北斗衛星導航的物流運輸監控系統

滕志軍，郭素陽，徐艷偉，張明儒，許建軍

(東北電力大學 信息工程學院,吉林 吉林 132012)

?

北斗衛星導航的物流運輸監控系統

滕志軍，郭素陽，徐艷偉，張明儒，許建軍

(東北電力大學 信息工程學院,吉林 吉林 132012)

為了有效解決物流運輸過程中實時監控定位的問題，打破全球定位系統(GPS)壟斷市場的局面,本文以ARM9微型處理器為核心，Linux操作系統為平臺，設計了基于北斗衛星導航的物流運輸監控定位系統。可以將物流運輸車輛的位置信息嵌入到內置的電子地圖之中，實現對物流車輛的定位和路徑規劃，為物流企業提供一種低成本、高效率的監控定位模式。實際測試表明：系統定位精度高，穩定性強。

物流；定位；北斗；通用分組無線服務技術；電子地圖

0 引言

據世界銀行數據顯示：2005年中國對世界經濟增長的貢獻率達到14.3%[1]。現代物流企業需要依靠新技術提高自身競爭力[2-3]，北斗導航定位技術可以大大增加物流企業的競爭力。2000年10月12日，北斗衛星定位系統兩顆通信衛星發射成功，標志著中國擁有了自己的第一代衛星導航定位系統。北斗衛星定位系統可以在服務區內任何時間、地點為用戶提供其所在地理經緯度、海拔高度及衛星通信服務[4-5]。北斗衛星定位系統由空間部分、地面控制中心和北斗用戶終端等3部分構成。空間部分包括兩顆地球同軌道衛星(GEO)和一顆備用衛星，衛星上帶有信號發射裝置，能夠完成地面與用戶之間的雙向信號的中繼任務；地面控制中心負責整個系統的監督控制，用戶終端接受地面控制中心經衛星轉發的定位信號。中國自主研發的北斗通信衛星能夠在建筑物密集的市區及通信質量差的山區使用，獨有的短報文通信功能[6-7]，克服了全球定位系統(GPS)在復雜的地形條件下，抗干擾能力差、不能夠精確定位及由美國軍方控制，存在安全隱患等問題[8-10]。目前，智能交通和載人航天等領域的研究都是基于北斗定位系統進行融合創新的[11-12]。

針對傳統物流模式的諸多弊端，本文提出了基于北斗定位系統并結合通用分組無線服務技術(GPRS)，實時監控物流位置信息，可及時掌握物流車輛的運行狀態，對物流車輛進行道路規劃，提高車輛的行車效率和安全，通過車輛監控調度管理系統，加強對車輛的監控管理，降低物流企業的運輸成本。

1 系統整體構成

本文設計的物流運輸監控定位系統基本結構見圖1，主要包括北斗定位衛星、車載設備、北斗指揮機、通信網絡、地面監控管理中心和服務器等部分。其中，車載設備由車載攝像頭、GPRS車載通信硬盤錄像機(DVR)等部分構成。車載設備主要負責將定位信息傳輸給北斗指揮機以及接收來自監控中心的各項命令。車載攝像頭可以采集視頻或圖片，防止盜竊事件的發生，保障物流企業的財產安全。服務器主要處理來自北斗指揮機的信息，對貨運信息進行分析匯總，將分析后的信息通過各種方式向外發布，還可以通過Internet、GPRS等方式向服務器提交貨物查詢請求。

2 系統硬件設計

系統硬件部分主要由處理器、北斗定位模塊、GPRS通信模塊、存儲模塊、攝像頭接口等構成，其系統框圖如圖2所示。

北斗定位模塊負責實時定位物流車輛的位置坐標，協助處理器進行路徑規劃和導航。GPRS模塊主要負責接收物流車輛的位置信息，實現監控管理中心和移動物流車輛的信息交換。監控管理中心可以遠程控制車載攝像頭，圖像數據經壓縮處理后通過ARM處理器的Linux操作系統建立TCP/IP通信通道，然后經過GPRS通信模塊傳送至監控管理中心，防止盜搶事件的發生，存儲模塊存儲電子地圖等數據。

圖1 北斗定位系統在物流中應用的基本構圖圖2 系統總體框圖

2.1 北斗模塊

圖3 北斗模塊的實現框圖

本系統導航定位模塊采用的是上海復旦微電子公司的JMF7201芯片。該芯片采用LQFP144的封裝形式，用于接收處理經過數字化后的北斗B3_B1頻點或GPS-L1頻點的中頻導航信號。北斗模塊JMF7201芯片的實現框圖如圖3所示。實現方案：導航信號通過天線接收進來后,通過功分器分出2路信號，分別通過北斗二代B1和L1的射頻前端，兩個射頻前端輸出中頻信號供JFM7201完成導航信號的捕獲跟蹤以及電文解算；然后，由應用嵌入式處理器ARM完成PVT解算，將處理后的數據通過BD1射頻前端發送出去。

2.2 GPRS通信模塊

本系統采用的是PTM100模塊，該模塊體積小，便于集成，性價比高，能夠多頻帶通信，電壓3～5 V，外接用戶身份識別卡(SIM)。GPRS模塊提供RS-232接口，可以從ARM嵌入式處理器RS-232串行口異步數據，通過運營商的短信息服務中心，發送到用戶手機終端或地面控制中心進行處理。TIOUT、RIIN實現數據的接受與發送。GPRS PTM100通信模塊電路如圖4所示。

3 軟件設計

3.1 電子地圖的設計

Goolge Map API提供了基于JavaScript 技術的API接口，用戶可以通過API接口對Google Maps進行二次開發。允許使用者在不必建立地圖服務器的基礎上，實現嵌入Google Maps的地圖服務應用[13]。

(1)通過GMarker地標，使用命令符GMap2.addOverlay()來標記Google Maps地理位置。命令符new GMarker(point,opts)為屬性賦值，用于設計個性化圖標。

(2)通過openInfo Window Html()為圖標添加信息窗口,創建Tabs數組，在數組中使用html語言編寫標簽內容，通過GMarker.openInfo Window TabsHtml()顯示。

圖4 PTM100通信模塊電路圖

(3) 添加地圖疊加層，把地圖圖片數據嵌入Google maps之中。使用GMap2.setCenter(point,zoomlevel,opts)函數設定地圖坐標和縮放級別，使用GGroundOverlay 把對象添加到疊加層。GMap2.addOverlay命令符來實現地圖嵌入在Google Maps中。

3.2 系統軟件設計

圖5 系統的軟件流程圖

4 測試結果

4.1 北斗定位測試

該定位系統的測試結果如圖6所示，在建筑物較密集的校園進行了定位測試，北斗定位導航系統能夠準確地定位并顯示用戶端的位置信息以及行車路徑。

4.2 GPRS測試

本次測試主要是通過GPRS模塊實現SMS短信息的發送操作，服務器將接收到的北斗數據進行處理，以指令列隊的方式發送到移動通信終端，接收模塊w-receiver處理到+CMTI指令時，則向AT指令列隊尾插入AT+CMGR指令讀取短信，之后調用uf-convert()轉換短信內容。用戶可以從移動通信終端讀出經緯度信息，如圖7所示。

圖6 北斗定位測試結果圖圖7 GPRS測試結果圖

5 結論

針對物流企業運輸效率低、缺乏實時監控等問題，本文利用性價比高的GPRS數據傳輸模塊與中國自主研發的北斗定位系統相結合，實現物流車輛的全程跟蹤監控并整合車輛所經線路的物品調配，提高物流公司的效率和安全性。考慮本系統在測試過程中顯現出的延時特性(約為3～5 s)，下一階段的主要工作是降低系統定位的時延。

[1] 楊玉華.我國經濟增長方式轉型及其動力機制實證分析[J].河南科技大學學報:社會科學版,2011,29(4):78-79.

[2] 劉珊中,李玉民.現代物流業發展定量預測通用軟件系統的開發[J].河南科技大學學報：自然科學版,2005,26(5):39-41.

[3] 李玉民.河南省交通物流發展的主成分因子和聚類分析[J].河南科技大學學報：自然科學版,2011,32(6):14-18.

[4] 楊元喜.北斗衛星導航系統的進展、貢獻與挑戰[J].測繪學報,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] 程鵬飛,李琦,秘金鐘.北斗導航衛星系統測距信號的精度分析[J].測繪學報,2012,41(5):690-692.

[7] 高星偉,程鵬飛,秘金鐘.基于時空系統統一的北斗與GPS融合定位[J].測繪學報,2012,41(5):744-748.

[8] 李建才,吳彩霞,羅人述.基于GPS和GPSone的雙定位技術在物流系統中的應用[J].物流工程與管理,2014,36(1):59-61.

[9] 周兵,陳向東,趙齊樂.北斗系統與GPS應用比較分析[J].全球定位系統,2012,37(4):5-8.

[10] 汪健,鄔群勇,羅建平.基于GIS/GPS/GPRS的公共服務車輛監控系統研究[J].寧夏大學學報:自然科學版,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.

國家自然科學基金項目(51277023)

滕志軍(1973-),男,吉林吉林人,教授,博士,主要研究方向為無線通信技術.

2015-03-09

1672-6871(2015)04-0047-04

TN967.1

A