GPS移动通信技术新进展

《信息检索》课程期末论文---“GPS移动通信技术新进展”1安阳师范学院---人文管理学院《信息检索》课程期末论文论文名称：GPS移动通信技术新进展姓名：元霞飞学号：084947001专业：计算机科学与技术任课老师：赵哲成绩：论文起止时间：2012-4-2至2012-4-17《信息检索》课程期末论文---“GPS移动通信技术新进展”2GPS移动通信技术新进展摘要：近些年来，全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)正在逐渐应用到各个行业中，对于地域覆盖广泛、机动性较强、数量又众多的移动目标，可以有效的监控，并可以紧急救援及满足提供各种信息服务的需求，目前在客运、公安、银行、物流管理等行业中，其运用更为常见，其优点也更为突出。特别是GPS在车辆监控和车辆调度系统中的应用更是发展迅猛。车辆监控和车辆调度系统应用了车辆定位技术、地理信息技术及数据库技术，以及综合了计算机技术和现代通信技术的高科技系统。关键词：GPS；GSM；GPRS；SMS1系统设计的原理1.1监控与调度系统的简介GPS车辆监控[1]与车辆调度系统[2]可以分为三个分系统和软件技术，其系统的核心成分为以下几个部分：1、通过全球卫星定位系统(GlobalPositioningSystem简称GPS)技术获取车辆位置的实时信息；2、通过数字蜂窝电话（GSM）的短消息机制（SMS）和通用分组无线服务（GPRS）传输车辆位置等信息到监控调度中心，并将监控调度中心的调度指令传输到车辆驾驶员；3、通过地理信息系统（GIS）将车辆的位置信息以图像形式直观的展现给用户，并通过地图分析，将受控目标车辆的实时调度和监控管理；4、软件技术主要包含了关系数据库技术、局域网广域网技术、多媒体技术和计算机远程控制技术等，用以构建监控调度网络体系及数据安全管理体系的综合性系统。2定位方法的研究与应用分析2.1引言车辆监控与车辆调度系统的重要组成部分也是基础部分就是定位，调度中心要获知车辆位置或者给驾驶人员发送调度命令，首先要得到车辆的精确位置，如果没有精确、可靠的车辆定位，任何车辆监控与车辆调度系统都失去了其存在的价值。定位就是要确定车辆在地球表面的坐标，通过无线通信技术把坐标信息告诉监控《信息检索》课程期末论文---“GPS移动通信技术新进展”3与调度中心，车辆监控与车辆调度系统才能够获得车辆的位置。在定位方法上通常有独立定位技术、卫星定位技术和地面无线电定位技术三种定位技术。推算定位是属于典型的独立定位技术。2.2几种定位方法的介绍与研究2.2.1独立定位技术独立定位[3]技术中典型的是推算定位，推算定位[4]是一种最为原始的定位技术，车辆行驶在二维平面空间中，如果起始位置和车辆以前所有的位移是已知的，就可以通过推算定位技术计算任何情况下车辆的位置，推算定位就是递增的累积行驶的距离，计算和相对于已知位置行驶的方向。其实，推算定位就是相对于一个参考点确定车辆位置坐标的技术。在每一采样周期内，车辆当前的位置可以通过以前车辆的位置及计算周期，根据方程估算出来，使得当前测量会与以前车辆的位置误差及周期长短产生的误差有关，产生的原因是由于采用周期内恒定的传感器的不精确造成的，如果在计算过程中不补偿或补偿不当，随着时间的增长和车辆的连续行驶，误差会一直累积，计算出来的车辆位置信息误差会越来越大，数据会越来越不精确。2.2.2卫星定位技术最具代表性的卫星定位技术[5]是全球定位系统(GlobalPositioningSystemGPS)技术。GPS[6]可以提供非常实用的、价格低廉的，并且在全球范围内都可以确定位置、运行速度和时间的工具。最初GPS由美国国防部设计，并由其进行管理和收费，随着需求的不断加大，美国国防部与美国交通部达成协议，才开始运用到日常生活中。整个GPS系统包括了三个部分，卫星、接收机、管理和控制，也就是空间部分、用户部分和控制部分。卫星部分由额定24颗卫星的星座构成。卫星位于六个地心轨道平面内，每个轨道平面内有4颗卫星，GPS卫星以半个恒星日作为额定轨道周期，周期长为11小时58分钟，每个卫星轨道都接近于圆形，沿地球赤道以60度间隔均匀分布，与赤道面的成额定55度的倾斜。轨道半径即从地球质心到卫星的额定距离大约为26600公里，可以为全球各地的用户提供24小时位置和时间确定能力。GPS控制部分是维护卫星和维持其正常功能，控制部分是由主控站（MCS）、监视站和地面天线三部分组成。《信息检索》课程期末论文---“GPS移动通信技术新进展”4“GPS接收机”是指的用户接收设备，它是用来处理由卫星发射来的L波段信号之后确定用户的位置信息。GPS接收设备是由两个主要单元组成，就是天线和接收机。2.3定位方法的确定与实际应用对于车辆监控与车辆调度系统需要的定位，必须满足两个关键的特点：1.系统结构简单，运行成本低；2.需要持续进行定位，且定位精度要高，误差最好能够控制在20米以内；美国GARMIN公司的15系列OEM接收机的GPS是具有十二通道的GPS接收机，十二通道也就是同时可以跟踪十二颗卫星，以实现快速定位。美国GARMIN公司的GPS接收机功耗非常小，数据更新速率快，可以做到每秒更新一次，这种优良的性能不仅可以作为陆地导航，其灵敏度也能够满足飞行器的动态需求。3数据传输3.1数据传输中的关键问题车辆监控与车辆调度系统的重要组成部分当然要说通信系统了，可靠稳定的通信系统不仅可以及时反馈给车辆监控与调度中心每辆车的位置和状态信息，要传送接收中心发给车辆的指挥与调度信息。在车辆监控与车辆调度系统中，通信系统必须要满足以下几个要求：第一点通信系统必须要稳定，能够及时传送信息，而且可以实现部分语音通信；第二点该通信系统必须覆盖范围广；第三点是运营成本低，且使用过程中费用低；第四点是具有较强的连通性、较高的安全性以及公用性。所以，我们要考虑通信系统的稳定、覆盖范围广和低成本作为选择合适的通信方式的必要条件。3.2常用通信方式的对比与分析我国目前的通信技术从用户使用分类来讲，目前我国主要使用的通信方式可以分为专用网和公用网两种。例如公安警用系统建立的450MHZ的通信系统，就是根据用户的行业特点专门建立的通信网络，成为专用网，这种网络采用的是集群通信方式；另外一种公用网是种用户比较多、覆盖范围也比较广的网络。4监控与调度管理中心4.1电子地图《信息检索》课程期末论文---“GPS移动通信技术新进展”5在监控与调度管理中心系统中使用的地理信息系统（GIS）的电子地图功能，GIS是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物，是一种特定而十分重要的空间信息系统。GIS技术的日益革新为众多应用领域创造了丰富的地理空间信息财富，使地理空间数据的存储、检索、制图和显示功能越来越完善，但同时越来越多的复杂应用问题也对GIS产生了更多新的要求。4.2地图匹配地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律的数字、文字、图像和图形等的总称[7]。地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征和一切有用的知识，它是对地理数据的解释。地图匹配时一项确定车辆在地图上位置的技术。地图匹配是一种通过软件方法，校正定位误差[8]的技术。该技术基于“车辆始终行驶在道路上”的假设，将GPS等定位方法测得的车辆位置或行驶轨迹与车载的电子地图道路数据相比较、匹配，通过校正GPS的定位误差[9]，找到车辆所在的道路，计算出车辆在道路上的位置。地图匹配方法与GPS定位技术配合使用，能够极大地提高车辆定位精度，减小定位误差。可以说，地图匹配算法的效果直接关系到车辆定位的精度，地图匹配技术是决定车辆监控系统最终性能的关键技术。地图匹配的基本思想是通过车辆的GPS航迹与地图上矢量化的路段对象进行匹配，寻找车辆当前行驶的道路，并将车辆当前GPS定位点投影到道路上[10]。5存在的不足及展望在实际的系统设计和使用中，还存在不少困难。首先是GIS系统运行速度和更新速度问题。在用户用量上要进行充分的考虑，服务器的配置一定要满足大用户量的运行；再有就是地图的更新，本地化地图最好在三个月进行一次更新，全国性地地图最好半年能进行一次。其次是车载设备与监控中心接口问题：目前市面上的车载设备种类繁多，功能有好有坏，如果做运营，就要面临一个设备选型的问题，所选设备必须要和我们监控中心的接口相适应，否则会造成用户在入网时无法正常使用。前期建设平台时，最好能选定多家设备进行测试。再次是部分偏远地区GPRS网络的覆盖问题，部分偏远地区GPRS网络覆盖存在不足，信号强度和稳定性相对较差，使信息无法及时传递，影响GPS的使用效果，因此，《信息检索》课程期末论文---“GPS移动通信技术新进展”6利用短消息服务用作GPRS的有效补充，由于短消息的覆盖范围特别广，系统可靠性高。而其主要缺点是系统运营费用较高，对那些需要经常不断发送定位信息的系统，难以承受；另一个缺点是，对某些系统来讲，延时较长仍是一个问题。利用移动通信的通用无线分组业务和短消息服务功能相结合来实现GPS信息传输是一种较好的解决方法。虽然目前还有许多问题要解决，但是很有研究价值。比如说目前设想可以使用高性能的CPU开发一套嵌入式组合导航监控系统，可以让用户来进行选择，如果只是想运行车辆监控系统，那么只需要主机就可以进行车辆的监控与调度；如果需要对车辆进行导航，就可以让用户外接一个LCD显示屏幕，对主机软件进行更新，就可以既是一个导航设备又是一个通信调度设备。同时在运用GPRS技术的过程中，我们实际可以让GPRS通信网络来代替我们在原来GPS测量中使用的无线电设备，因为无线电设备作用距离范围有限同时式拥有一定的局限性而且设备价格也非常昂贵，我们完全可以设想使用GPRS方式来传递GPS数据，进行数据的差分，随着GPS的通信网络的大面积铺开和网络质量的优化，GPRS通信网络来代替我们在原来GPS测量中使用的无线电设备也将是个很好的发展方向。这个也是使用GPRS进行网络差分的一个很好的应用。参考文献[1]刘旭,张其善.一种基于GPRS的车辆监控系统[J].遥测遥控，2003[2]毕危危.基于GPRS和DGPS的车辆管理系统[J].北京交通大学学报，2006[3]张凤举,王宝山.GPS定位技术[M].北京：煤炭工业出版社，1995[4]周忠膜，易杰军.GPS测量原理与应用[M].北京：测绘出版社，1996[5]吕捷.GPS技术[M].背景：北京邮电大学出版社，1999[6]张勤,李家权.GPS测量原理与应用[M].北京：科学出版社，2005-07[7]刘春,姚连璧,车春生.GPS车辆导航中的实时地图匹配算法[J].测绘学报，2001[10]刘卫宁,宋伟.智能交通虚拟公用信息平台研究[J].中国公路学报，2004