基于GPS/GSM汽车跟踪定位系统的设计与实现

张秋霞，王凌云（黄河科技学院 现代教育技术中心，河南 郑州450063）

基于GPS/GSM汽车跟踪定位系统的设计与实现

张秋霞，王凌云
（黄河科技学院 现代教育技术中心，河南 郑州450063）

针对当前车载跟踪定位的迫切需求，设计了移动汽车跟踪定位智能系统，开发了移动汽车硬件监控平台，采用VC++与GIS结合技术作为开发工具，使用硬件支撑的方法实施GPS模块定位和校对，借助于滤波GPS数据提高汽车定位精准度。经过测试和应用，该系统能够对GPS/GSM监控终端移动的所有车辆实施在线监控，减小GPS定位产生的误差，实时监控车辆行驶安全情况。

汽车；跟踪；定位；设计

根据国家交通部门的统计，每年全国共发生交通事故十万多起，死亡数万人；交通事故已成为危及生命安全的“第一杀手”。提高车辆行驶安全、降低交通事故发生率已成为亟待解决的问题，车辆定位终端已成为世界上发展最快的信息产业之一。智能交通在我国已有十多年的发展历史，从"十五"期间科技部智能交通科技攻关计划的实施和示范城市的建设，到"十一五"期间科技部863计划、科技支撑计划的一系列项目部署，我国智能交通领域的科技发展取得了长足的进步，科技为智能交通系统发展起到了良好的引领和支撑作用[1]。智能交通在欧美日等发达国家已得到广泛应用。其在美国的应用率达到80%以上；日本1998年到2015年的市场规模累计将达5 250亿美元，其中基础设施投资为750亿美元、车载设备为3 500亿美元；欧洲智能交通在2010年产生1 000亿欧元的经济效益。国内同样十分重视ITS（Intelligent Transport System）的研究，开展了一系列智能交通系统的国际交流与合作。随着全球定位系统GPS（Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System）中SA（Social Accountability）政策的取消，车载定位系统已发展到4G时代和地理信息系统GIS（Geographic Information System），ITS对运动汽车的无线通信定位提出了更高的要求。

1 车载系统总体构架

1.1 GPS定位系统

GPS全球定位系统包括信号接收、用户设备、卫星空间和监控设备等；卫星空间能够使GPS定位数据实时的传输到用户手中[2]。通信信号通过大气层被卫星传回并被地面监控所接收，监控显示设备接收到的大部分数据都是由卫星星历解算出来；地面上GPS的接收器和周边模块统称为用户设备，当前用户设备的软硬件资源越来越完善，GPS模块以及接收机能准确对基带信号接收并分析距离变化情况，通过GPS模块对数据解析时间缩短，准确度有较大提高[3]，GPS用户设备基本布局如图1所示。

图1 GPS用户设备的简化

1.2 GPS定位原理

GPS有很多方法进行定位，就途径而言，用户可以根据它的不同定位标准选择合适的方法。GPS定位的方法以不同的标准分类划分如下：

1）依据观测值定位：载波相位定位、伪距定位。

2）依据模式定位：相对定位、绝对定位。

3）依据接收机状态定位：静态定位、动态定位。

GPS能够在同一时刻同时接收至少4颗GPS卫星的信号，并同一时刻分析出相应的卫星具体位置和距离。公式（1）的求解方程列出了地面设备与卫星坐标距离运算方法：

其中，（Xjs，Yjs，Zjs）是卫星位置的坐标，（X，Y，Z）表示用户测试站的坐标，δtk表示接收机钟差，δρ1表示电离层误差，δρ2表示对流层误差，cδtj表示卫星钟差，cδtk显示端的钟差。判断δρ1、δρ2时，可以利用与大学物理有关的参数和一些数学模型，cδtj在卫星星历中可以找到，cδtk是求解的未知数。

1.3 GPS定位产生的误差

电离层误差、对流层误差、显示端都会对GPS的定位产生影响，从空间卫星角度分析，卫星星历、设备的延迟误差和钟差都会对GPS的定位产生较大影响；从GPS接收机角度分析，测量、计算、设备延迟产生也会产生GPS的定位误差；在通信信号传播时，信号在卫星空间的传输也会造成一定的误差[4]。

尽管GPS定位算法已经很完善，但是GPS定位需要从卫星空间到地面无线通信，当卫星信号传输时，GPS的数据会因收到的各种误差影响因素从而产生数据精度偏离，最终影响到用户定位的精准度[5]。因此GPS数据采用滤波算法，促使定位的跟踪精确度提高。

2 移动汽车监控中心的软件设计

2.1 监控中心的系统设计

本设计中的软件部分借助于VC++系列平台、MapInfo，卡尔曼滤波算法来实现。首先，借助监控中心的GSM模块来获取监控终端车辆GSM模块传出的GPS数据，然后利用串口对获得的数据进行分析，并存储到Access数据库里。监控中心的结构图如图2所示。系统功能划分为：卡尔曼滤波、电子地图以及Access数据库、串口通信、人机界面显示5个模块。

图2 GPS/GSM车辆定位跟踪监控的中心结构分析图

2.2 坐标转化的实现方法

监控中心的GSM模块获取的GPS信息是WGS.84坐标系，卡尔曼滤波中的状态变量参数属于空间直角坐标系，利用VC++环境重建一个全新的坐标转换，在 MFC工程的 View菜单中点击 Class Wizard，各个标签页里都会有Add Class选项，在Add Class的隐藏选项中点中New Class，在弹出的对话框中输入新的坐标转换类的相关信息，同时选出该类的基类。在坐标转换类重新建好之后，在类目选项中添加函数和消息响应，以此来完成大地坐标系与直角坐标系二者之间的转换，详细流程如图3所示。

图3 坐标转换流程

2.3 数据库模块

对GSM模块所获取的相关GPS信息数据进行保存，是监控系统进行下一步工作必备的准备工作。基于该系统信息储存量不大以及兼容性方面的考虑，文中将选择Microsoft office Access完成GPS数据的储存[6]。Access和VC++之间有ODBC等多种连接方式，针对连接方式做了实际测验的比对，比较结果如表1所示。

表1 数据库连接方式比较

ADO（ActiveDataObject）Active数据对象与OLE DB技术类似，均是面向对象的技术，并延续了后者的优点，相对数据库而言其是较高层的接口。基于其较高的要求一般选用ODBC和ADO完成其与数据库的连接，本设计因VC++的应用环境将选用ADO连接Microsoft Access数据库[5]。

首先引入的库与定义文件并对库进行初始化。然后用对象进行连接。最后一步不仅可以利用、对象完成的指示。还可以通过获取结果信息对之进行处理，并在连接完成后关闭相关程序。

3 硬件设备安装与调试

3G无线车载硬盘录像机，是集3G无线视频传输、双向语音对讲、车载硬盘录像、GPS定位、车载媒体播放于一体的全方位、多功能的车载监控设备。3G无线传输，视频画面更清晰、流畅犹如置身现场；双向语音对讲，保证调度中心与前端车辆实时调度安排、突发事件现场指挥；短信、报警多种方式触发设备上下线，降低使用成本；内置大容量硬盘并且采用专利减震技术，保证全方位实时记录每一个瞬间，以备事后查证，真正成为车载黑匣子。

CR6004M系列3G无线车载硬盘录像机设备必须配合“移动视频网关”服务器程序，才能完成视频传输。首先设备拨号上网，再通过3G无线网络，把视频传送到移动视频网关，网关再把视频信号、控制信号传送给用户。设备的设置需要在PC上运行客户端软件来实现。运行环境如下：

1）操作系统：windows 2000 sp4/XP sp2等操作平台；

2）网络：支持TCP/IP、HTTP通讯协议的局域网、互联网等；

3）监控PC配置：P4 1.6G/256M/64M独立显卡以上性能配置的计算机；

把设备接入局域网，最好是通过交换机而不是路由器连接到PC，或者用直连线把设备和PC相连接，通过客户端组件中的工具软件 “无线设备搜索器”，搜索局域网内的无线设备，搜索到之后对设备进行设置。搜索到的界面如图4所示。双击搜索到的信息栏，进入配置界面。偶尔会提示连接超时之类的超时提示，估计是局域网内不许可传输广播包导致，或者是PC上有防火墙之类的软件限制了软件正常使用，可暂时屏蔽。或是PC的IP网段和设备的IP网段不同，可重新关闭无线设备搜索器再打开。

图4 无线设备搜索器搜索局域网内的无线设备

4 结 论

文中通过对移动车载监控终端系统的设计与开发，实现了集3G无线视频传输、GPS定位的全方位移动车辆监控设备。在调节各个环节进程、减少差错率、提高服务质量、降低成本方面有重要的作用。虽然目前对智能车载终端应用不是很广泛，但是随着物流产业的发展和交通管理的进一步规范，社会的需求将不断加大，车载终端的发展前景和应用市场也在不断扩大。

[1]于海侠.基于ARM的摄像头GPS车载终端的原理设计与分析[J].天津科技，2009（2）:21-25.

[2]盖素丽，孙晓晔.基于暂态行波法的配电网故障定位装置研究[J].电子产品世界，2010（12）:70-72.

[3]田佳燊，张昌华.一种电动汽车用GPS导航系统的设计[J].电子测试，2011（1）：103-105.

[4]Souza Goncalves，Kaplan D.GSP principles and applications second edition[M].Electronic Industry Press，2012.

[5]Nabil Abu-Khader，Pepe Siy，Nesreen AL-Nashashibi.Square root generator for galois field in multiplevalued logic[J].Recent Patents on Elec-trical Engineering，2011（4）:22-24.

[6]Ramakrisnan P，Jaafar A，Razak F H A，et al. Evaluation of user interface design for Leaning Management System（LMS）[J].Procedia-Social and Behavioral Sciences，2012（11）:527-537.

Based on GPS/GSM vehicle tracking system design and implementation

ZHANG Qiu-xia，WANG Ling-yun
（Modern Education Technology Center，Huanghe Science and Technology College，Zhengzhou 450063，China）

Aiming at the urgent needs of the current vehicle tracking and positioning，the design of mobile car tracking intelligence system developed mobile car hardware monitoring platform，using VC++ and GIS combination of technology as a development tool，using hardware supported method of GPS module positioning and proofreading，with to filter GPS vehicle location data to improve accuracy.After testing and application，the system can all vehicle GPS/GSM mobile terminal monitor implementation of on-line monitoring，reduce errors generated by GPS positioning real-time monitoring of traffic safety situation.

cars；tracking；positioning；design

TN<915.5 文献标识码：A class="emphasis_bold">915.5 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2017）07-0027-04915.5 文献标识码：A

1674－6236（2017）07-0027-04

A 文章编号：1674－6236（2017）07-0027-04

2015-08-18稿件编号：201508098

2015年度河南省高等学校重点科研项目（15A520085）；2014年度郑州市科技局科技攻关重点项目（20140662）

张秋霞（1980—），女，河南偃师人，硕士，讲师。研究方向：计算机应用。