基于北斗/ GPS的远程监控方法研究

孙家宪

摘 要：该文以北斗/GPS在远程监控中的应用为研究对象，设计实现了一套远程监控系统，实现北斗导航的功能以及车辆的锁定与解锁功能，提高了车辆的安全性。具有显著的社会效益和推广应用价值。

关键词：北斗 GPS 导航 远程监控 定位

中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0050-02

远程监控系统可用于对汽车行驶过程中的实时数据采集和存储、防盗、监视，并实现与监控中心间通过无线方式进行数据传输和数据交换。现在市场上大部分车载终端主要是基于GPS的导航系统。而随着中国自主研发的北斗卫星定位系统日趋完善，已经可以使用北斗进行导航，特别是在车辆上使用北斗卫星定位系统进行定位具有重大的社会意义。该文研究的基于北斗的车辆远程监控管理方法，不仅实现对车辆进行北斗和GPS双重精准定位，远程实时监控和故障诊断，而且具有车辆的锁定和解锁功能，为车辆的安全提供了保障，具有显著的社会效益和推广应用价值。

1 系统结构及功能

1.1 总体结构及工作原理

该系统主要包括车载信息终端控制单元、北斗/GPS定位模块、GPRS无线模块和远程控制中心。控制单元通过CAN和K-Line总线采集车辆的数据或者发送命令对车辆进行控制，定位模块采集车辆的地理位置信息，监控中心通过GPRS无线网络获取车载信息终端模块的实时数据，并向车载信息终端发送指令。系统结构图如图1所示；模块功能框图如图2所示。

工作原理：车载信息终端中的北斗/GPS模块用于采集卫星定位信息，还可以获得卫星的时间信息以校准系统时间，CAN总线处理器用于采集车辆信息，K-Line可实现车辆的锁定与解锁，GPRS无线模块用于与远程监控中心通信，向监控中心传输具有时间戳的车辆定位和状态信息，同时可接收来自监控中心的指令对车辆进行控制。车载信息终端可以通过USB进行参数设置；还可接人U盘，在断电后一段时间内或者无法连接到监控中心时用来存储车辆的数据，待重新连接后将数据传送至监控中心。

1.2 主要功能

（1）定位功能。终端通过北斗和GPS双系统进行定位，保证能够提供实时的时间、经度、纬度、高程和方向等定位状态信息，可存储到终端内部，同时通过无线通信方式上传至监控中心，差分定位功能为可选。

（2）通信性能。能支持基于通用GSM ，GPRS等多种无线通信网络以及北斗卫星导航系统传输机制下的通信模式之一。

（3）信息采集功能。终端可采集驾驶员身份、电子运单、车辆CAN总线数据、车辆载货状态、车辆运营数据、收费结算数据、图像信息、音频信息和视频信息等。

（4）导航功能。可根据定位数据实现导航功能。

（5）警示功能。具有终端自动警示功能，可以根据监控中心设定的条件触发，包括超速提醒、疲劳驾驶提醒、蓄电池欠压提醒、断电提醒、超时停车提醒、终端故障提醒等功能。

（6）数据存储功能。系统可接人U盘，在无法与监控中心连接的情况下存储车辆的数据，待重新连接后发送到监控中心。

（7）锁车功能。监控中心可以向车载终端发送锁车指令，车载信息终端在接收到监控中心的锁车指令后，通过K-Line对车辆进行限速操作，从而保障车辆的安全性。

2 系统的主要特点及应用

2.1 系统的主要特点

（1）实时性。该系统采用GPRS网络进行通讯，能实时地、全天候地进行监控，对车辆运行状态实时监控，及时准确地分析车辆的运行状态，及时处理报警车辆及突发事件等，有助于车辆在使用过程中将车辆数据实时地传输到监控中心。

（2）无线通信。车载信息终端与监控中心的数据交换是通过网络来实现的，实际应用中的通信方式可以归纳为以下几种：集群通信、蜂窝通信、无线数据广播（电台）、专用数据通信和卫星通信等。该系统采用GPRS通信网络，具有接通时间短、永久在网在线和收费低廉等特点，比以往的GSM通信方式更具有优势。车载信息终端支持至少两个远程连接，即主监控中心和备份监控中心的连接，能在与主监控中心通信中断时自动切换至备份监控中心；如果车载信息终端无法注册到所在地的无线网络时，可将数据以先进先出方式保存，直至注册到无线网络时一并传送。如果保存数据超过最大容量时，按时间顺序将先保存的数据丢弃；车载信息终端支持数据批量接收与发送功能。

（3）采用CAN总线技术。CAN总线是德国BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它有多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维；通信速率可达1MB/S。CAN为多主方式工作，网络上任一点均可在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。车载信息终端通过CAN总线实现与发动机ECLI等进行数据通讯，读取车辆的基本状态信息。

（4）采用北斗/G PS双重定位系统，定位更精确。车载信息终端可以在北斗和GPS两种定位系统中进行切换，也可以选择同时使用两个定位系统进行定位，能够提供实时的时间、经度、纬度、高程和方向等定位状态信息，可存储到车载信息终端内部，同时通过无线通信方式上传至监控中心。车载信息终端可以接收监控中心的定位请求进行定位信息上传，并能按监控中心要求终止对应中心的实时上报；车载信息终端可以在通信中断时（盲区）以先进先出方式存储定位信息，在恢复通信后将存储的定位信息补报上传，可根据需要采用压缩方式上传；车载信息终端支持时间间隔上传定位信息。当终端处于休眠状态时，也可以一定时间间隔上传定位信息，且时间的间隔可由监控中心设定；车载信息终端可自动对报警车辆或重点车辆按监控中心设定的定位方式及间隔上传定位数据。

（5）实现了锁车与解锁的功能。监控中心可以向车辆发送锁车和解锁的指令，车载信息终端根据指令，通过K-Line总线进行车辆的绑定/解绑、锁车/解锁处理，刷写发动机ECU的转速，以控制车辆的运行状态。这一功能可以帮助车辆在丢失的情况下防止被其他人使用，提高了车辆的安全性，有助于快速找回车辆。

2.2 应用介绍

远程监控管理系统主要应用于货运车辆、危险品运输车辆、客运车辆和出租汽车等，采集车辆发动机状态信息、电池组状态信息及整车运行状态信息，通过GPRS传输到后台监控中心。监控中心管理人员通过服务器就可以方便地掌握车辆的实时状态，做到提前预判车辆故障，并及时维护。系统采用北斗/GPS双系统，为车辆用户提供了多种选择，用户可以选择双系统同时定位，也可以单独选用北斗或GPS进行定位。不久前，国家提出了新政策，要求车辆使用北斗定位，该系统的这一功能也满足了该项政策要求。

该系统已经成功地应用于北汽福田纯电动环卫车、青年商用车及北京电科院纯电动车上。在北汽福田纯电动环卫车及北京电科院纯电动车上，该系统通过CAN总线、数字量及模拟量采集整车运行状态信息和电池组状态信息，再由GPRS传输到后台监控中心。车辆管理者，通过个人电脑或手机等终端登陆后台监控中心，查看车辆的运行状态及电池组状态信息，让用户可以随时掌握车辆状态并及时发现车辆及电池组的故障，方便用户维护运营车辆。在青年商用车上，该系统除了采集车辆运行状态信息，方便客户运营维护车辆以外，还可通过该系统实现远程锁车功能。如果客户的车辆不慎丢失，只需要通过后台服务器发送锁车指令就可以使运行车辆进行锁车，进而保护用户财产。

3 结语

该文研究了远程监控管理系统的相关问题，实现了北斗导航的功能以及车辆的锁定与解锁功能，提高了车辆的安全性。随着汽车电子技术和大规模集成电路的迅速发展，对信息集成化的要求越来越高，而车辆上采用的电子设备也越来越多，对于车辆监控所采集的信息也越来越多，这将对无线数据传输的速率产生更高的需求。由于移动通信技术的快速发展，4G或者5G技术的使用将是未来发展方向。

参考文献

[1] 中国卫星导航系统管理办公室.北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件（测试版）[R].中国卫星导航系统管理办公室.2011.

[2] 刘会杰，张乃通.全球导航卫星系统的星座可见性研究[J].系统工程与电子技术，2000，22（5）：23-25.

[3] 周建华，陈刘成，胡小工，等.GEO导航卫星多种观测资料联合精密定轨[J].中国科学：物理学力学天文学，2010，40（5）：520-527.

[4]魏子卿.2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J].大地测量与地球动力学，2008，28（5）：1-5.