基于BD/GPS的北斗記錄儀與導航儀的一體化設計

陳石平，楊曉明，史哲英

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣州　510656）

基于BD/GPS的北斗記錄儀與導航儀的一體化設計

陳石平，楊曉明，史哲英

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣州510656）

本文介紹了北斗記錄儀與導航儀的基本組成、功能，根據車輛監控系統的需求，給出了一種基于BD/GPS的北斗記錄儀與導航儀的一體化設計方案，通過采用具有自主知識產權的國產BD/GPS雙模定位模塊與GPRS通信模塊，編寫相關軟件代碼實現車載終端的記錄與導航功能，使設計出的車載終端能夠在要求較高的場合中運行，最后得到批量應用。

BD/GPS；北斗；雙模定位；車輛監控；GPRS；RFID

1　引言

近年來，衛星導航系統發展迅速，已逐步成為全球性的高新技術產業。目前基于GPS的車載監控終端容易受制于人，在戰時、急時，美國可以對GPS系統加入偽距誤差而導致定位失準，因此不管是從國家安全戰略上考慮，還是從國家經濟利益上考慮，國家必將會全力推廣北斗二號導航系統。目前，北斗二號導航系統已經覆蓋亞太運行［1］，面對北斗二號導航系統難得的發展機遇，國內各行業的北斗二號示范工程如火如荼地展開，北斗二號導航產業必將迎來大規模發展，因此，基于BD/GPS的北斗記錄儀與導航儀一體化設計與實現是十分必要和有意義的。本文主要介紹了車輛監控系統的組成以及功能，方案采用具有自主知識產權的國產BD/GPS雙模定位模塊與GPRS通信技術相結合。

2　車輛監控管理系統架構

通過利用BD/GPS衛星定位、GPRS、數據庫、RFID、計算機控制、GIS等多項現代信息技術，建設一套車輛監控管理系統，將用車人信息、運行狀態、實時位置以及車輛速度等數據上傳到監控中心，實現對車輛狀態和位置的監控，進而完成車輛的科學調度，并對人員用車情況進行統計分析，為提高車輛監控管理績效提供有效數據，從而穩步推進車輛管理工作，實現有效遏制公車私用、降低運行成本的目標。

車輛監控管理系統由中心管理平臺［2］和北斗車載終端設備（北斗記錄儀與導航儀）兩部分組成。

（1）中心管理平臺

中心管理平臺實現的主要功能：身份識別、區域限行、實時監控、應急調度等。包括系統防火墻、UPS電源、WEB服務器、數據庫服務器、電子地圖服務器、存儲等支撐平臺、信息管理系統等。

為了保證系統的穩定性，系統在數據庫和Web服務器都實現系統集群以及負載均衡，從而保證了整個系統的穩定性。同時通信服務器每兩個之間互相備份冗余，從而保證通信安全。系統使用磁盤陣列柜定期對數據進行備份，在保證數據安全的同時也保證了系統的性能。

（2）北斗記錄儀與導航儀設備

北斗記錄儀與導航儀設備由記錄儀和導航儀兩部分組成：內置BD/GPS雙模定位模塊和GPRS傳輸模塊，實時監測車輛的位置和狀態，并向通信服務器回傳狀態信息，也可以接收上位機指令，執行相關操作。記錄儀上傳的數據通過APN專線進行信息傳輸，APN相當于內網專線，通過指定的IP和端口才能訪問，具有保密和較低成本的優勢。

導航儀作為選配，主要是配合記錄儀使用，通過獲取行駛記錄儀的衛星定位數據，以圖像的方式顯示在導航電子地圖上，并帶有語音提示。用戶設定目的地后，系統會自動計算出一條最佳路徑，同時在行進過程中會有自動語音提示，幫助用戶安全、快捷地到達目的地。

導航儀通過記錄儀的通信模塊，導航儀可以收發并顯示與后臺管理系統的實時短信通信內容，并有新建短信、短信收件箱和發件箱的信息管理菜單。實現與管理部門的實時通信功能。可以接收并顯示上級傳送的指定行駛路線，同時可以進行指定路徑規劃和導航。具有指定路徑圍欄管理，在偏離指定路徑一定范圍行駛時，進行報警；可以接收其他車輛的位置信息，并可以在同一個比例畫面內顯示當前車輛與其他車輛的實時位置信息。

圖1　北斗記錄儀與導航儀設備組成框圖

3　設計方案［3］

記錄儀由主機（含BD/GPS定位模塊、GPRS模塊、控制模塊等）和身份識別讀卡器組成。主機支持單GPS定位，單BD定位和組合定位三種定位模式，可與中心管理平臺進行通信。

記錄儀通過GPRS模塊完成與中心管理平臺通信，上報數據主要有位置、時間、速度、車輛狀態數據、里程統計數據。同時接收來自中心管理平臺的指令，包括報警解除、緊急關閉等遠程參數設置指令。

導航儀由平板計算機、存儲模塊、報警模塊、控制模塊）、WinCE操作系統、導航軟件組成。平板計算機由觸摸屏、CPU處理模塊、8G電子盤組成。

記錄儀各組成部分功能分別如下，北斗記錄儀與導航儀設備組成框圖如圖1所示。

（1）BD/GPS定位模塊：接收北斗、GPS信號，采用以北斗為主融合GPS的組合定位算法完成定位，是實現車輛行駛軌跡監管的核心模塊，指標如表1所示。

表1　BD/GPS雙模衛星定位模塊指標

（2）GPRS模塊：完成與移動網關的TCP/IP連接，與中心管理平臺通信。GPRS模塊是和中心管理平臺進行數據交互的接口，向中心管理平臺傳輸數據，同時接收中心管理平臺的指令、終端各種參數的設置。通信內容主要有：上報采集、統計得到的數據，包括定位數據、車輛狀態數據、里程統計數據；接收來自中心管理平臺的指令，包括報警解除、緊急關閉、定位模式設置等。

本系統中服務器采用APN專線接入GPRS網絡，此時GPRS客戶端與服務器同處于GPRS網內，通信最為穩定，訪問方式也最為直接，GPRS客戶端通過固定的IP地址直接訪問服務器。

（3）控制模塊：負責協議解析和轉發：接收并解析來自BD/GPS定位模塊的NMEA-0183格式數據；接收并解析車輛的狀態信息；負責GPRS模塊進行數據傳輸；其他外設控制。

（4）電源模塊：采用電源管理方式進行低功耗設計，最大限度延長車載電池的使用壽命，具體方式如下：硬件方面要求選擇效率高的DC-DC轉換芯片；選用具備待機、休眠和關斷等節能模式的處理器；選用有休眠功能的外設及元器件；各個模塊的供電設計為可控，處理器進入對應的節能待機或者睡眠模式等。

（6）讀卡器：主要是對用車人的身份識別：即用車人開車啟動前，身份識讀卡器讀取用車人信息上傳到中心管理平臺，如未插識別卡使用車輛的，將自動向中心管理平臺上傳報警信息。讀卡器安裝在便于司機操作的地方，以記錄用車人用車情況，用于后臺數據統計。

導航儀各組成部分功能分別如下：

⊙ 采用高效ARM處理器，有豐富的硬件驅動程序，能夠安裝日常應用程序。

⊙ 音頻處理模塊主要完成導航儀的音頻信息的轉換及輸出。

⊙ 顯示模塊主要完成圖像信息的適配。

⊙ 其他對外輔助接口包括：喇叭音量的調節鍵、電源的開關鍵。

⊙ 電源濾波負責隔離車載電源電路的干擾，給系統提供純凈的電源。

⊙ 電源管理模塊主要完成穩壓處理，對導航儀進行寬壓供電保護。

⊙ 終端的各個單元模塊在處理器程序統一協調下配合完成各種功能。

4　功能軟件設計

北斗記錄儀與導航儀完成的功能兩部分，記錄儀軟件設計如下：

⊙ 車輛行駛軌跡監控功能：通過定位模塊定位信息以及ACC等信號數據線，實時采集車輛的啟動/熄火、行駛/停止等狀態信息。

⊙ 里程統計功能：根據定位模塊輸出的定位信息，采用高精度算法，不依賴具體的電子地圖，計算出車輛行駛的里程值，形成車輛實時、分段、連續的運行里程，程序設計兼容性好，算法通用性強。

⊙ 區域限行功能：通過在地圖上設置電子圍欄，車輛超過限行區域，可自動后臺報警，如有跨區域等特殊需要，需經單位相應流程批準后。

⊙ 提示功能：讀卡器識別用車人信息，終端能通過GPRS傳送到中心管理平臺，平臺識別用車人的信息。如忘插卡或插入未授權卡，讀卡器通過蜂鳴器給出聲音提示，并上報中心管理平臺，同時發送短消息到指定手機號碼。

⊙ 遠程程序升級功能：終端采用IAP（In-Application Programming）技術實現遠程程序升級。在應用程序正常運行的情況下對另外一段程序Flash進行讀寫操作，不影響終端功能的正常使用。中心管理平臺下達遠程升級命令，終端上處理器的接收程序與中心管理平臺進行信息交互，同時接收升級數據包，存放到Flash中；BOOT引導區的升級程序根據升級標志讀取Flash中的升級程序包。成功寫入后，升級程序清除升級標志位，更新版本號，然后跳轉到新用戶程序運行新版本的程序。

⊙ 遠程參數設置功能：通過GPRS模塊，接收中心管理平臺的指令，參數進行設置：關閉/開啟定位功能、設置數據上傳頻度、關閉/開啟GPRS上傳功能、中心管理平臺主和備份服務地址和端口號、類型（TCP/UDP）、超速報警門限值、節能模式時間門限值、電池異常時操作模式、清除報警狀態等，參數設置成功后保存到Flash中，參數設置后立即更新，終端不需要重新上電。

⊙ 通信備份功能：終端上保存中心管理平臺的主通信服務器地址和備份通信服務器地址，當主通信服務器出現故障，終端經過若干次連接失敗后，自動連接到備份通信服務器，保持數據傳輸的暢通和完整。

⊙ 軌跡補償功能：當GPRS網絡故障，導致車載終端無法連接所有服務器時，車載終端將按照一定的策略記錄車輛信息數據到非易失性存儲器中，保存一定時間的車輛行駛軌跡數據，待GPRS網絡恢復正常通信后，將保存的軌跡補登到服務器上。

⊙ 緊急告警和異常報警功能：終端具備隱蔽緊急按鈕，具有車輛越界報警、斷電報警、電源異常報警功能，報警信息能自動發送到中心管理平臺；報警將通過聲光形式提示。

⊙ 緊急關閉：終端可根據中心管理平臺的指令，關閉GPRS數據傳輸和衛星定位模塊，達到安全保密目的。在適當的時候，中心管理平臺可以發送指令，讓終端重新開啟GPRS傳輸和定位功能。

導航儀軟件設計如下：

⊙ 獲取北斗定位數據：運行初始化程序連接獲取記錄儀的衛星定位數據。

⊙ 全國城鄉導航：提供可以進行全國范圍內城區和鄉村的行車導航，并能進行實時的圖形引導、語音提示等功能。

⊙ 地名查詢：提供根據地名查詢地理位置功能。

⊙ 實時通信：配合使用通信模塊與管理部門實時通信功能。

⊙ 接收顯示上級傳送信息：可以接收并顯示上級傳送的指定行駛路線，同時可以進行指定路徑規劃和導航。

5　結束語

本文針對目前車輛的監控管理以及北斗衛星導航系統的大力發展，給出一種基于BD/GPS雙模衛星定位模塊的北斗記錄儀與導航儀一體化設計，介紹了北斗記錄儀與導航儀的組成、功能、方案設計，在軟硬件設計上的進行了詳細介紹，最后設計得到了實現，目前已經用于某車輛監控管理項目中，北斗記錄儀與導航儀設備運行穩定可靠，國產BD/ GPS雙模定位模塊定位效果良好。

［1］北斗衛星導航系統《空間信號接口控制文件》公開服務信號B1I（1.0版）.www.beidou.gov，2012. 12

［2］李軍煥.基于GPS/GPRS車載終端的設計與實現.數字通信世界，2012. 6

［3］潘未莊，陳石平等.采用北斗模塊的車載監控終端設計與實現.電子測試， 2013. 8

Integrated Design of the Recorder and the Navigation System based on BD/GPS

Chen Shiping， Yang Xiaoming， Shi Zheying
（Guangzhou Haige Communications GroupIncorporated Company， Guangzhou， 510663）

This paper introduces the basic composition， function of the BD recorder and the navigator，according to the vehicle monitoring system， an integrated design based on BD/GPS is given， with independent intellectual property rights by using domestic BD/GPS dual-mode positioning module and GPRS communication module， write software code to achieve record and navigation of the terminal， the terminal is designed to run on the occasions with higher demand， fnally it obtains the batch application.

BD/GPS； Dipper； positioning； vehicle monitoring； GPRS； RFID

10.3969/j.issn.1672-7274.2015.02.003

TN92，TN96文獻標示碼：A

1672-7274（2015）02-0013-04

陳石平，男，1981年生，碩士研究生，工程師，主要從事北斗導航產品的研究與設計。