基于BD/GPS的北斗记录仪与导航仪的一体化设计

陈石平，杨晓明，史哲英

（广州海格通信集团股份有限公司，广州　510656）

基于BD/GPS的北斗记录仪与导航仪的一体化设计

陈石平，杨晓明，史哲英

（广州海格通信集团股份有限公司，广州510656）

本文介绍了北斗记录仪与导航仪的基本组成、功能，根据车辆监控系统的需求，给出了一种基于BD/GPS的北斗记录仪与导航仪的一体化设计方案，通过采用具有自主知识产权的国产BD/GPS双模定位模块与GPRS通信模块，编写相关软件代码实现车载终端的记录与导航功能，使设计出的车载终端能够在要求较高的场合中运行，最后得到批量应用。

BD/GPS；北斗；双模定位；车辆监控；GPRS；RFID

1　引言

近年来，卫星导航系统发展迅速，已逐步成为全球性的高新技术产业。目前基于GPS的车载监控终端容易受制于人，在战时、急时，美国可以对GPS系统加入伪距误差而导致定位失准，因此不管是从国家安全战略上考虑，还是从国家经济利益上考虑，国家必将会全力推广北斗二号导航系统。目前，北斗二号导航系统已经覆盖亚太运行［1］，面对北斗二号导航系统难得的发展机遇，国内各行业的北斗二号示范工程如火如荼地展开，北斗二号导航产业必将迎来大规模发展，因此，基于BD/GPS的北斗记录仪与导航仪一体化设计与实现是十分必要和有意义的。本文主要介绍了车辆监控系统的组成以及功能，方案采用具有自主知识产权的国产BD/GPS双模定位模块与GPRS通信技术相结合。

2　车辆监控管理系统架构

通过利用BD/GPS卫星定位、GPRS、数据库、RFID、计算机控制、GIS等多项现代信息技术，建设一套车辆监控管理系统，将用车人信息、运行状态、实时位置以及车辆速度等数据上传到监控中心，实现对车辆状态和位置的监控，进而完成车辆的科学调度，并对人员用车情况进行统计分析，为提高车辆监控管理绩效提供有效数据，从而稳步推进车辆管理工作，实现有效遏制公车私用、降低运行成本的目标。

车辆监控管理系统由中心管理平台［2］和北斗车载终端设备（北斗记录仪与导航仪）两部分组成。

（1）中心管理平台

中心管理平台实现的主要功能：身份识别、区域限行、实时监控、应急调度等。包括系统防火墙、UPS电源、WEB服务器、数据库服务器、电子地图服务器、存储等支撑平台、信息管理系统等。

为了保证系统的稳定性，系统在数据库和Web服务器都实现系统集群以及负载均衡，从而保证了整个系统的稳定性。同时通信服务器每两个之间互相备份冗余，从而保证通信安全。系统使用磁盘阵列柜定期对数据进行备份，在保证数据安全的同时也保证了系统的性能。

（2）北斗记录仪与导航仪设备

北斗记录仪与导航仪设备由记录仪和导航仪两部分组成：内置BD/GPS双模定位模块和GPRS传输模块，实时监测车辆的位置和状态，并向通信服务器回传状态信息，也可以接收上位机指令，执行相关操作。记录仪上传的数据通过APN专线进行信息传输，APN相当于内网专线，通过指定的IP和端口才能访问，具有保密和较低成本的优势。

导航仪作为选配，主要是配合记录仪使用，通过获取行驶记录仪的卫星定位数据，以图像的方式显示在导航电子地图上，并带有语音提示。用户设定目的地后，系统会自动计算出一条最佳路径，同时在行进过程中会有自动语音提示，帮助用户安全、快捷地到达目的地。

导航仪通过记录仪的通信模块，导航仪可以收发并显示与后台管理系统的实时短信通信内容，并有新建短信、短信收件箱和发件箱的信息管理菜单。实现与管理部门的实时通信功能。可以接收并显示上级传送的指定行驶路线，同时可以进行指定路径规划和导航。具有指定路径围栏管理，在偏离指定路径一定范围行驶时，进行报警；可以接收其他车辆的位置信息，并可以在同一个比例画面内显示当前车辆与其他车辆的实时位置信息。

图1　北斗记录仪与导航仪设备组成框图

3　设计方案［3］

记录仪由主机（含BD/GPS定位模块、GPRS模块、控制模块等）和身份识别读卡器组成。主机支持单GPS定位，单BD定位和组合定位三种定位模式，可与中心管理平台进行通信。

记录仪通过GPRS模块完成与中心管理平台通信，上报数据主要有位置、时间、速度、车辆状态数据、里程统计数据。同时接收来自中心管理平台的指令，包括报警解除、紧急关闭等远程参数设置指令。

导航仪由平板计算机、存储模块、报警模块、控制模块）、WinCE操作系统、导航软件组成。平板计算机由触摸屏、CPU处理模块、8G电子盘组成。

记录仪各组成部分功能分别如下，北斗记录仪与导航仪设备组成框图如图1所示。

（1）BD/GPS定位模块：接收北斗、GPS信号，采用以北斗为主融合GPS的组合定位算法完成定位，是实现车辆行驶轨迹监管的核心模块，指标如表1所示。

表1　BD/GPS双模卫星定位模块指标

（2）GPRS模块：完成与移动网关的TCP/IP连接，与中心管理平台通信。GPRS模块是和中心管理平台进行数据交互的接口，向中心管理平台传输数据，同时接收中心管理平台的指令、终端各种参数的设置。通信内容主要有：上报采集、统计得到的数据，包括定位数据、车辆状态数据、里程统计数据；接收来自中心管理平台的指令，包括报警解除、紧急关闭、定位模式设置等。

本系统中服务器采用APN专线接入GPRS网络，此时GPRS客户端与服务器同处于GPRS网内，通信最为稳定，访问方式也最为直接，GPRS客户端通过固定的IP地址直接访问服务器。

（3）控制模块：负责协议解析和转发：接收并解析来自BD/GPS定位模块的NMEA-0183格式数据；接收并解析车辆的状态信息；负责GPRS模块进行数据传输；其他外设控制。

（4）电源模块：采用电源管理方式进行低功耗设计，最大限度延长车载电池的使用寿命，具体方式如下：硬件方面要求选择效率高的DC-DC转换芯片；选用具备待机、休眠和关断等节能模式的处理器；选用有休眠功能的外设及元器件；各个模块的供电设计为可控，处理器进入对应的节能待机或者睡眠模式等。

（6）读卡器：主要是对用车人的身份识别：即用车人开车启动前，身份识读卡器读取用车人信息上传到中心管理平台，如未插识别卡使用车辆的，将自动向中心管理平台上传报警信息。读卡器安装在便于司机操作的地方，以记录用车人用车情况，用于后台数据统计。

导航仪各组成部分功能分别如下：

⊙ 采用高效ARM处理器，有丰富的硬件驱动程序，能够安装日常应用程序。

⊙ 音频处理模块主要完成导航仪的音频信息的转换及输出。

⊙ 显示模块主要完成图像信息的适配。

⊙ 其他对外辅助接口包括：喇叭音量的调节键、电源的开关键。

⊙ 电源滤波负责隔离车载电源电路的干扰，给系统提供纯净的电源。

⊙ 电源管理模块主要完成稳压处理，对导航仪进行宽压供电保护。

⊙ 终端的各个单元模块在处理器程序统一协调下配合完成各种功能。

4　功能软件设计

北斗记录仪与导航仪完成的功能两部分，记录仪软件设计如下：

⊙ 车辆行驶轨迹监控功能：通过定位模块定位信息以及ACC等信号数据线，实时采集车辆的启动/熄火、行驶/停止等状态信息。

⊙ 里程统计功能：根据定位模块输出的定位信息，采用高精度算法，不依赖具体的电子地图，计算出车辆行驶的里程值，形成车辆实时、分段、连续的运行里程，程序设计兼容性好，算法通用性强。

⊙ 区域限行功能：通过在地图上设置电子围栏，车辆超过限行区域，可自动后台报警，如有跨区域等特殊需要，需经单位相应流程批准后。

⊙ 提示功能：读卡器识别用车人信息，终端能通过GPRS传送到中心管理平台，平台识别用车人的信息。如忘插卡或插入未授权卡，读卡器通过蜂鸣器给出声音提示，并上报中心管理平台，同时发送短消息到指定手机号码。

⊙ 远程程序升级功能：终端采用IAP（In-Application Programming）技术实现远程程序升级。在应用程序正常运行的情况下对另外一段程序Flash进行读写操作，不影响终端功能的正常使用。中心管理平台下达远程升级命令，终端上处理器的接收程序与中心管理平台进行信息交互，同时接收升级数据包，存放到Flash中；BOOT引导区的升级程序根据升级标志读取Flash中的升级程序包。成功写入后，升级程序清除升级标志位，更新版本号，然后跳转到新用户程序运行新版本的程序。

⊙ 远程参数设置功能：通过GPRS模块，接收中心管理平台的指令，参数进行设置：关闭/开启定位功能、设置数据上传频度、关闭/开启GPRS上传功能、中心管理平台主和备份服务地址和端口号、类型（TCP/UDP）、超速报警门限值、节能模式时间门限值、电池异常时操作模式、清除报警状态等，参数设置成功后保存到Flash中，参数设置后立即更新，终端不需要重新上电。

⊙ 通信备份功能：终端上保存中心管理平台的主通信服务器地址和备份通信服务器地址，当主通信服务器出现故障，终端经过若干次连接失败后，自动连接到备份通信服务器，保持数据传输的畅通和完整。

⊙ 轨迹补偿功能：当GPRS网络故障，导致车载终端无法连接所有服务器时，车载终端将按照一定的策略记录车辆信息数据到非易失性存储器中，保存一定时间的车辆行驶轨迹数据，待GPRS网络恢复正常通信后，将保存的轨迹补登到服务器上。

⊙ 紧急告警和异常报警功能：终端具备隐蔽紧急按钮，具有车辆越界报警、断电报警、电源异常报警功能，报警信息能自动发送到中心管理平台；报警将通过声光形式提示。

⊙ 紧急关闭：终端可根据中心管理平台的指令，关闭GPRS数据传输和卫星定位模块，达到安全保密目的。在适当的时候，中心管理平台可以发送指令，让终端重新开启GPRS传输和定位功能。

导航仪软件设计如下：

⊙ 获取北斗定位数据：运行初始化程序连接获取记录仪的卫星定位数据。

⊙ 全国城乡导航：提供可以进行全国范围内城区和乡村的行车导航，并能进行实时的图形引导、语音提示等功能。

⊙ 地名查询：提供根据地名查询地理位置功能。

⊙ 实时通信：配合使用通信模块与管理部门实时通信功能。

⊙ 接收显示上级传送信息：可以接收并显示上级传送的指定行驶路线，同时可以进行指定路径规划和导航。

5　结束语

本文针对目前车辆的监控管理以及北斗卫星导航系统的大力发展，给出一种基于BD/GPS双模卫星定位模块的北斗记录仪与导航仪一体化设计，介绍了北斗记录仪与导航仪的组成、功能、方案设计，在软硬件设计上的进行了详细介绍，最后设计得到了实现，目前已经用于某车辆监控管理项目中，北斗记录仪与导航仪设备运行稳定可靠，国产BD/ GPS双模定位模块定位效果良好。

［1］北斗卫星导航系统《空间信号接口控制文件》公开服务信号B1I（1.0版）.www.beidou.gov，2012. 12

［2］李军焕.基于GPS/GPRS车载终端的设计与实现.数字通信世界，2012. 6

［3］潘未庄，陈石平等.采用北斗模块的车载监控终端设计与实现.电子测试， 2013. 8

Integrated Design of the Recorder and the Navigation System based on BD/GPS

Chen Shiping， Yang Xiaoming， Shi Zheying
（Guangzhou Haige Communications GroupIncorporated Company， Guangzhou， 510663）

This paper introduces the basic composition， function of the BD recorder and the navigator，according to the vehicle monitoring system， an integrated design based on BD/GPS is given， with independent intellectual property rights by using domestic BD/GPS dual-mode positioning module and GPRS communication module， write software code to achieve record and navigation of the terminal， the terminal is designed to run on the occasions with higher demand， fnally it obtains the batch application.

BD/GPS； Dipper； positioning； vehicle monitoring； GPRS； RFID

10.3969/j.issn.1672-7274.2015.02.003

TN92，TN96文献标示码：A

1672-7274（2015）02-0013-04

陈石平，男，1981年生，硕士研究生，工程师，主要从事北斗导航产品的研究与设计。