基于GPS、GIS与GSM开发车辆监控调度系统的研究

原稿收到日期为2001年7月26日，修改稿收到日期为2001年9月13日。

车辆监控调度系统（VMDS）是智能运输系统（ITS）的重要内容之一，也是目前我国交通运输管理领域需求*为迫切、**市场潜力和经济效益的应用项目之一。它可以被广泛应用到城市出租车、公交车、货运车及其它特种车辆的实时定位、监控与运营调度上，极大地提高车辆运输管理的效率与安全。本文设计提出基于GPS、GIS与GSM公用数字移动通信网开发VMDS，融合了当前在定位技术、通信技术与信息采集、管理技术等方面的*新科技，是信息技术与车辆相结合的一项重要成果。

2车辆监控调度系统的主要内容系统涉及（1）车辆定位；（2）双向通信；（3）系统的空间数据（交通电子地图）与属性数据的采集、输人、坐标转换与管理；（4）定位信息的可视化与系统数据动态更新；（5）系统功能开发（如监控、调度等）。

车辆定位技术总体上分为车辆自主定位和组合车辆定位。车辆自主定位有代表性的是地面无线电频率（TerrainRadioFrequency，简称TRF）、信号杆（SignalPole，简称SP）、航迹推算（DeadReckoning，简称DR）以及GPS定位；组合车辆定位目前主要是GPS/DR及GPS（DGPS）/电子地图组合定位。

在2000年5月1日美国取消了人为限制定位精度的SA（SelectedAvailability）政策之后，民用单频动态车载GPS定位精度已从100m提高到约10m，完全可以满足车辆监控调度指挥等管理的需要，表1给出了ITS对车辆定位精度的要求。同时，GPS具备的全天候实时提供三维位置、三维速度及时间信息的特点，是其它定位方式无法比拟的，这是本系统选用GPS进行车辆定位的根本原因。

表1ITS对车辆定位的精度要求服务种类导航与路线引导自动车辆监视自动车辆识别公共安全资源管理事故或应急响应防撞车辆指挥与控制自动话音报站应急响应数据采集精度要求车辆的移动性决定了系统通信必须采用无线电组网方式。目前，国外GPS车辆监控系统在通信方面的发展大体分两种模式，一种是GPS与常规通信系统、GPS与集群（TrunkedRadio）系统或GPS与CDPD（CellularDigitalPacketData）组合；另一种是GPS与GSM、GPS与卫星网通信组合。集群系统适合短时间对话，具有单工、共享信息等特点，将其用于车辆监控调度有明显缺陷：一是覆盖范围小，缺乏漫游，扩容困难；二是它用模拟信号传送数据，降低了数据传输的可靠性，同时建网和维护的投资高。卫星网通信链路复杂，若将其用于VMDS则投入成本太高，产品很难普及。相比之下，GSM是*佳选择。它有如下优点：⑴标准化程度高，接1=1开放，联网能力强，能国际漫游；支持点到点双向的短消息业务；保密、安全性能好，具有鉴别、加密功能；尤其是GSM网支持的数话兼容功能更适用于车辆监控调度，无须基本投资。在我国，GSM公用数字移动通信网是覆盖面*大、系统可靠性*高、话机保有量*大的数字移动蜂窝通信系统。利用GSM传输GPS信息及其它信息是一种*经济、合理、有效的通信方式。它的使用，可充分发挥各系统业务服务的特点和资源优势，以*小投资和运营费用实现移动目标的定位、监控与调度。

VMDS车辆定位所需的背景地图（又称空间数据）及其相关属性数据由GIS进行组织管理。GIS作为ITS的地理信息管理平台，被越来越证明是存储、管理、分析地理信息（图形数据与属性数据）的有效的技术。当前，GIS的*新发展方向是网络化与组件化，这是解决海量信息管理问题的很好办法。可以认为VMDS是GIS的二次开发成果。因此，选择合适的GIS基础平台，也是本次开发的一个关键。在综合分析各方面的情况后，本系统选择MapInfo4及MapX4.01组件进行开发。

2系统设计2.1系统软硬件环境硬件环境：GPS接收机、高档微机、全站仪、数据转换设备、移动电话、A0幅面数字化仪或A3幅面扫描仪等。

14、GEOSCAN扫描矢量化软件、电子平板测图软件、VisualBasic6.0、Access关系数据库等。

为本系统开发的软硬件环境构成示意图。

属性数地理图形数信息系统平台据库扭场采集>f全站仪+1i电手芈板J*（数字化仪）扫描仪）Windows98操作系统八/信〕VMDS开发的软硬件环境系统总体结构示意图系统组成系统由三部分组成，即移动车辆、GSM通信网、控制中心。其中，移动车辆上装配GPS接收机、车载移动电话和数据转换器，负责采集车辆定位数据，并通过数据转换器处理后，由车载移动电话经GSM发出。控制中心主要由移动电话、数据转换器以及计算机构成。在中心控制计算机上装有系统软件，它实时接收传来的GPS定位信息，进行变换、匹配及其它处理，然后以相应方式显示在计算机屏幕上。管理者可随时了解移动车辆的位置有字地已数化图并可通过现场侦听功能，随时了解现场情况。控制中心也可以随时通过系统配合电话向指定车辆发出调度指令，与现场进行对话。系统组成如所示。

3系统开发的关键技术3.1GIS用于VMDS的交通电子地图制作这里所说的交通电子地图是系统中GPS定位数据显示所用的背景地图，即GIS的图形数据库。其制作程序包括数据的采集、转换（数据格式和坐标系统转换）以及进人GIS图形库。图形数据的采集有三种情况，即现场实际测量、已有图纸数字化和现成的数字化图形数据。其流程如所示。

已有图纸数字化GIS图形数据的获取现场实测成图目前主要有经纬仪测记法和全站仪电子平板测图两种模式。用全站仪加电子平板进行了现场实测成图，以补充现有电子图形数据不完善的问题。电子平板测图涉及到控制测量和碎部测量。控制测量一般沿街或公路布设附合导线或闭合导线来完成，碎部测量用全站仪采用极坐标法施测。值得注意的是，电子平板测图是边测边成图，跑尺者应注意跑点的合理性和密集度，理解计算机成图的特点，从而提高图形的整体精度。

已有图纸数字化也有两种模式，即手扶跟踪数字化仪数字化成图和扫描仪扫描矢量化成图。本系统在开发中涉及到了现场测图和已有图幅手扶跟踪数字化。手扶跟踪数字化仪进行数字化之前，须事先根据图上信息和本系统的要求，研究确定图层数、图层名称、颜色、代码等。在进行数字化时，应该做两步初始化工作：（a）在图纸上选择至少三个控制点用于图纸定位，保证其地理的精度，从而保证整个数据库的精度；（b）设定阈值，即在跟数字化过程中任何两个点的*小距离。数字化过程中大于该值的点位将不进人数据库，保证数字化成果的精度。无论是电子平板测图还是手扶数字化成图，*后都需通过文件格式转换，通常是转换成公用接口图形文件格转化。*.tab文件是Maplnfo和MapX的图形数据文件格式。具体在转化时，要注意坐标系统的转化和图层在转化过程中的设置。

VMDS数据通信本系统数据通信主要指中心计算机通过数据转换器和移动电话，再由GSM网发出信号到移动车辆，以及移动车辆通过GSM网发回信息到控制中心的过程。GPS接收机以及中心计算机的通信，都是通过RS232接口进行的。限于篇幅，这里只给出中心计算机的通信驱动程序。

本系统在VB6环境下编程实现。中心计算机的通信由VB6的MSComm控件来完成。该控件提供了两种串行通信方式，即事件驱动式和查询式。

事件驱动式是当串口接收或发送完指定数量的数据时，或当状态发生改变时，控件都会触发OnComm事件（Events），去检查CommEvent属性（Features），执行相应的方法（Methods）。事件驱动式具有程序响应及时，可靠性高等优点。查询式是在每个重要的程序之后查询MSComm控件的某些属性值（如InBufferCount值）来检测事件和通信错误。这对小程序比较常用。

本系统采用事件驱动式。在系统开始运行时，就打开串口并完成初始化设置（见程序清单1）。

当中心计算机发出指令或接收到移动车辆传来的定位数据时，都会触发OnComm事件，并由两个重要的方法comReceive和comEvSend去处理（见程序清单2），从而完成系统的通信功能。

GPS定位信息处理与显示GPS定位信息是带有丰富信息的短句。目前，大多数GPS接收机都能输出标准的ASC码形式的数据。它有多种数据句型，各句型都以程序清单1号开头，组合输出格林威治（UTC）时间、经玮度、接收到的用于定位的星体个数、几何精度、开线高度、航迹向、磁差、校验码、速度等信息。每个句子内的数据之间以逗号隔开。用户可根据实际需要通过编程提取自己有用的数据。例如，GGA数据句为信息来源，GGA为句型识别符，其后依次为UTC时间、纬度、经度、速度、航向、日期等。当计算机串口接收到定位数据后，触发OnComm事件，累加字符，以*Chr（10）*作为结束标志。然后在累计字段中提取所需信息，见程序清单2.限于篇幅，只给出主要语CasecomEvSend‘处理发送数据对象提供的多种方法实现点位在图层上的显示。公路交通科技，2常大年，王静，果明实。现代移动通信技术与组织。中国公路学报，2000，13（3）。

范逸之。VisualBasic与RS232串行通讯控制。北京：中国青年出版社，2001.（上接第208页）