的主通信服務(wù)器地址和備份通信服務(wù)器地址，當(dāng)主通信服務(wù)器出現(xiàn)故障，終端經(jīng)過若干次連接失敗后，自動連接到備份通信服務(wù)器，保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)臅惩ê屯暾?/p>

⊙ 軌跡補償功能：當(dāng)GPRS網(wǎng)絡(luò)故障，導(dǎo)致車載終端無法連接所有服務(wù)器時，車載終端將按照一定的策略記錄車輛信息數(shù)據(jù)到非易失性存儲器中，保存一定時間的車輛行駛軌跡數(shù)據(jù)，待GPRS網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常通信后，將保存的軌跡補登到服務(wù)器上。

⊙ 緊急告警和異常報警功能：終端具備隱蔽緊急按鈕，具有車輛越界報警、斷電報警、電源異常報警功能，報警信息能自動發(fā)送到中心管理平臺；報警將通過聲光形式提示。

⊙ 緊急關(guān)閉：終端可根據(jù)中心管理平臺的指令，關(guān)閉GPRS數(shù)據(jù)傳輸和衛(wèi)星定位模塊，達(dá)到安全保密目的。在適當(dāng)?shù)臅r候，中心管理平臺可以發(fā)送指令，讓終端重新開啟GPRS傳輸和定位功能。

導(dǎo)航儀軟件設(shè)計如下：

⊙ 獲取北斗定位數(shù)據(jù)：運行初始化程序連接獲取記錄儀的衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)。

⊙ 全國城鄉(xiāng)導(dǎo)航：提供可以進(jìn)行全國范圍內(nèi)城區(qū)和鄉(xiāng)村的行車導(dǎo)航，并能進(jìn)行實時的圖形引導(dǎo)、語音提示等功能。

⊙ 地名查詢：提供根據(jù)地名查詢地理位置功能。

⊙ 實時通信：配合使用通信模塊與管理部門實時通信功能。

⊙ 接收顯示上級傳送信息：可以接收并顯示上級傳送的指定行駛路線，同時可以進(jìn)行指定路徑規(guī)劃和導(dǎo)航。

5　結(jié)束語

本文針對目前車輛的監(jiān)控管理以及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的大力發(fā)展，給出一種基于BD/GPS雙模衛(wèi)星定位模塊的北斗記錄儀與導(dǎo)航儀一體化設(shè)計，介紹了北斗記錄儀與導(dǎo)航儀的組成、功能、方案設(shè)計，在軟硬件設(shè)計上的進(jìn)行了詳細(xì)介紹，最后設(shè)計得到了實現(xiàn)，目前已經(jīng)用于某車輛監(jiān)控管理項目中，北斗記錄儀與導(dǎo)航儀設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，國產(chǎn)BD/ GPS雙模定位模塊定位效果良好。

［1］北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)《空間信號接口控制文件》公開服務(wù)信號B1I（1.0版）.www.beidou.gov，2012. 12

［2］李軍煥.基于GPS/GPRS車載終端的設(shè)計與實現(xiàn).數(shù)字通信世界，2012. 6

［3］潘未莊，陳石平等.采用北斗模塊的車載監(jiān)控終端設(shè)計與實現(xiàn).電子測試， 2013. 8

Integrated Design of the Recorder and the Navigation System based on BD/GPS

Chen Shiping， Yang Xiaoming， Shi Zheying
（Guangzhou Haige Communications GroupIncorporated Company， Guangzhou， 510663）

This paper introduces the basic composition， function of the BD recorder and the navigator，according to the vehicle monitoring system， an integrated design based on BD/GPS is given， with independent intellectual property rights by using domestic BD/GPS dual-mode positioning module and GPRS communication module， write software code to achieve record and navigation of the terminal， the terminal is designed to run on the occasions with higher demand， fnally it obtains the batch application.

BD/GPS； Dipper； positioning； vehicle monitoring； GPRS； RFID

10.3969/j.issn.1672-7274.2015.02.003

TN92，TN96文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2015）02-0013-04

陳石平，男，1981年生，碩士研究生，工程師，主要從事北斗導(dǎo)航產(chǎn)品的研究與設(shè)計。