電動車自動定位追盜系統

董文宇

【摘要】 針對目前電動車盜竊案頻發且難以追盜，提出一種改進型的電動車定位追盜系統。以基于GPS+北斗雙模定位芯片的終端為主，運用衛星定位和無線傳輸技術實現電動車接入互聯網。結合成熟的定位追盜服務平臺，對裝有該系統的電動車實現可管可控。該系統是典型的物聯網應用，有助于大大降低電動車盜竊的發生率。

【關鍵詞】 多模定位 平臺管控 自動追盜

一、概述

物聯網發展如火如荼的今天，其中有相當多的技術已經相當完善。如何利用好這些技術來進一步解決民生問題一直是重中之重。電動車因其經濟、輕便，成為老百姓出行越來越多選擇的交通工具。據統計，截止13年年底，全中國電動車的保有量超過2億臺。同時每年有統計的產銷量是2000萬臺，非官方數據是3000多萬臺。隨著電動車大規模普及，電動車失竊問題成為影響社區治安的重要問題。同時電動車的防盜和追盜任務越來越重。傳統的防盜措施局限于派遣執勤人員在小區出入口或道路崗亭進行盤查，這種方式比較繁瑣，且根本無法有效地鑒別出被盜電動車，更不用說追盜了。本文提出一種改進型的電動車定位追盜系統，采用物聯網中的先進定位通信技術來取代傳統落后的方式，為電動車定位追盜提供了良好的解決方案。

二、系統架構

本系統基于物聯網的三層架構，構建了一個完整的智能電動車定位追盜系統。系統主要包括電動車定位終端、應用服務平臺及移動終端追盜軟件三大部分。實現了電動車的位置管理、狀態管理、防盜追盜等功能，是物聯網的典型應用，如圖1所示。

2.1 電動車定位終端

2.1.1 定位終端的設計組成

電動車定位終端為新型的GPS、北斗芯片終端，由如下部分組成：（1）GPS+北斗雙模射頻前端模塊；（2）GPS+北斗雙模基帶接收模塊；（3）無線數據傳輸模塊；（4）主控CPU模塊。

整個GPS+北斗芯片終端及其外圍功能框圖如圖2所示。

（1）各部件功能描述如下：

GPS+北斗雙模射頻前端模塊，用于將GPS L1頻段信號（1575.42MHz）及北斗B1頻段信號（1561.098MHz）下變頻至低中頻信號，如4.092MHz，并對其進行模數轉換（ADC），供后端基帶接收模塊進行數字信號處理，并最終輸出定位結果，即終端所在區域的經度、緯度及高度。

其內部結構框圖如圖3所示：

由圖3可知，整個下變頻模塊由全段低噪聲大器（LNA）、下變頻器、可變增益的跨阻放大器（TIA）、可調帶寬的兩級低通濾波器（LPF），一級可編程增益放大器（PGA）以及ADC組成。

（2）GPS+北斗雙模基帶接收模塊，用于處理射頻前端送來的ADC采樣信號，通過數字下變頻，捕獲可用GPS、北斗信號，并使用內部跟蹤環路跟蹤可用信號載波與測距碼，解調信號中的導航電文，隨后根據跟蹤與解調信息組合成每個可用GPS、北斗信號的偽距值，送主控CPU，并在主控CPU內完成定位解算，輸出最終定位結果。

其內部結構框圖如圖4所示：

由圖4可知，GPS+北斗雙模基帶接受模塊由數字下變頻器（DDC）、載波數控振蕩器（CARRIER NCO）、解擴單元（DESPREAD UNIT）、擴頻碼發生器（PRN GENERATOR）、捕獲模塊（ACQUISITION MODULE）、跟蹤模塊（TRACKING MODULE）和解調器（DEMODULATOR）組成。

需要特別指出的是，由于GPS+北斗接收機內部需要同時跟蹤若干路接收信號，因此，接收機內部實施了多路捕獲、跟蹤及解調模塊；GPS+北斗雙模芯片終端的另一個特點是可以用于GPS+北斗信號的聯合定位，因此其內部每個捕獲、跟蹤及解調模塊都可以由CPU配置為GPS或者北斗通道，達到靈活切換的目的。

（3）GPRS無線數據傳輸模塊，用于將CPU計算得到的當前可用地理位置通過無線信號傳送至后臺服務器，并由后臺服務器通知追盜終端當前被定位終端所在地理位置；同時，無線數據傳輸模塊用于雙向傳輸主控CPU與后臺服務器之間的測控指令，如終端工作模式、緊急狀態報警等。

（4）主控CPU模塊，用于總控終端內的GPS+北斗基帶接收模塊以及無線數據傳輸模塊的開關等狀態；同時，根據GPS+北斗基帶接收模塊送來的信號偽距信息計算得出當前被定位終端所在的可用地理位置信息，并最終啟動無線數據傳輸模塊將可用地理位置信息送遠端后臺服務器；此外，主控CPU外部連接有一個緊急按鈕，當被定位終端發現無法找到車主終端，或出現其他緊急狀況時，可通過該按鈕通知主控CPU發送緊急信息至后臺服務器，則服務器可立即通知車主終端當前緊急狀態。

2.1.2 定位終端特色：周期性傳送定位的位置信息

為了達到即降低芯片功耗，延長系統開機時間，又可有效保障緊急狀態下車主終端能夠快速準確查找到被定位終端所在位置，設置了如下三種芯片終端工作模式：

（1）芯片終端共有如下三種工作模式：睡眠模式：當車主終端認為當前不需要對被定位終端實施追蹤時，后臺服務器可通知主控CPU將終端當前工作狀態設置為待機模式。此時，GPS+北斗射頻前端模塊與基帶接收模塊處于完全斷電狀態，數據傳輸模塊及主控CPU自身則處于低功耗待機狀態，等待后臺服務器隨時喚醒，從而達到節電、延長系統待機時間的目的。

（2）間歇模式：當車主終端認為當前需要對被定位終端實施一般監控，例如：判斷被定位終端是否遠離車主終端等情況時，車主終端可通過后臺服務器通知被定位終端內的主控CPU將系統置為間歇工作模式，同時車主終端可通過按鈕設定自身的終端為間歇工作模式。

此時，雙方終端內的模塊，包括GPS+北斗射頻前端模塊、基帶接收模塊、無線數據傳輸模塊以及CPU自身都處于低功耗工作狀態，并間隔10～30秒發送一次車主終端及被定位終端地理位置信息至后臺服務器。

（3）正常模式：當車主終端認為當前需要對被定位終端實施緊密監控時，車主終端可通過后臺服務器通知被定位終端所攜帶的終端將所有功能全部置為正常工作模式，同時車主終端可通過按鈕將自身終端置為正常工作模式。

此時，車主終端與被定位終端將各自每隔0.5～1秒上報一次地理位置信息至后臺服務器，后臺服務器將根據兩者地理位置信息計算出兩者間的最短路徑，并將兩者目標位置及路徑顯示于車主終端的顯示屏上。

2.2 應用服務平臺

電動車定位終端采集完車輛的位置及狀態信息后，通過其無線模塊把數據傳輸到應用服務平臺。只要是安裝了定位終端的電動車，其實時或歷史的位置、狀態信息都將被記錄在應用服務平臺。車主只要通過移動終端或PC登錄平臺，就可以實現對電動車GPS定位、實時報警、定位追蹤、研判取證、信息查詢及遠程控制等功能。電動車如被盜（如發生車輛異常震動、位移告警），服務平臺會第一時間將位置和信息發送到車主手機上，實現對車輛隨時隨地的監控。

2.3 移動終端追盜軟件

手機版平臺界面如圖5所示。

移動終端追盜軟件是車主或管理員用來查看電動車位置及狀態的工具，一般安裝在手機上。主要功能如圖5所示，其實現自動追盜的工作原理如下：（1）啟動移動終端追盜軟件，選擇自動追蹤菜單后，進入自動追蹤導航狀態；（2）移動終端從定位后臺獲取當前被定位終端位置（被盜車輛位置）；（3）移動終端獲取自身當前位置（追盜人位置）；（4）移動終端軟件根據被盜車輛位置和追盜人位置，計算出兩者之間的最佳路徑，同時將路徑顯示在移動終端電子地圖上，移動終端開始從追盜人位置進行導航；（5）導航過程中，應用服務平臺定時下發被盜車輛實時位置到移動終端；移動終端計算最新收到的被盜車輛位置與上一次位置之間的位移，若位移大于預設置距離，則依據最新接收到的被盜車輛位置和移動終端之間的位置信息，重新計算被盜車輛和移動終端之間的最優導航路徑并顯示；若位移小于預設置距離則維持上一次計算所得的路徑導航。

三、總結

從社會的發展趨勢來看，電動車防盜在我國未來10年內還會是一項需要重點關注的問題。本系統的提出和開發旨在解決這一問題，將物聯網中主導的定位 技術與移動通信有效結合，通過平臺支撐的方式，不但可以加強電動車主對車輛的管控，更能為公安部門提供有效數據和追盜手段。從而對這類違法犯罪行為起到很好的威懾作用，將電動車輛犯罪率有效降低。目前，該系統已在成都、重慶、上海、無錫等地進行試驗應用，并逐步推廣。相信隨著硬件成本的不斷降低，基于該技術的系統必將得到大規模的應用。