基于北斗二代的车辆监控系统研究与应用

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基于北斗二代的车辆监控系统研究与应用
□ 孙超奇宋秉龙贾斌汪建伟
(军事交通学院天津300161)
摘要：在对车辆进行监控的过程中，从长远考虑，需利用国产的北斗导航定位系统。针对北斗一代存在定位精
度低、时间长的缺点，提出了基于北斗二代的车辆监控系统研究。系统根据系统分析与设计理论，通过在总体结
构中保留卫星定位总站实现与北斗一代的兼容，为了实现在定位导航的基础上，对驾驶员和车辆进行管理并实
现对车辆的动态监控以及远程维修保障的功能，对车辆导航终端以及监控中心进行相应设计，并对功能实现的
业务流程进行分析。系统融合传感技术与视频监控技术，能够实现定位导航的扩展，意义较大。
关键词：综合交通运输北斗二代导航定位系统车辆监控系统应用研究
中图分类号：U491.2 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-077-02
1 引言
目前，车辆运输过程中主要是依靠GPS进行定位导航，一
旦美国进行制约，车辆运输将会陷入盲目的状态，因此，需要
基于北斗定位导航系统对车辆运输监控进行研究。北斗二代
与北斗一代相比，主要是将主动式定位改为被动式，用户只要
能接收到4 颗卫星即可实现自主定位，快速精确，解决了一代
有源定位、定位精度低、覆盖范围窄、定位时间长、系统用户数
量有限等不足。随着传感器、视频监控等技术的快速发展，传
统的提供定位信息已经不能满足车辆监控的发展要求，因此，
论文拟研究基于北斗二代定位导航系统，同时融合传感器技
术以及视频监控技术进行应急保障车队监控系统的研究，提
出对驾驶员行驶和车辆进行管理并对公路运输进行监控以及
远程维修保障等服务，该监控方案不仅适用于平时，更适用于
战时或者灾害发生等情况下的应急保障运输。
2 基于北斗二代车辆监控系统设计
2.1 系统总体结构设计
系统利用北斗导航卫星和集群通信基站作为通信链路，
融合传感器技术以及视频监控技术，对车辆监控系统进行了
设计，系统主要包括车辆导航终端、空间及通信部分、监控中
心组成，其总体结构图如图1。
图1 车辆监控系统总体结构图
车辆导航终端：主要包括北斗二代车辆行驶记录仪、导航
监控终端、固定和移动视频监控系统、传感器、存储和报警装置。
空间及通信部分：主要是由5 颗静止轨道卫星和30 颗非
静止轨道卫星组成的北斗二代导航定位系统、北斗卫星定位
总站（兼容北斗一代）以及集群通信基站（包括CDMA、GSM、
3G）组成。
监控中心：主要包括无线发送/接收机、数据库服务器、应
用程序服务器、Web 服务器等组成。
2.2 系统业务流程分析
系统主要是通过对车辆运输过程中的信息进行获取、处
理，从而实现对运输监控、远程维修等应用。
2.2.1 数据信息获取分析
根据数据信息获取来源，对数据信息获取进行分类设计，
主要包括如下内容：
(1)通过读取驾驶员身份信息识别卡或人工方式进行驾驶
员与车辆的绑定；通过行驶记录仪输出定位信息；通过提供串
口、USB等标准化接口，支持外接设备，例如手持式扫描枪等。
(2)通过CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）
总线、模拟量、开关量及传感器获取车辆行驶操控数据和车辆
行驶参数数据。
(3)通过构建一个简单的无线传感网，避免了布线问题，将
传感器放置在货物检测位置，进行货物温度、湿度、压力、振动、
位移等方面的数据参数的获取。
(4) 构建基于无线链路传输的视频监控系统，将获取的重
点部位视频图像信息通过无线链路发送到监控中心。
2.2.2 数据信息处理分析
在对各类数据信息进行分类设计后，需要将各类数据信
息进行相应的处理。主要需要处理的内容包括数据的发送接
收、分包、解码、入库、查询、分析、统计等。
对于长度超过北斗短报文最大限制的短报文，系统支持
对短报文进行分包发送，发送接收机制采用独立线程，保证收
发率；按照用户的设定，将超过长度的短报文内容进行分包处
理，每一包的长度均符合北斗短报文长度的要求；根据位置传
输协议定义，将传回终端的位置短报文按照协议解码并入库
操作，入库在单独的线程中完成，当数据库没有打开或数据库
网络不通的情况下，不影响向车载终端与监控终端的传输操
计算技术信息发展与
78 —— 科协论坛· 2012 年第10 期（下） ——
作；可以根据需要查询相关的行驶参数、操控数据、传感器数
据以及视频数据，通过对行驶参数、操控数据以及传感器数据
进行阀值的设定以及数据统计，实现安全预警以及规律总结。
2.3 车辆导航终端设计
车辆导航终端主要由北斗二代行驶记录仪和北斗二代导
航监控终端两部分组成。
2.3.1 北斗二代行驶记录仪的设计
北斗行驶记录仪由卫星导航接收单元、车辆运行状态检
测和信息存储三部分组成。其中在卫星导航接收单元方面，
增加了导航板块。导航板块主要把从低噪放输出的射频信号
进行下变频、滤波、放大，变换成合适的中频信号给基带信号
处理模块；基带信号处理模块对北斗导航信号进行相关解扩；
在得到解扩增益的基础上解调载波，消除频率偏移的影响，恢
复基带信号；最后将相关解扩、解调处理的历元时刻所对应的
码状态、载波及相位状态形成原始观测量，与导航数据一起传
送给应用处理模块，进一步处理解算，最后送出定位结果。同
时，针对北斗一代导航设备大的现状，北斗二代在芯片的设计
上内嵌式CPU 核以及各种所需外设接口，从而极大的降低最
终产品的成本、功耗和尺寸，提高基带芯片的性能和可用性；
此外北斗二代行驶记录仪内置的高性能处理器可根据任务进
行离线、出入界、超速和超时驾驶报警，甚至在必要时经人工
干预对特定车辆进行控制。
2.3.2 北斗导航监控终端的设计
北斗二代导航监控终端由显控处理单元、军用CDMA 通
信单元、显示屏、北斗二代通信天线、电源以及功能单元等部
分组成，通过结合北斗行驶记录仪使用，实现车辆行驶安全监
测与告警、卫星导航定位、卫星或无线短报文传输、位置报告、
行车路线规划、信息收发等功能。
2.4 监控中心设计
监控中心能够实现数据接收、处理以及GIS 展现、报警管
理、远程控制等应用。
通过无线接收客户机实现各类数据信息的接收，并存入
到数据库服务器中，应用程序服务器根据查询服务、GIS 服务、
状态检测等要求进行数据处理，实现电子地图展现、车辆管理、
查询统计等功能，同时通过Web 服务器监控中心实现与网络
的连接，提供用户的网络查询。监控中心根据需要，通过无线
发送客户机对车辆进行远程调度与维修保障。
3 基于北斗二代车辆监控系统的应用
基于北斗二代车辆监控系统能提供车辆的动态监控、车
辆和驾驶员行驶管理以及远程维修保障等应用。
3.1 车辆动态监控
运输动态监控：车辆通过基于北斗二代车辆监控系统可
以实现车辆的定位、导航，路径选择以及根据车辆行驶记录仪
获取车辆运行速度、持续运行时间等参数；监控中心可以根据
需要获取所有车辆的运行状态信息，用数字地图进行实时标
绘，并且可以分层控制显示，方便调度指挥与操作管理；重点
车辆还可在单独的窗口进行重点跟踪监控，特别是在战时或
者灾害发生后，可以掌握车辆保障态势和道路环境状况，并结
合视频、图片信息辅助运输指挥决策，对应急保障车队下达命
令，实现运输可视化调度指挥。
物资动态监控：通过在车辆导航终端外接扫描枪等设备，
支持SD 卡存储，通过导入或者读取的方式获取物资信息，同
时能够利用北斗二代卫星导航系统的短卫星链路，从装载、运
输到卸载全过程实现在运物资信息到监控中心的传输。
安全动态监控：车辆导航终端可对车辆运行的各种安全
参数，如最大行驶速度、连续驾驶时间、行驶里程等参数进行
监控与记录，可结合行驶路线、行驶区域等进行参数设置，及
时提供超速报警、超区域报警等功能，并可通过通讯指令予以
解除，同时提供本地和远程的安全报警，紧急情况下，驾驶员
可以向调度指挥与安全监控中心发送报警求救信息，调度指
挥与安全监控中心接收到报警求救信号后，可以根据需要进
行远程监听；事故后，还可以根据监控记录对事故原因进行分
析，实现车辆安全动态监控。
3.2 车辆使用管理
利用北斗二代卫星导航系统的精确定位功能，实时记录
车辆行驶参数和详细轨迹，精确统计车辆行驶里程、速度等信
息，准确把握车辆损耗情况，合理安排车辆维护保养，通过调
度指挥与安全监控中心的数据库和管理软件可以对车辆信息
进行查询、统计、分析，产生各种数据报表和图形曲线，实现车
辆的科学化使用管理。
3.3 驾驶员行驶管理
通过驾驶员身份信息识别卡进行驾驶员与车辆的绑定，
通过分析车辆操控数据，发现并纠正驾驶员错误动作与习惯，
在监控中心，通过驾驶员编号，可以查询驾驶记录、操控记录
从而实现对驾驶员行驶的管理。
3.4 远程维修保障
当车辆发生故障时，可以通过移动现场视频监控系统将
车辆维修视频发送到专业车辆维修中心，车辆维修中心根据
视频实现远程维修指导，从而实现车辆远程维修保障。
4 结束语
系统在北斗二代的基础上，融合传感器技术和视频监控
技术，对车辆与驾驶员行驶进行管理，并实现了车辆监控调度
及远程维修保障，应用前景广阔。下一步，需要以功能实现为
出发点，对各个组成部分尤其是设备进行深层的研究与开发，
实现车辆运输的全程可视化。
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2014-10-1 07:04 上传

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