北斗卫星导航的物流运输监控系统

滕志军，郭素阳，徐艳伟，张明儒，许建军

(东北电力大学 信息工程学院,吉林 吉林 132012)



北斗卫星导航的物流运输监控系统

滕志军，郭素阳，徐艳伟，张明儒，许建军

(东北电力大学 信息工程学院,吉林 吉林 132012)

为了有效解决物流运输过程中实时监控定位的问题，打破全球定位系统(GPS)垄断市场的局面,本文以ARM9微型处理器为核心，Linux操作系统为平台，设计了基于北斗卫星导航的物流运输监控定位系统。可以将物流运输车辆的位置信息嵌入到内置的电子地图之中，实现对物流车辆的定位和路径规划，为物流企业提供一种低成本、高效率的监控定位模式。实际测试表明：系统定位精度高，稳定性强。

物流；定位；北斗；通用分组无线服务技术；电子地图

0 引言

据世界银行数据显示：2005年中国对世界经济增长的贡献率达到14.3%[1]。现代物流企业需要依靠新技术提高自身竞争力[2-3]，北斗导航定位技术可以大大增加物流企业的竞争力。2000年10月12日，北斗卫星定位系统两颗通信卫星发射成功，标志着中国拥有了自己的第一代卫星导航定位系统。北斗卫星定位系统可以在服务区内任何时间、地点为用户提供其所在地理经纬度、海拔高度及卫星通信服务[4-5]。北斗卫星定位系统由空间部分、地面控制中心和北斗用户终端等3部分构成。空间部分包括两颗地球同轨道卫星(GEO)和一颗备用卫星，卫星上带有信号发射装置，能够完成地面与用户之间的双向信号的中继任务；地面控制中心负责整个系统的监督控制，用户终端接受地面控制中心经卫星转发的定位信号。中国自主研发的北斗通信卫星能够在建筑物密集的市区及通信质量差的山区使用，独有的短报文通信功能[6-7]，克服了全球定位系统(GPS)在复杂的地形条件下，抗干扰能力差、不能够精确定位及由美国军方控制，存在安全隐患等问题[8-10]。目前，智能交通和载人航天等领域的研究都是基于北斗定位系统进行融合创新的[11-12]。

针对传统物流模式的诸多弊端，本文提出了基于北斗定位系统并结合通用分组无线服务技术(GPRS)，实时监控物流位置信息，可及时掌握物流车辆的运行状态，对物流车辆进行道路规划，提高车辆的行车效率和安全，通过车辆监控调度管理系统，加强对车辆的监控管理，降低物流企业的运输成本。

1 系统整体构成

本文设计的物流运输监控定位系统基本结构见图1，主要包括北斗定位卫星、车载设备、北斗指挥机、通信网络、地面监控管理中心和服务器等部分。其中，车载设备由车载摄像头、GPRS车载通信硬盘录像机(DVR)等部分构成。车载设备主要负责将定位信息传输给北斗指挥机以及接收来自监控中心的各项命令。车载摄像头可以采集视频或图片，防止盗窃事件的发生，保障物流企业的财产安全。服务器主要处理来自北斗指挥机的信息，对货运信息进行分析汇总，将分析后的信息通过各种方式向外发布，还可以通过Internet、GPRS等方式向服务器提交货物查询请求。

2 系统硬件设计

系统硬件部分主要由处理器、北斗定位模块、GPRS通信模块、存储模块、摄像头接口等构成，其系统框图如图2所示。

北斗定位模块负责实时定位物流车辆的位置坐标，协助处理器进行路径规划和导航。GPRS模块主要负责接收物流车辆的位置信息，实现监控管理中心和移动物流车辆的信息交换。监控管理中心可以远程控制车载摄像头，图像数据经压缩处理后通过ARM处理器的Linux操作系统建立TCP/IP通信通道，然后经过GPRS通信模块传送至监控管理中心，防止盗抢事件的发生，存储模块存储电子地图等数据。

图1 北斗定位系统在物流中应用的基本构图图2 系统总体框图

2.1 北斗模块

图3 北斗模块的实现框图

本系统导航定位模块采用的是上海复旦微电子公司的JMF7201芯片。该芯片采用LQFP144的封装形式，用于接收处理经过数字化后的北斗B3_B1频点或GPS-L1频点的中频导航信号。北斗模块JMF7201芯片的实现框图如图3所示。实现方案：导航信号通过天线接收进来后,通过功分器分出2路信号，分别通过北斗二代B1和L1的射频前端，两个射频前端输出中频信号供JFM7201完成导航信号的捕获跟踪以及电文解算；然后，由应用嵌入式处理器ARM完成PVT解算，将处理后的数据通过BD1射频前端发送出去。

2.2 GPRS通信模块

本系统采用的是PTM100模块，该模块体积小，便于集成，性价比高，能够多频带通信，电压3～5 V，外接用户身份识别卡(SIM)。GPRS模块提供RS-232接口，可以从ARM嵌入式处理器RS-232串行口异步数据，通过运营商的短信息服务中心，发送到用户手机终端或地面控制中心进行处理。TIOUT、RIIN实现数据的接受与发送。GPRS PTM100通信模块电路如图4所示。

3 软件设计

3.1 电子地图的设计

Goolge Map API提供了基于JavaScript 技术的API接口，用户可以通过API接口对Google Maps进行二次开发。允许使用者在不必建立地图服务器的基础上，实现嵌入Google Maps的地图服务应用[13]。

(1)通过GMarker地标，使用命令符GMap2.addOverlay()来标记Google Maps地理位置。命令符new GMarker(point,opts)为属性赋值，用于设计个性化图标。

(2)通过openInfo Window Html()为图标添加信息窗口,创建Tabs数组，在数组中使用html语言编写标签内容，通过GMarker.openInfo Window TabsHtml()显示。

图4 PTM100通信模块电路图

(3) 添加地图叠加层，把地图图片数据嵌入Google maps之中。使用GMap2.setCenter(point,zoomlevel,opts)函数设定地图坐标和缩放级别，使用GGroundOverlay 把对象添加到叠加层。GMap2.addOverlay命令符来实现地图嵌入在Google Maps中。

3.2 系统软件设计

图5 系统的软件流程图

4 测试结果

4.1 北斗定位测试

该定位系统的测试结果如图6所示，在建筑物较密集的校园进行了定位测试，北斗定位导航系统能够准确地定位并显示用户端的位置信息以及行车路径。

4.2 GPRS测试

本次测试主要是通过GPRS模块实现SMS短信息的发送操作，服务器将接收到的北斗数据进行处理，以指令列队的方式发送到移动通信终端，接收模块w-receiver处理到+CMTI指令时，则向AT指令列队尾插入AT+CMGR指令读取短信，之后调用uf-convert()转换短信内容。用户可以从移动通信终端读出经纬度信息，如图7所示。

图6 北斗定位测试结果图图7 GPRS测试结果图

5 结论

针对物流企业运输效率低、缺乏实时监控等问题，本文利用性价比高的GPRS数据传输模块与中国自主研发的北斗定位系统相结合，实现物流车辆的全程跟踪监控并整合车辆所经线路的物品调配，提高物流公司的效率和安全性。考虑本系统在测试过程中显现出的延时特性(约为3～5 s)，下一阶段的主要工作是降低系统定位的时延。

[1] 杨玉华.我国经济增长方式转型及其动力机制实证分析[J].河南科技大学学报:社会科学版,2011,29(4):78-79.

[2] 刘珊中,李玉民.现代物流业发展定量预测通用软件系统的开发[J].河南科技大学学报：自然科学版,2005,26(5):39-41.

[3] 李玉民.河南省交通物流发展的主成分因子和聚类分析[J].河南科技大学学报：自然科学版,2011,32(6):14-18.

[4] 杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报,2010,39(1):1-6.

[5] Li C Z.The Chinese GNSS-System Development and Policy Analysis[J].Space Policy,2013,29(1):9-19.

[6] 程鹏飞,李琦,秘金钟.北斗导航卫星系统测距信号的精度分析[J].测绘学报,2012,41(5):690-692.

[7] 高星伟,程鹏飞,秘金钟.基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位[J].测绘学报,2012,41(5):744-748.

[8] 李建才,吴彩霞,罗人述.基于GPS和GPSone的双定位技术在物流系统中的应用[J].物流工程与管理,2014,36(1):59-61.

[9] 周兵,陈向东,赵齐乐.北斗系统与GPS应用比较分析[J].全球定位系统,2012,37(4):5-8.

[10] 汪健,邬群勇,罗建平.基于GIS/GPS/GPRS的公共服务车辆监控系统研究[J].宁夏大学学报:自然科学版,2013,34(1):9-53.

[11] Wangn H H.The Intelligent Traffic Monitoring System Based on Beidou Research and Design[J].Applied Mechanics and Materials,2014,19(6):710-713.

[12] Zhao S H,Yao Z.Analysis on Coverage Ability of Beidou Navigation Satellite System for Manned Spacecraft[J].Acta Astronautica,2014,105(2):487-494.

[13] András K.Redesign of the Supply of Mobile Mechanics Based on a Novel Genetic Optimization Algorithm Using Google Maps API[J].Engineering Applications of Artificial Intelligence,2015,38:122-124.

国家自然科学基金项目(51277023)

滕志军(1973-),男,吉林吉林人,教授,博士,主要研究方向为无线通信技术.

2015-03-09

1672-6871(2015)04-0047-04

TN967.1

A