谈车载GPS导航系统与“智能交通”

罗礼培　王晓慧　杨文波　张悦

（东风汽车有限公司　十堰　442000）1（东风汽车公司　武汉　430056）2（中联认证中心　北京　100010）3

谈车载GPS导航系统与“智能交通”

罗礼培1王晓慧1杨文波2张悦3

（东风汽车有限公司十堰442000）1（东风汽车公司武汉430056）2（中联认证中心北京100010）3

随着我国经济改革的不断深入和市场经济体制的逐步建立，公路建设、道路运输等各项交通事业正在跨越式地向前发展，为了实现进一步管理好运输市场，保证运输安全等一系列目标，各级交通部门正在积极推行“智能交通”。根据车载GPS智能终端应具有的作用及现有GPS短信方案技术特点，对GPRS发展现状及技术分析、性能特点及产品功能进行介绍，研究了汽车导航仪按键识别，研究了SB-810VE2S在GPS车载终端中的应用，同时指出了车载GPS移动监控推动着智能交通的发展。

车载GPS导航系统智能交通

随着我国经济改革的不断深入和市场经济体制的逐步建立，公路建设、道路运输等各项交通事业正在跨越式地向前发展，为了实现进一步管理好运输市场，保证运输安全等一系列目标，各级交通部门正在积极推行“智能交通”：即通过运用先进的信息、通信、控制等高新技术对传统运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通运输。车辆一切状况都在车载GPS的掌控之中见图1。

一、概述

在长途班车、旅游客车、危险品运输车辆上安装车载GPS卫星定位系统后，通过中心监控系统可以对车辆进行实时监控，对管理部门监督驾驶员超速行车、疲劳驾驶、提高运输生产组织水平等具有积极的辅助管理作用；同时监控中心可对与正处于超速、抛锚等情况的长途营运车实施报警功能，从而降低交通事故的发生率，提高运输安全生产具有积极的意义。

目前车载GPS系统已被相关管理部门和企业所认识并正在积极推广应用中。中联是一家专业从事宽带及无线数据通信的高科技公司，公司已经向市场推出一系列GPRS无线通信产品，结合最新的车载GPS技术，推出了新一代全IP网络车载GPS监控传输系统，创新地使用GPRS的TCP/IP数据通信加短信备份取代了过去完全靠短信来传送数据的通信方式，具有较高的综合性能价格比。

“智能交通”系统（即ITS），是利用尖端的电子信息技术，形成人员（包括驾驶员和管理者）、公路和车辆三位一体的新公路交通系统的总称。就是将先进的信息技术、通讯技术、传感技术、控制技术以及计算机技术等有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合的运输和管理系统。采用信息技术、计算机技术、控制技术等于手段对传统交通运行系统进行改造，以达到增强系统运行效率、提高系统可靠性和安全性、减少能源消耗和对自然界的污染等目的。

ITS总体来说包括四部分：交通信息采集部分、车辆调度控制部分、电子收费系统和交通信息服务。其中的每个部分都需要车载终端的参和：在交通信息采集部分，需要车载终端提供车辆的准确定位信息和车辆运行情况信息；在车辆调度控制部分，车载终端作为控制的接收端，负责接收 ITS中心的调度指挥信息；电子收费系统需要车载终端和收费站自动完成付费交易；车载终端还是交通信息服务的接收平台，把服务显示给车辆驾驶员和乘客。

ITS能够利用现有的道路交通设备，减少交通拥挤，加强对车辆的集中管理和调度，为驾驶员提供足够的交通、公安和娱乐等信息，实现人、车、路的密切结合与和谐统一。极大提高交通运输效率，保障交通安全、增强行车的舒适性，改善环保质量，提高能源的利用率。智能交通系统的构建，需要智能车载终端、数据传输网络和数据处理平台。作为移动通信3G的主要产品，GPRS网络可以对车辆运输数据的传输做很好的承载和传送。

二、车载GPS智能终端应具有的作用及现有GPS短信方案技术特点

根据ITS系统的要求，车载GPS智能终端应具有如下作用：车辆定位；终端和ITS控制中心通讯；报警，包括主动报警和自动报警；在必要时进行车内监听；在必要时控制汽车熄火；显示调度信息；另外，车载GPS智能终端还根据用户需要实现了其它作用：可拨打车载电话；限制车辆行驶范围和行驶时间，监控车辆的行驶轨迹等。车载GPS智能终端的这些作用使其特点适用于汽车保险、运输车队或出租车队的管理、调度等领域。

现有车载GPS短信系统通信主要采用GSM短信方式来实现，车载GPS信息机对GPS设备实时采集的汽车的位置信息进行收集和运算处理。 车载GPS信息机对处理后的信息定时以短信发送给运管监控中心相应的SP或者指定手机号码。 运管监控中心通过SP或指定手机号码接收相应的车载GPS信息。特殊情况下，运管监控中心通过SP或指定手机号码直接发送短信控制车载GPS系统，如告警或强制熄火等。

现有GPS短信方案缺点。传送时间不确定：因为短信采用信道命令时隙来传送，没有专门的数据通道，所以在命令时隙出现繁忙时候就容易出现数据传送延迟或丢失的情况。

信道容量有限：一条短信最多能传送140个有效字节，不能全面及时地反映车辆的实时信息。

通信费用昂贵：基本按照收发的总条数来计算。

可扩展性差：以SMS为主要通信链路，受链路带宽的影响，无法进一步扩展将来的其它数据传输业务。如车辆运行中的图像监控等。尽管车载GPS监控系统有利于交通部门实现交通管理智能化，但目前短信方式的综合性能较差从而阻碍了该系统的全面推广。

目前全球卫星定位系统（GPS）的技术已经比较成熟，使用也非常方便，通过专用的GPS模块即可方便地获得车载GPS智能终端所在的全球定位坐标。其定位精度比较高，一般误小于15m。如何把定位信息发送给ITS中心一直是比较难解决的问题之一。

以往的ITS系统多采用集群通信系统实现车载终端和ITS中心的通讯。但是这种系统具有覆盖区域小、安装维护费用高、技术复杂等缺点。近两年随着GSM/GPRS网在中国的普及，车载终端通过GSM/GPRS网和ITS中心通讯的方式已经成为最受欢迎的方式。这主要由于以下原因：GSM/GPRS网覆盖面广，目前已经遍及我国大部分地区，包括乡村和边远地区；无需建网、维护；GSM/GPRS网可靠性高、误码率低；使用短消息作用或GPRS进行数据传输，费用比较低；由于GSM/GPRS技术使用广泛，提供相应通讯模块的厂商较多，价格也比较合理。这里设计的ITS系统就是基于GPS卫星系统和GSM/GPRS这两大系统的。首先车载GPS智能终端通过GPS卫星定位自己的全球坐标；然后以消息或GPRS数据通讯方式把定位信息发送到 ITS中心，ITS中心的控制调度命令也是通过 GSM/GPRS网络发送到车载GPS智能终端中，终端和ITS中心的通讯符合专用的命令协议；最后，互联网的用户还可以通过VPN专用网技术或其它安全联网技术连接到ITS中心，以控制、查看车载终端的状态。

三、GPRS发展现状及技术分析、性能特点及产品功能

GPRS（General Packet Radio Service通用分组无线业务）是在现有GSM网络上发展出来的一种新的分组交换数据应用业务。GPRS是全球移动通信网络技术向第三代移动通信（3G）演进的主流技术和重要里程碑，被称为2.5代移动通信。与传统的GSM电路拨号交换相比，GPRS在资源利用效率、交换容量和性能上都有一个质的飞跃。

GPRS抛弃了传统的独占电路交换模式，采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，有效地利用了信道资源，带宽最高可达171.2Kb/s。目前中国移动的GPRS覆盖范围在中心城市几乎达到了100%，在边远地区也达到了80%以上，实际应用带宽大约在20～40Kb/s，特别适合像金融交易、远程监测等行业各种中、低速率的突发通信需求，完全取代过去传统的有线MODEM、X.25、数传电台、短信等通信方式。GPRS采用TCP/IP协议，非常容易和现有INTERNET技术及应用平台整合，将使各种IP技术与服务同移动通信技术相结合，为客户提供各种高速高质的移车载动数据通信业务。

1、GPRS数据传输的优点

（1）移动通信

GPRS无线通信打破了过去有线通信的固定位置限制，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。

（2）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1/5～1/8，具有较强的成本竞争能力和市场推广性。目前中国移动还推出了包年900.00元不计流量的优惠政策。

（3）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。

（4）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。

（5）高速传输

由于GPRS网络采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20～40kb/s。

（6）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。

（7）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。

（8）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。

GPRSIPMODEM是一款集数据采集、分析与处理功能，GPRSMODEM传输功能和TCP/IP网络功能于一体的新型无线移动通信网络设备。实现了完整的PPP协议及上层TCP/IP协议，使非IP系统可以通过简单的串口通信实现Internet和Intranet接入。

2、GPRS无线数据通信产品的主要功能

（1）数据的分析与处理

可按业务数据采集设备要求进行计算与处理，如GPS定位信息的加权平均计算等。

（2）无线IP传输功能

GPRSIPModem内嵌完整TCP/IP协议栈，可以将数据封装成IP帧，然后通过无线模块传送到GPRS网络上。而大多数传统数据终端设备（如GPS设备）一般不具有IP功能，通过GPRSIPModem，能轻松联网。

（3）短信备份功能

利用GSM网络短信通道作为GPRS网络链路的备份链路。可以在GPRS网络链路出现故障时，自动切换到短消息备份链路，有效保证了关键信息的可靠传输。

（4）管理界面友好

通过内嵌的WebServer进行配置管理，非常直观，操作简单、方便，支持远程维护，根据管理权限可实现远程配置、远程升级和重启动。

四、汽车导航仪按键识别

目前，大多数汽车原厂配置的导航仪（见图2）都是国外品牌，例如广州丰田凯美瑞的导航系统由电装公司提供，上海通用别克君越的导航系统由德尔福公司提供。这些导航仪控制面板上的按键均是英文标识，维修人员必须清楚这些标识的含义。附表所示是汽车导航仪上常见的英文标识的含义。

汽车导航仪上常见的英文标识的含义如下：

英文标识含义按键功能：

SET设置按下此按键，进入总设置界面；

Eject弹出按下此按键并保持住约10s，可退出地图光盘；

NAV导航按下此按键，进入导航界面；

DEST目的地按下此按键，进入目的地设置界面；

GUIDE导航重复按下此按键，可以重复一次最近的语音提示；

Tilt翻转按此按键的上部或下部可相应调节显示屏的倾斜角度；

MENU菜单按下此按键，返回初始菜单；

MAP地图按下此按键，可以进入地图输入菜单。

五、SB-810VE2S在GPS车载终端中的应用

GPS卫星定位系统从美国军用直到现在大量的民用化已有多年的历史，随着GPS系统技术不断成熟和经济的发展，人们对它的要求不仅只是定位、调度、报警功能，还需要导航、娱乐、多媒体等功能，而且对其外观要求小巧美观等。GPS车载终端又称GPS车辆管理系统或GPS车载监控系统，它是依托卫星定位、地理信息及无线通信等技术手段，实时掌握车辆位置和状态，提供调度管理信息的软硬件综合系统。系统主要由三大部分组成：车载GPS监控终端、通信网络及调度监控中心，其中车载 GPS监控终端又称车机、GPS终端、GPS监控终端，它负责接收、发送GPS定位信息、状态信息及控制信息，通信网络则是实现车辆与调度监控中心信息交换的载体，一般指GSM/GPRS/CDMA基站及Internet，调度监控中心是整个信息系统的通讯核心，负责与车载GPS监控终端的信息交换、各种内容和控制信息的分类、记录和转发。

GPS终端设备作为一个成熟产品，本身有以下几个要求：

1、稳定性高

终端设备在夏天高温和冬天低温下能长时间的稳定工作。

2、抗磁抗震性强

终端设备在车上的抗震性和抗磁性要求比较高，不会因此产生死机现象。

3、体积小

车内本身空间小，终端设备应该放在车内比较隐蔽不易发现的地方，所占的空间应以小为宜。

4、操作方便

在显示屏上提供按键方式或触摸屏方式。

5、运作速度快

数据在上传及下传的过程中，要求数据处理速度快，并不会丢失数据。

6、扩展性大

随着技术的成熟，终端设备在不需要完全重新更换的情况下功能可扩展。

车载设备接收GPS卫星发送的信息，经过数据处理以后，再通过无线通信将数据传送到调度中心，显示在电子地图的相应位置上。这样调度中心可随时跟踪车辆当前所处位置、速度、方向等情况，实时完成车辆信息的收集和对车辆的调度指挥。

例如思泰基电脑在深入了解GPS系统的各种应用和大致的发展情况下，为GPS系统的车载终端设备量身定做了一款产品SB-810VE2S作为硬件开发平台。

SB-810VE2S技术特征见图3。

板上集成增强型低功耗NS GX1系列CPU 233MHz～300MHz，无需风扇可正常工作。板载64M 128M内存；支持CRT和18bit TFT LCD显示；支持AC97环绕音频接口；5四个串口（能够在TTL/485/422选择）、一个PS/2键盘/鼠标接口；标准IDE接口；能够在板32M DOC，支持M-system DiskOnChip电子盘。SB-810VE2S充分满足了车载终端的要求，有以下特点：体积小；集成度高；功耗低；数据处理速度快。

六、车载GPS移动监控推动着智能交通的发展

一个完整的车载移动监控系统，由前端数据采集设备、数据传输网络和数据监控应用平台三个部分组成。目前，国内的车载移动监控系统还处于基础设施建设阶段，很多车载监控系统只是搭建一个局域的车载前端，主要功能是视音频数据的录像和提取。目前一些有政策规划的省市或较大规模的运输公司搭建了后端监控平台，将车载前端采集的音视频信息、GPS信息、报警信息等，通过无线网络传输到后端平台进行远程监控和管理。

车载监控系统一般由模拟半球，加上车载DVR组成，还可以整合GPS信息、行车信息、报警信息。后端的平台则由接入服务器、媒体流转发服务器、报警服务器、GPS服务器、GIS服务器、电视墙服务器等服务器群组成，并具有可扩展性，易于系统升级和扩容。在国外发达国家或地区，已有大规模高清网络视频监控方案应用到公共交通车载系统，例如：斯德哥尔摩2007年就已安装网络高清公交监控系统。车载移动监控作为安防监控行业的一个特殊应用，即具有传统监控行业的通用特征，又因其特殊的应用环境和用途，而具有独特的技术和行业特征。

车载监控因其应用环境的复杂性，决定了前端设备的技术实现难度更高。车载监控环境是一个动态变化的环境，变化的因素有车辆行进过程中的震动、电磁环境的干扰、光线变化的瞬时性以及移动网络传输的信号不稳定等。因此厂商在设计车载监控设备时，需要考虑到硬盘的防震设计、数据的存储和保护机制，需要考虑到电源系统的环境适应性、视频采集设备的光线灵敏度以及数据网传时的续传、重传机制等。

车辆的移动特征限定了数据传输必须依赖于无线通信技术，广域的无线移动通信技从90年代末期到现在已经逐步从2G走向了3G时代，这一跨越使得移动无线传输的带宽可达到2Mbps。中短距离的无线通信技术，近年来发展的翘楚非 Wi-Fi莫属，Wi-Fi的传输带宽更可达 2Mbps-108Mbps。为车载监控数据的实时传输提供了技术可行性，车载监控系统从一个封闭的车上系统延展出来，拓展到后端监控平台，同时，也为前端系统的规格升级奠定了技术基础。

智能交通产业在国内真正进入应用领域时间并不长，但是发展势头迅猛，公路、水运、航运、轨交等网络的高效运行都离不开与智能交通系统的集成和整合。国内一线城市在这方面已经有了很多的应用实践。在无线物联网时代，市场对远程、即时、高效、安全等关键词的关注度日益显现，对产品设备的性能、可接入性、可拓展性等方面也提出了越来越高的要求。

物联网应用推动智能交通的发展。我国智能交通发展15年来，基本上是处于第一、第二阶段，北京、上海、广州、深圳等大城市，借助奥运会、世博会、亚运会、大运会的背景，开始步入第三阶段。但当前智能交通系统对车辆的感知还是属于被动的，存在信息部完整和不共享的特点；网络功能和监控功能不强大；缺乏网络化动态数据的支持，不能提供精细化的导航策略；在交通量趋于饱和的情况下既不能缓解交通拥堵，更无法控制车辆的有序驾驶。现阶段，物联网的应用十分广泛，智能交通潜力巨大。物联网三个技术层面与智能交通系统完全相同，即：感知层（信息采集、识别）、网络层（信息传输、挖掘、处理）、应用层（信息应用、服务，交通的管控等），不管是“智能电网”，还是“智能家居”，让人们确切能够身临其境地感知到“物联网”概念的，应该是“智能交通”。在“物联网”技术发展推动下，智能交通系统将会进入全新、快速的发展时期。同时，“车联网”将会在“物联网”时代下，使交通系统更加“智能、安全、和谐、节能”。

近些年来，全国各地交通运输部门就大力推进以智能化交通为先导的交通信息化建设，并在基础设施建设上取得了一定成效。政府对智能交通的发展提出了新的展望，在原有的智能交通管理基础上，拓展交通信息服务。在新政策的推动下，新一代的智能交通系统赋予了车载监控系统新的使命，车载监控系统需要将前端数据采集内容多样化，并注重后端数据的融合和处理、信息发布平台的规划和建设以及智能交通信息服务的开展。

智能交通的未来发展将向以热点区域为主、以车为对象的管理模式转变。“车联网”不仅感知和互联，更重要是实现对车辆的智能控制，解决车辆的安全和道路的畅通。

车联网未来将以智能技术和“云计算”技术智能智能交通监控中心的数据管理、服务平台；以智能车路协同技术和区域交通协同联动控制技术实现智能控制；以车载移动计算平台和全路网动态信息服务为双向通讯的移动传感车载终端，加上强大的数据存储、数据处理、决策支持的软件和数据库支持以及传感网、互联网、泛在网的网络环境下，对路况环境和车辆的实时智能监控和智能管理。新一代的智能交通将实现“更透彻的感知，更全面的互联，更深入的智能”，将有可能解决交通拥堵和事故发生等难题。“车联网”产业链上的相关产业都将受益，传感设备、网络通信、汽车电子、车载终端、动态信息服务、移动计算等家技术应用领域将获得飞跃式发展。

另外，新一代智能交通系统的发展具有重要的战略意义：一是破解交通拥堵难题，提高社会管理科学化水平；二是促进物联网技术应用，树立物联网发展旗帜；三是培育战略性新兴支柱产业，促进经济发展方式根本转变；四是打破中国汽车工业发展瓶颈，保持经济持续较快发展；五是实现道路交通重大减排，紧跟国家可持续发展。

随着现代汽车工业和电子技术的发展，车辆导航、通信、移动办公、多媒体娱乐、安防辅助驾驶和远程故障诊断等功能电子系统可以通过网络技术联网形成车载信息网络系统。未来的汽车仪表系统向着集成化、智能化、全图形化车载信息系统平台的方向发展。

七、结语

总之，车载GPS移动监控和无线通信技术将在智能交通系统中扮演重要的角色。智能交通系统（ITS）是建立在网络化的信息通信技术的基础之上，以实现交通管理的最佳化和道路的有效利用为手段，提高行车的安全性、舒适性以及道路的运输效率。导航、定位、监控、报警等是交通领域GPS的主要功能，他们的有机结合，不仅能够提高车辆的行车安全，提高企业对车辆营运的有效管理，同时还能直接提高企业的经济效益，树立企业良好的形象。

［1］张九朋.车载GPS导航产品概述及市场分析［J］.数码世界.2015年第0卷第12期 25-25页.

［2］王 锴.浅析安防技术在智能交通中的集成应用［J］.中国安防.2015年第0卷第20期 56-61页.

［3］吴腾奇.智能交通系统构成及发展研究［J］.汽车工业研究.2015年第0卷第12期 52-56页.

罗礼培，男，东风汽车有限公司企划科科长，高级工程师，研究方向：长期从事公司汽车产品研发、规划等业务。

王晓慧，女，东风汽车有限公司环境管理科副科长，高级工程师，研究方向：长期从事公司汽车环境、规划等业务。

杨文波，男，东风汽车公司技术中心技术员，助理工程师，研究方向：从事公司汽车制造数据优化、效能提升等业务。

张悦，男，中联认证中心认证员，助理工程工程师，研究方向：从事全国汽车产品3C认证、管理体系认证等业务。

Talk on the Car GPS Navigation System and"Intelligent Transportation"

Luo Lipei1Wang Xiaohui1Yang Wenbo2Zhang Yue3
（Dongfeng Motor Co.，Ltd.Shiyan442000）1（Dongfeng Automobile CompanyWuhan430056）2（China United Certification CenterBeijing100010）3

With the continuous deepening of the reform of China's economic and market economic system gradually established，road construction，road transport traffic undertaking is leap forward development，in order to achieve the further management of good transportation market，ensure transportation safety and a series of goals，transportation departments at all levels are actively carrying out the"intelligent transportation".According to the GPS intelligent terminal should have the function and characteristics of the existing GPS SMS technology，current situation and development of GPRS technology analysis，introduces the performance characteristic and product function，studies the navigation buttons to identify and study the SB-810 VE2S in the application of GPS car terminal，at the same time points out the GPS mobile monitoring driving the development of intelligent transportation.

Car GPSNavigation systemIntelligent transportation

U463.67+5；P228.49

A

160601-7300