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摘要介紹了一個基于GPS/GIS/GSM的車輛定位導航監控系統的設計原理、系統組成、功能。并針對系統設計中的主要技術難點提出解決方案。利用ESRI地理信息系統二次開發組件MapObject，在可視化的編程工具VC6.0中加以實現。

關鍵詞全球定位系統;地理信息系統；全球移動通信系統；地圖匹配

1前言

建設較完善的智能交通系統(ITS)是當下人們研究的重點。車輛導航與監控系統是ITS的重要組成部分，它借助于電子地圖為駕駛員實時提供車輛位置、速度、方向以及周圍地理環境等信息，以指導駕駛員快速、安全、準確的到達目的地。本人及小組成員根據項目要求，設計并實現了基于GPS/GIS以及借助于計算機網絡和現有的GSM網通信平臺的車輛導航與監控系統。從而實現了在GSM網覆蓋范圍內車輛的定位導航監控及管理。

2系統總體設計

2.1設計思路及結構劃分

系統的設計首先從車輛的定位著眼，進而完成對其進行監控導航等功能，因此需要結合當前應用廣泛的GPS、GIS、GSM及計算機通信等方面的技術。在具體運行中設置在車輛上的終端部件將從GPS接收坐標數據，并結合速度等信息通過GSM系統以SMS方式發送到控制中心，控制中心則要結合其后臺的GIS系統以圖像方式表現在屏幕上，同時又要根據需要對車輛通過GSM系統以SMS方式發送控制指令。另外為了方便用戶查詢用戶基本信息、交通信息、車輛行駛信息等，控制中心還要實時向WEBGIS服務器傳送相關信息。由此，我們對該系統的設計主要分為了車載單元和監控中心兩大部分。

2.2控制中心端設計

控制中心端是我們整個系統的核心部分，它既要接收來自移動端的GPS信息并結合數據庫以圖形方式反映在GIS平臺上，同時又要根據監控信息給車輛以相應的信息反饋，以提供車輛的導航。其功能結構如圖1。

（1）數據庫設計。系統對數據的要求包括地理空間數據和非空間數據，非空間數據又包括基本的屬性數據和GPS數據，因此建立了三個數據庫分別是地理空間數據庫、屬性數據庫和GPS消息數據庫。其中地理空間數據庫主要存儲GIS方面的空間圖形數據，此處以成都市電子交通地圖為主要部分，包括道路交通網圖形要素的空間位置、幾何特征和拓撲關系以及其它一些附屬地物，如機關單位、綠地廣場、商店超市等。屬性數據庫主要包括車輛基本信息、用戶信息、服務信息等。GPS消息數據庫主要針對車輛位置信息的管理，以方便車輛導航及路徑回放等。后兩者均為結構化數據，采用一般的關系數據庫以表、視圖方式即可很好的表示。

（2）GPS分析管理模塊。此模塊主要從車輛的定位、跟蹤方面進行處理，對被監控車輛接收移動端發來的位置、速度等信息以圖形方式顯示在地圖上，并以文本方式做詳細記錄；依據記錄的數據在需要時進行回放，回放功能的設計上包括開始、暫停、繼續、結束四個狀態。另外還包括基本的車輛信息查詢處理功能，如車輛信息查詢、駕駛員信息查詢、車輛監控查詢、車輛調度等。

（3）GIS分析管理模塊。此模塊主要在MapObject基礎上集成二次開發，實現GIS的基本功能，如地圖放大、縮小、漫游、查詢、距離測量等。另外根據項目需要實現了路段及區域范圍內車輛密度分析功能。

2.3移動端設計

移動端也就是我們的車載端系統，它包括GPS接收模塊、DR傳感器（DeadReckoning）、車載導航計算機、通信控制器及外圍設備等組成，其結構如圖2。

GPS接收機主要用于接收衛星信號，并解算出定位信息；DR傳感器用于航位推算，它是為了解決GPS無法定位而導致導航軟件無法工作的問題而特意在我們的系統中引入的；車載導航計算機用于數據采集和處理；通信控制器用于向GSM短信中心發送車輛位置等數據，并接收控制中心通過GSM網發來的監控指令等數據。其工作原理為：當GPS接收模塊或DR傳感器取得數據后，通過通信控制器把數據以短信息的形式傳到GSM短信中心，再通過局域網或廣域網把數據傳到監控中心，車載終端系統以中斷方式完成來自GPS模塊和DR傳感器的數據的接收，在硬件主程序中循環采集信號和控制其它外圍設備。3系統關鍵技術與實現

3.1通信

車載設備與監控中心的通信方式采用GSM短信業務方式完成。發送端將數據加上目的地址按照通訊機協議進行編碼發送給短消息服務中心，之后再由短消息服務中心發送給監控中心。監控中心收到信息后同樣以相應的通訊協議進行解碼后分解為可識別的車輛經緯度、狀態等信息。他們之間是以RS232全雙工串口來通信的，可以同時接受和發送數據。在此我們利用VC＋＋6.0下的CserialPortEx串口通行類來實現串口通信。CserialPortEx聲明如下

classCSerialPortEx

{

public:

BOOLInitPort(CWnd*pPortOwner，UINTportnr=1，UINTbaud=19200，charparity=''''N''''，UINTdatabits=8，UINTstopsbits=1，DWORDdwCommEvents=EV_RXCHAR|EV_CTS，UINTnBufferSize=512)；

}

串口的配置對話框如圖3。

3.2地圖匹配

由于當前使用的GPS定位精度為數十米，且美國軍方為限制其它國家將GPS系統用于軍事領域，通過選擇可用性(SA)技術，人為地在衛星信號中加入噪聲干擾。另外由于城市地物特征復雜，在高密集的建筑物、隧道、立交橋等處行駛時又會受其反射和遮蔽影響，使得在某些區域內無法接收GPS信號而出現定位盲區。因此在GPS定位與航位推算的基礎上要將定位點與地圖道路進行匹配，這樣才能真正實現車輛在地圖上的實時定位。

地圖匹配是通過車輛的GPS航跡與GIS地圖數據庫中的矢量化路段對象進行匹配，尋找車輛當前行使的實際道路，再將此定位點投影到道路上。根據車輛行駛的情況和地圖匹配的需要，將匹配定位分成了3種不同狀態，即道路搜索、直線行駛、轉彎。針對每種狀態的特點和定位要求，采取了不同的處理方法。

（1）道路搜索。當車輛啟動時，道路匹配可能不正確，所以應先對起始時刻進行道路匹配，以便建立正確的投影點，這就需要先進行道路搜索。在進行道路搜索時我們將道路連通性作為考慮要素，如圖4所示：p0是前一時刻匹配的位置點，p1是當前時刻的GPS定位點，L1、L2、L3是待搜索的范圍內的三條道路。虛線箭頭是p0時刻車輛行使方向。根據前一時刻匹配結果認為車輛在道路L1上，由于道路L1與L2是連通的，所以車輛不可能直接進入L3，只可能是在L1和L2中進行搜索。

（2）直線行駛。在沒有接近道路交叉點時，可以一直認為車輛是在此道路上行駛，可將定位點全部投影在此路段上，如圖5。

（3）轉彎。當接近交叉點時進行轉彎處理。此時可認為是新一次的道路搜索，采用道路搜索的算法處理即可。

4結束語

基于GPS/GIS/GSP車輛實時監控導航管理系統涉及GPS技術、通信技術、地理信息學、數據庫、軟件工程等多個技術領域，系統較為復雜，本文從系統的整體結構、原理、功能、關鍵技術算法等方面對車輛導航監控系統做了一定分析研究。具體論述應對車輛定位、導航、監控等領域具有實用價值。

參考文獻

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