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1 引 言 隨著社會的發(fā)展和通信技術的進步，人們對移動目標監(jiān)控的要求越來越高，不僅需要知道移動目標的位置，還需要對移動目標的視頻圖像、報警信息、運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控和處理。例如，移動監(jiān)控定位系統(tǒng)可協(xié)助對長途客車的管理，指揮中心通過分析客車發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)確定客車的位置，判斷是否超速行使，客車若出現(xiàn)故障、遭遇事故或劫車事件，可及時通知指揮中心，指揮中心再通知交通、公安、醫(yī)院等部門進行緊急處理，在客車中加裝攝像頭還可有效預防行車途中的犯罪事件。另一方面，司機通過指揮中心可以了解行使前方的地理信息、天氣狀況、交通情況等。此外，移動監(jiān)控定位系統(tǒng)在漁船出海作業(yè)、城市出租車調(diào)度、公安治安巡防、銀行運鈔車監(jiān)控等領域都有著廣泛的應用前景。移動監(jiān)控定位系統(tǒng)是伴隨著GPS技術和無線通信網(wǎng)絡技術的成熟而發(fā)展起來的，在20世紀90年代初，GPS技術剛剛進入實用階段，基于GPS的移動跟蹤、監(jiān)控系統(tǒng)開始走向市場，但由于無線通信網(wǎng)技術的制約，造成系統(tǒng)建設規(guī)模小、投入成本高，所以未得到普及。近幾年來，各種無線通信專網(wǎng)、集群無線網(wǎng)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)發(fā)展迅速，其數(shù)據(jù)承載能力明顯加強，并且，GPS技術更加成熟。現(xiàn)在市場上的12通道GPS接收機價格也比較低廉，2000年5月1日，美國政府宣布取消GPS的SA政策，這樣，一般GPS接收機定位精度可以達到25m。由于上述原因，基于GPS和無線通信網(wǎng)的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)在世界各國都得至U迅猛發(fā)展，并顯示出強勁的發(fā)展勢頭，市場潛力巨大。 GPS技術和無線通信網(wǎng)絡技術是移動監(jiān)控定位系統(tǒng)關鍵的2個要素，如今GPS接收機或OEM卡已經(jīng)商品化，其體積可以做得很小，提供串口標準數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)接口很方便，而無線通信網(wǎng)絡則多種多樣，其建設成本、系統(tǒng)容量也各不相同，可供選擇的通信網(wǎng)絡有集群無線網(wǎng)、衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等。 2 移動監(jiān)控定位系統(tǒng)通信網(wǎng)的選擇 無線通信網(wǎng)絡是移動監(jiān)控定位系統(tǒng)的一個重要組成部分，可分為無線專網(wǎng)和公用的無線通信網(wǎng)絡2大類，其中無線專網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、移動通信網(wǎng)是比較常見的幾種形式。 2．1 無線專網(wǎng) 無線專網(wǎng)就是專門為移動監(jiān)控定位系統(tǒng)建設的無線通信網(wǎng)，他有自己的交換中心、基站及監(jiān)控平臺，缺點是組網(wǎng)費用較高、覆蓋面積有限，但無線專網(wǎng)系統(tǒng)更改靈活、抗毀能力強且具有移動性，適合用于抗洪救災指揮系統(tǒng)、軍事作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)等專用性較強的領域。 2．2 衛(wèi)星通信網(wǎng) 衛(wèi)星通信有靜止軌道衛(wèi)星通信、中軌道衛(wèi)星通信、低軌道衛(wèi)星通信3種，衛(wèi)星起中繼的作用，地球站用來作基站或與用戶相連。衛(wèi)星通信的特點是覆蓋面積大，可以做到全球通，而且對氣候和傳輸距離不敏感。在一般無線網(wǎng)絡覆蓋不到的地方，例如沙漠、森林地區(qū)特別適用，此外，在航海領域，通過基于衛(wèi)星通信網(wǎng)的監(jiān)控定位系統(tǒng)對航海的船只進行導航、實時監(jiān)控，當遇到海盜、海難等時可以及時進行處理；在航空領域，在民航客機運營中采用監(jiān)控定位系統(tǒng)可以避免飛機空中相撞、當發(fā)生劫機事件時可通過飛機上的攝像頭及時了解機上狀況，在軍用飛機作戰(zhàn)時可以依托此系統(tǒng)組成空中指揮平臺等。缺點是系統(tǒng)終端設備復雜，費用較高，不利于普及。 2．3 移動通信網(wǎng) 近年來，移動通信發(fā)展如火如荼，從模擬的AMPS網(wǎng)到數(shù)字蜂窩GSM網(wǎng)，到CDMA移動通信網(wǎng)，現(xiàn)在日本一些國家又提出了第四代移動通信網(wǎng)(即4G)的概念，并開始開發(fā)和研制。相對于無線專網(wǎng)或衛(wèi)星通信網(wǎng)，移動通信網(wǎng)比較普及，依托移動通信網(wǎng)建設監(jiān)控定位系統(tǒng)具有覆蓋面積大、組網(wǎng)費用低等優(yōu)點，利用移動通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)接人功能開展增值業(yè)務，還可提高網(wǎng)絡的資源利用率。不過，移動通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一般較低，若提高數(shù)據(jù)傳輸速率，需要對原有網(wǎng)絡進行改造。例如，利用CDPD(分組數(shù)據(jù)交換)技術，可在模擬蜂窩AMPS網(wǎng)上提供分組數(shù)據(jù)服務，信道速率為19．2kb／s。在數(shù)字蜂窩通信網(wǎng)中，GSM網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率只有9．6kb／s，當GSM網(wǎng)采用GRPS(通用分組無線服務)技術或EDGE(增強數(shù)據(jù)速率)技術改進后，他將分別提供115．2kb／s和384kb／s的數(shù)據(jù)速率。另外，在IS-95B，CDMAOne中都增強了移動數(shù)據(jù)服務能力，而CDMA2000可提供高達2Mb／s的數(shù)據(jù)速率。利用移動通信網(wǎng)建設移動監(jiān)控定位系統(tǒng)開通便捷、易于維護，能夠覆蓋手機信號可以到達的所有區(qū)域，非常適合于車輛船只調(diào)度、110報警指揮、鐵路列車無線調(diào)度等方面的應用。 除了以上介紹的幾種通信網(wǎng)，還有數(shù)字集群通信網(wǎng)、無繩電話通信網(wǎng)(包括DECT系統(tǒng)、PHS系統(tǒng)等)等網(wǎng)絡，他們都可以用來傳輸監(jiān)控定位數(shù)據(jù)。 3 基子GSM的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)方案設計 通過以上幾種通信網(wǎng)絡的比較，移動通信網(wǎng)是最為經(jīng)濟、最易普及的一種方法。第三代移動通信網(wǎng)CDMA具有較高的數(shù)據(jù)傳輸能力，但目前CDMA網(wǎng)還處于實驗網(wǎng)階段，而GSM數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)在國內(nèi)及國際上都已非常普及，市場應用最廣泛，覆蓋面積最大，在技術上也是最成熟的。所以，利用GSM移動通信網(wǎng)建設移動監(jiān)控定位系統(tǒng)是當前比較合理的選擇。通過GSM移動通信網(wǎng)傳輸監(jiān)控定位數(shù)據(jù)可以有3種方法：利用話音通道傳輸、利用SMS(短消息業(yè)務)傳輸、利用改進的GSM的高速數(shù)據(jù)通道傳輸。 3．1 利用GSM的話音通道通信的設計方法 利用GSM的話音通道傳輸數(shù)據(jù)和在普通電話線上一樣，在收發(fā)兩端通過MODEM調(diào)制解調(diào)進行數(shù)據(jù)通信，這種方法技術成熟，應用范圍廣，在GSM網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)均可使用，缺點是在數(shù)據(jù)傳輸之前需要先撥號，呼叫建立時間較長，一般為10s左右，而且通信費用與移動電話費相同，費用較高。采用這種方法建立的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)如圖1所示。 在圖2中，移動終端的GPS接收機可以獲取位置、速度信息，攝像頭捕獲圖像信息，麥克風傳送話音，報警設備提供報警信息，他們送人數(shù)據(jù)接口設備進行格式轉換后，經(jīng)MODEM調(diào)制，通過GSM手機發(fā)向GSM移動網(wǎng)絡。系統(tǒng)監(jiān)控中心通過中繼線路與GSM網(wǎng)交換中心連接，中繼線路為電話線、光纖或微波提供的話音通道，移動終端的數(shù)據(jù)由監(jiān)控中心的MODEM解調(diào)、接口處理后送人相應分系統(tǒng)。如GPS信息送人GIS(地理信息系統(tǒng))分系統(tǒng)、圖像和話音送人多媒體顯示分系統(tǒng)、報警信息送入報警處理分系統(tǒng)。監(jiān)控中心可以通過調(diào)度指揮分系統(tǒng)對各個移動終端進行控制，網(wǎng)絡管理分系統(tǒng)負責整個網(wǎng)絡的運行、管理工作。 利用GSM的話音通道設計移動監(jiān)控定位系統(tǒng)時，可根據(jù)移動終端數(shù)量和實際需求隨意添加、刪除信道數(shù)和業(yè)務功能，還可組成簡單的點一點移動監(jiān)控系統(tǒng)，例如用于家庭監(jiān)控等。 3．2 利用GSM的SMS通信的設計方法 SMS(短消息業(yè)務)是GSM網(wǎng)的一項增值業(yè)務，他通過控制信道傳輸數(shù)據(jù)，支持點一點消息業(yè)務及消息廣播業(yè)務等多種方式。通過SMS傳輸數(shù)據(jù)的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)如圖3所示。 與圖1不同的是，移動終端的數(shù)據(jù)通過SMS全部發(fā)送到短消息業(yè)務中心，系統(tǒng)監(jiān)控中心通過中繼線路(如DDN)從短消息業(yè)務中心獲取數(shù)據(jù)。通過SMS傳輸數(shù)據(jù)具有以下優(yōu)點： (1)信道建立時間短，數(shù)據(jù)傳輸速率快； (2)不占用話音信道，通話時不影響數(shù)據(jù)傳輸； (3)由于不占用話音通道，通信費用低廉； (4)通過短消息廣播業(yè)務，可提供點對多點的數(shù)據(jù)傳送； (5)系統(tǒng)擴容方便。 另一方面，由于控制信道的傳輸速率為781kb／s，所以數(shù)據(jù)傳輸速率不可能很快。SMS還受信息長度的限制，點一點信息長度為140B，消息廣播業(yè)務信息長度為82B，這就決定了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不能太長，他適用于信息量少而通信頻繁的系統(tǒng)應用。此外，隨著系統(tǒng)容量增加，SMS還會加重GSM網(wǎng)絡控制信道的負擔。 3．3 利用GSM的高速數(shù)據(jù)通道通信的設計方法 在以上2種數(shù)據(jù)傳送手段中，數(shù)據(jù)速率都較慢，只適合傳輸諸如GPS數(shù)據(jù)、報警信息、控制信息等較短的數(shù)據(jù)，若傳輸監(jiān)控圖像、移動終端下載地理信息就比較困難，為此，需要進一步提高GSM通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率。GRPS(通用分組無線服務)是最近興起的一種新技術，他通過在原有GSM網(wǎng)上添加協(xié)議關口和改動少量設備，就可以提供高達115．2kb／s的數(shù)據(jù)傳輸速率，GRPS支持X．25，TCP／IP等協(xié)議�，F(xiàn)在世界上許多大公司都在抓緊開發(fā)GRPS功能，國內(nèi)東方通信公司和Motorola公司在合作開發(fā)GRPS手機和相關設備。提高GSM數(shù)據(jù)傳輸速率的另外一種技術稱為EDGE(增強數(shù)據(jù)速率)，他可支持384kb／s的數(shù)據(jù)速率。 在以上3種設計方法中，利用GSM的GPRS或EDGE提供的高速數(shù)據(jù)通道通信是比較理想的一種方式，目前正在研究開發(fā)過程中，GSM的話音通道應用最普及，但通信費較高，利用SMS業(yè)務傳輸數(shù)據(jù)是最經(jīng)濟、合理的方法，而且SMS業(yè)務也正在逐步走向普及。 4 移動監(jiān)控定位系統(tǒng)的業(yè)務功能 基于GSM通信網(wǎng)設計的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)可提供以下幾種功能： (1)定位功能 通過移動終端發(fā)送的GPS信息，監(jiān)控中心可對移動目標進行實時的跟蹤定位，監(jiān)控移動目標的行使速度、運行狀態(tài)，并且可以通過GIS系統(tǒng)在地圖上實時顯示運動軌跡；相反，監(jiān)控中心通過地圖可查詢區(qū)域內(nèi)車輛的有關資料，如車輛牌照、單位名稱、司機姓名、行使速度等。 (2)調(diào)度指揮功能 因為監(jiān)控中心掌握各個移動目標的地理位置和運行狀態(tài)，可根據(jù)需要進行調(diào)度指揮。例如在出租車運營中采用此系統(tǒng)，監(jiān)控中心可根據(jù)客戶叫車電話通知附近車輛前去服務。 (3)報警功能 移動終端發(fā)送的報警信息分為自身故障報警信息和突發(fā)事件報警信息2種，以長途客運車為例，自身故障報警包括車輛漏油、發(fā)動機狀態(tài)異常等；突發(fā)事件報警信息包括行車途中遭遇路橋坍塌、交通事故、攔路搶劫等。當出現(xiàn)警情時，監(jiān)控中心可根據(jù)客車的報警信息分類處理，通過與110、120聯(lián)網(wǎng)及時通知交通、公安部門。 (4)視頻監(jiān)控功能 通過加裝攝像頭，監(jiān)控中心可隨時查看移動目標的視頻圖像并進行錄像，如可監(jiān)視長途客運車司機在途中有無違規(guī)拉客、拒載行為，若車內(nèi)發(fā)生搶劫、偷盜等犯罪事件，可通過錄像回放協(xié)助破案，等等。 (5)通話功能 當采用SMS或高速數(shù)據(jù)通道傳輸數(shù)據(jù)時，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，移動終端還具有正常GSM數(shù)字電話功能。 (6)導向功能 在移動車內(nèi)安裝GIS系統(tǒng)，可以實現(xiàn)車輛自我導向功能，而且全國漫游。 (7)歷史資料查詢功能 用戶可以通過監(jiān)控中心的記錄查詢移動終端的歷史情況，如查詢車輛在過去某個時間的位置、速度、狀態(tài)等數(shù)據(jù)，并可進行運行軌跡回放。 在實際系統(tǒng)設計中，針對不同的用途，系統(tǒng)可繁可簡，小到點一點的監(jiān)控，大到幾百個移動終端的監(jiān)控定位系統(tǒng)，業(yè)務功能如GPS定位、視頻圖像監(jiān)控等也可根據(jù)需要進行添加或刪除。 5 結 語 移動監(jiān)控定位系統(tǒng)在我國有很大的市場潛能，近幾年在全國各地建起了不同形式的移動監(jiān)控定位系統(tǒng)，如GPS車輛跟蹤系統(tǒng)、移動指揮調(diào)度系統(tǒng)、車輛導航系統(tǒng)等。2000年5月，上海市建成了公用移動GPS系統(tǒng)，他使用GSM作為通信平臺，為上海以及華東地區(qū)的用戶提供GPS定位及監(jiān)控信息服務，用戶只需要購買GPS車載設備就可以加入網(wǎng)絡。北京市也已建成GSM／GPS衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)，他以衛(wèi)星通信為基礎，可提供高精度的三維定位信息，將向公眾開放靜態(tài)車輛防盜、動態(tài)車輛追蹤等服務。 另外，國內(nèi)許多通信網(wǎng)絡公司可以提供GPS接收機、GSM／GPS一體機、GIS系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)控軟件平臺及整套系統(tǒng)解決方案，但由于剛剛起步，系統(tǒng)設計還存在許多問題，例如：監(jiān)控軟件功能比較落后，動態(tài)數(shù)據(jù)處理能力較差；數(shù)據(jù)通信格式不統(tǒng)一，不同廠商間的產(chǎn)品不兼容；由于監(jiān)控數(shù)據(jù)通過無線傳輸，多數(shù)系統(tǒng)未采取加密措施，監(jiān)控定位信息很容易被截獲等。 |
