[工学]第四章汽车导航系统1课件.ppt
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- 工学 第四 汽车 导航系统 课件
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1、 全球定位系统全球定位系统GPSGPS地理信息系统地理信息系统GISGIS通用无线分组业务通用无线分组业务GPRSGPRS GPSGPS全球定位系统(全球定位系统(Global Positioning SystemGlobal Positioning System)是美国从本世纪)是美国从本世纪7070年代开年代开始研制,历时始研制,历时2020年,耗资年,耗资200200亿美元,于亿美元,于19941994年全面建成,年全面建成,具有在海、陆、空进行具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPSGPS能
2、够实现能够实现数据数据采集、故障诊断、跟踪监测、卫星调度、导航电文编辑等功能采集、故障诊断、跟踪监测、卫星调度、导航电文编辑等功能,用户端使用用户端使用GPSGPS接接收设备实现定位导航功能。收设备实现定位导航功能。GPSGPS系统全球地面连续覆盖系统全球地面连续覆盖,能保证全球、全天候连续能保证全球、全天候连续实时定位的需要实时定位的需要;可精确、连续提供动态目标的三维位置、三位速度和时间信息可精确、连续提供动态目标的三维位置、三位速度和时间信息,实时定时速度快实时定时速度快;采用伪码扩频通信技术采用伪码扩频通信技术,发送的信号具有良好的抗干扰性和保密发送的信号具有良好的抗干扰性和保密性。性
3、。系统图示系统图示 空间部分空间部分GPSGPS卫星星座卫星星座 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座,记作(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内。在用GPS信号导航定位时,为了结算测站的三维坐标,必须观测4颗GPS卫星,称为定位星座。这4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时,甚至不能测得精确的点位坐标,这种时间段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的,并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时的导航定位测量。GPS工作卫星的编号和试验卫星基本相同。由由2424颗卫星所组成的颗卫星所组成的GPSGPS卫星网络卫星网
4、络 地面控制部分地面监控系统地面控制部分地面监控系统地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据,利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最
5、后的注入。GPS卫星与地面监测站 用户设备部分用户设备部分-GPS-GPS信号接收机信号接收机GPS信号接收机的任务是:能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,并跟踪这些卫星的运行,对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理,以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间,解译出GPS卫星所发送的导航电文,实时地计算出测站的三维位置,甚至三维速度和时间。地理信息系统地理信息系统(简称简称GIS)GIS)是一项管理和研究空间数据的技术系统。利用计算机对有关地理、空间位置的数据信息进行存储、查询和显示。GIS条件下的电子地图数据库为车辆导航系统提供了存放和管理导航系统信息的可视化载
6、体,有利于提高导航系统的工作效率。从技术和应用的角度,GIS是解决空间问题的工具、方法和技术;具有空间数据的获取、存储、现示、编辑、处理、分析、输出和应用的功能,它可以将这些数据分层、分类叠加在电子地图上,并且地图对象和和数据库属性数据建立连接关系,这样通过地里信息系统就可以轻松实现地图与数据库的双向查询。以直观的方式显示所有移动的目标,固定目标的位置和状态,并且直接在图形界面上对受控目标进行指挥调度操作。通用无线分组业务通用无线分组业务GPRSGPRS 一种基于GSM系统的无线分组交换技术,提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲,GPRS是一项高速数据处理的技术,方法是以分组的形式传送资
7、料到用户手上。虽然GPRS是作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术,但是它在许多方面都具有显著的优势。GPRS分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包,可通过不同的路由,以接力方式传送到目的端,再组装成完整的数据。在理论上,GPRS可以最多将8个时隙组合在一起,给用户提供高达171.2kb/s的带宽。GPRS还有另外一个比较突出的特点就是可以将短信业务改为通过GPRS来实现,因为短信也是采用数据包的方式,扭以通过GPRS来实现后,可以空出更多的GSM控制信道资源,为系统的话音业务提供更为可靠的连接功能。手机接收(信息)移动通信移动通信:GPRS 无线通信打破了过去有线通信的固
8、定位置限制,可根据业务需要随时增减数据传输点,极大地拓展了通信的领域。费用低廉费用低廉:GPRS 网络按照客户收发数据包的数据流量来收费,而不是采用SMS的按短信条数的方式收费,极大地降低了通信使用费用。以GPS监控系统为例,同样的一笔业务,其通信费用约为过去的1/51/8,具有较强的成本竞争能力和市场推广性。永远在线永远在线:客户随时都与网络保持联系,即使没有数据传送时,客户仍然在网上与网络之间还保持一种连接。快速登录快速登录:连接时间很快。GPRS 无线终端一开机,就已经与GPRS 网络建立了连接,每次登录网络,只需要一个激活过程,一般仅需1到3秒。p高速传输高速传输:由于GPRS 网络采
9、取了先进的分组交换技术,数据传输最高理论值可达171.2kb/s。实际使用中一般能达到2040 kb/s。p组网灵活组网灵活:中国移动的GPRS 网络覆盖面广,可在全国漫游而不增加额外费用,特别适合中小用户以低成本方式在短时间内组建自己的跨区域性数据网络。p信道保障信道保障:GPRS 通信链路由中国移动这样的专业运营商维护,在出现通信链路中断的情况下能得到及时抢修,免除通信链路维护的后顾之忧。p防雷击防雷击:GPRS 采用小功率短天线,不需要室外架设大天线,克服了有线传输设备和无线电台容易被雷击而损坏和中断通信的情况。由以上比较可知,GPRS相对于其它通信方式的优点是采用IP协议传输,通信速度
10、快、数据延迟小,按流量计费、系统运营成本很低,系统容量很大,上传和通话可以同时进行的,并且可以自由进行切换,非常适合应用于大规模的城市交通系统。由于GPRS用户的数据通信费是以数据量为基础,而不考虑通信时长,所以GPRS用于IP业务的接入将更为用户所接受。GPRS最大的特点就是“永远在线”。从无线本身的特点来看,GPRS使GSM系统实现无线数据业务的能力产生了本质的飞跃。基于基于GPRSGPRS的车辆监控与指挥调度系统的三大组成部分:的车辆监控与指挥调度系统的三大组成部分:v 车载系统车载系统包括包括GPSGPS接收机,单片机系统及接收机,单片机系统及GPRSGPRS模块模块v 监控调度系统监
11、控调度系统包括包括GISGIS工作站、通信管理服务器、数据库服务器、监控终工作站、通信管理服务器、数据库服务器、监控终端等端等v GPRSGPRS通信部分通信部分包括包括GPRSGPRS基站控制器,移动交换中心,基站控制器,移动交换中心,GPRSGPRS业务支持节点以业务支持节点以及及GPRSGPRS骨干网等骨干网等 车载系统车载系统安装在车辆及其他移动设备上,它主要由GPS接收机、单片机系统、GPRS模块等组成,单片机通过串口接收GPS接收机输出的定位信息,对数据进行编码后,通过GPRS模块以IP协议发送至监控中心在单片机与GPRS模块之间是通过PPP协议(点对点协议)进行通信的。单片机程序
12、中嵌入了IP协议和PPP协议简化内核。GPSGPS接收天线及接收机接收天线及接收机接口及控制电路接口及控制电路 单次回报单次回报即点名回报,车机向中心回报一次车辆当前的位置和状态数据连续回报连续回报车机按照一定的时间间隔向中心回报车辆的位置和状态数据,分为定时回报,和定次回报停止连续回报停止连续回报停止车机的连续回报操作解除报警解除报警车机因车辆行驶状态违反允许的规则后,比如超速、越界、紧急求救等,会触发报警,当中心接警并处理完毕后,可使用此功能解除车辆的报警状态远程遥控熄火远程遥控熄火车辆遭遇紧急情况时,监控中心评估司机或车辆所处的风险,可采取远程熄火,驶车辆熄火停止行驶的操作恢复油电恢复油
13、电在对车辆执行切断油路、或切断电路的操作后,需要远程恢复时,可采取此措施 车机重启车机重启一种预防性措施,当车机长时间运行后,如果出现问题,可使用此功能使车机回到出厂时的设置发送短信发送短信监控中心对驾驶员发送短信,可单一发送,或者群发设置超速值设置超速值设置车辆允许行驶的最高速度,如果车辆行驶速度超出此值,将向监控中心发送超速报警设置行驶区域设置行驶区域设置车辆允许行驶的矩形区域范围,如果车辆行驶出该区域,将向监控中心发送越区报警紧急求救紧急求救车机有一条隐蔽的触线按钮,当遇到紧急情况,如遭劫持时,可触动此按钮,向监控中心告知所处的危险处境,中心核实情况后,将通知警方允许监听允许监听允许通过
14、车机上的麦克监听车内的情况,紧急情况下使用禁止监听禁止监听禁止对车辆内的情况进行监听 设置监听号码设置监听号码允许监听时,设置允许监听的电话号码设置拨打号码设置拨打号码设定车机上的手柄允许拨出的电话号码,最多10个号码设置接听号码设置接听号码设定车机上的手柄允许接听的电话号码,最多10个号码允许拨打任何电话允许拨打任何电话不对车机上的手柄拨出的电话号码做限制允许接听任何电话允许接听任何电话不对车机上的手柄接听的电话号码做限制自动接听电话自动接听电话设置车机上的手柄在来电时自动接听手动接听电话手动接听电话设置车机上的手柄在来电时需要手动接听 数据库服务器负责系统所有数据的建立、存储、备份、管理;
15、WEB服务器负责为用户提供网上查询;通讯管理服务器负责整个系统与GPRS网的接口、收发信息、及控制系统网上的通讯流量。GIS工作站是车辆监控调度的工作平台,负责接受车辆回报的位置信息并在电子地图上直观的显示出来,接受并处理车辆发来的紧急报警等信号;操作人员可以在该平台上对车辆发布监控指令,进行车辆的监控、调度、管理,发布信息,进行电子地图的维护管理。移动目标的位置与状态信息通过GPRS网传至GPRS网关,GPRS网关通过INTERNET以IP协议将这些信息发至监控中心的GIS网络服务器。监控中心的控制信息亦通过此通信链路下达控制移动目标。各用户终端通过互联网、专线、局域网方式登录管理服务器,对
16、受控车国内进行监视与控制。系统是基于局域网的架构设计的,可以很方便的进行扩展,并与其它系统接口、兼容。集团用户只需要添加配置较好的个人计算机和专线通路就可以作为本中心的分中心。并获取一定的管理权限即可实现车辆的基本管理。GPRSGPRS通信部分通信部分包括包括:GPRS基站控制器移动交换中心GPRS业务支持节点GPRS骨干网等 本系统中移动目标与监控中心之间定位信息与控制信息的发送与接收分成两部分,在移动目标与GPRS网关之间利用GPRS网,在GPRS网关与调度指挥中心之间采用公众互联网(INTERNET)。移动目标主要通过GPRS网来传送GPS定位信息、车辆的报警信息和调度中心的控制信息。信
17、息数据是采用IP协议通过GPRS的数据信道来传输的。本部分内容将从以下几个应用角度来阐述:本部分内容将从以下几个应用角度来阐述:基于物流配送调度系统的解决方案基于出租车调度系统的解决方案基于危险品运输车辆调度系统的解决方案 基于长途客车调度系统的解决方案 物流GPS调度系统是车辆和所属单位联系的纽带,用户能够在监控中心的电子地图上清晰的观察到所属车辆的位置、速度、行驶状态等重要信息,这些信息可以通过电话、短信或者公网予以联系或发布获取。完全适应于物流企业形成(虚拟)规模运动。车辆违规行驶或违反行业规程时,系统能够主动提示或报警,向监控管理人员提示车辆违规信息,以便及时给予处置。车辆陷入困境时,
18、能够主动向监控中心发送求助信息,司机、车辆以及车载人员、物品的安全具有了充分的保障。同时,无论车辆分布何处,都能够即时接受来自监控中心的调度命令,就近执行监控中心下达的任务。p物流GPS调度系统强大的监控调度功能和管理功能将极大的降低企业的运营成本,提高企业的效益。企业需要对客户需求快速的作出反应,才能够适应市场经济的需要,在物流行业,一旦某个地区产生货运业务,通过物流GPS调度系统能够将单据派发到该地区附近的配送中心,同时获得该地区内本公司车辆分布的情况,任务立即就可以下达到这些车辆。p物流GPS调度系统对物流公司监控调度系统的突出特点是能够随时了解车辆的区域分布,将货单信息实时下达,能够提
19、供良好的数据接口,实现与企业的其他信息系统无缝对接。同时,还要能够随时为货主提供货物信息,保证货物的安全。并且特别针对区域监控功能进行了加强,客户可以设定任意形状区域,获得该区域内的车辆分布状态,轻松实现货单的区域化派发。物流GPS调度系统能够根据货物派送单产生地点,自动查询可供调用车辆,向用户推荐与目的地较近的车辆,同时将货单派送到距离客户位置最近的物流基地。保证了客户定单快速、准确的得到处理。同时GIS地理分析功能可以快速的为用户选择合理的物流线路,从而达到合理配置运力资源的目的。利用已有的客户资源经营GPS,是物流信息网新的业务增长点,这个业务比起任何一个网站更易操作,有更多收益,最终,
20、你将承认,最值得操作。1)1)实时查询车辆的位置和行驶数据信息实时查询车辆的位置和行驶数据信息对于所查询车辆的选择可以按单辆车、部分(分组)或全部车辆进行,选中车辆的实时位置信息和行驶数据信息将向管理中心报告。位置信息包含经纬度值,行驶状态信息包括时间、速度、方向、设备故障信息等。2)2)定时方式监控车辆位置定时方式监控车辆位置管理中心可按单辆车、部分(分组)或全部车辆选择,要求车载终端按照定时方式连续上报车辆的实时位置,实现对于在途车辆的连续实时监控功能。3)3)历史轨迹上传及轨迹回放历史轨迹上传及轨迹回放车载终端上存储的历史轨迹记录可以由管理中心通过无线方式按照时间段提取后存储于管理中心,
21、轨迹点可以在管理中心电子地图上回放以重现车辆的行驶过程。p报警功能报警功能车载终端设备可配置紧急报警开关(手动或脚踏),在有紧急情况如遇劫、求助等发生时,当驾驶人员按下按钮后车载终端会马上执行向管理中心的报警动作;管理中心接收到报警信息后立即以声音提示并结合文字提示信息通知值班人员,配合电子地图上位置信息为值班人员提供及时完整的报警信息和处理流程。p语音监听语音监听在一些特殊情况比如劫警发生后,可由车载终端主动向指定号码的固定或移动电话上拨号,使得监控中心可以监听车内情况。6)6)遥控断油遥控断油/断电断电车载终端对于配备断油电装置,管理中心在确认警情发生或其他特殊情况下,可以向车载终端发送断
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