水务企业维抢修车辆全球卫星定位调度系统的建设

　　摘要：本文系统介绍了加强水务企业维抢修车辆管理的必要性，GPS在车辆管理的应用可行性，运用GPS、GPRS技术，建设水务企业维抢修车辆GPS调度。本文以厦门水务集团维抢修车辆全球卫星定位调度系统的建设为例。
　　关键词：水务企业；维抢修车辆管理；GPS、GPRS技术；
　　1加强水务企业维抢修车辆管理的必要性
　　随着厦门市城市的发展，厦门水务承担的市区和农村的供水管网的管理和维护的范围越来越广、任务越来越重，如何加强对巡视和维抢修车辆进行实时监控和管理，全面掌握全市的抢修维修信息，合理运用抢修力量，提高抢修的反应速度，从而减少水资源损失，提高服务质量，是厦门水务面临的一个难题。
　　2GPS在车辆管理的应用可行性
　　全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，如果我们能把全球定位系统GPS应用在维抢修车辆管理方面，应该能加强水务企业这方面的管理，下面介绍一下全球定位系统GPS及其应用情况。
　　2.1全球定位系统GPS简介
　　全球卫星定位系统GPS是美军70年代初在“子午仪卫星导航定位”技术上发展而起的具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。GPS由三大子系统构成：空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统。
　　2.2空间卫星系统
　　空间卫星系统由均匀分布在6个轨道平面上的24颗高轨道工作卫星构成，每颗卫星每12小时（恒星时）沿近圆形轨道绕地球一周，由星载高精度原子钟（基频F=10.23MHZ）控制无线电发射机在“低噪音窗口”（无线电窗口中，2至8区间的频区天线噪声最低的一段是空间遥测及射电干涉测量优先选用频段）附近发射L1、L2两种载波，向全球的用户接收系统连续地播发GPS导航信号。GPS工作卫星组网保障全球任一时刻、任一地点都可对4颗以上的卫星进行观测（最多可达11颗），实现连续、实时地导航和定位。目前，全世界的民用客户均可不受限制地免费使用。
　　2.3地面监控系统
　　地面监控系统由均匀分布在美国本土和三大洋的美军基地上的5个监测站、一个主控站和三个注入站构成。该系统的功能是：对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。
　　2.4用户接收系统
　　用户接收系统主要由以无线电传感和计算机技术支撑的GPS卫星接收机和GPS数据处理软件构成。
　　2.5GPS接收机
　　GPS卫星接收机的基本结构是天线单元和接收单元两部分。天线单元的主要作用是：当GPS卫星从地平线上升起时，能捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号。接收单元的主要作用是：记录GPS信号并对信号进行解调和滤波处理，还原出GPS卫星发送的导航电文，解求信号在站星间的传播时间和载波相位差，实时地获得导航定位数据或采用测后处理的方式，获得定位、测速、定时等数据。
　　微处理器是GPS接收机的核心，承担整个系统的管理、控制和实时数据处理。视屏监控器是接收机与操作者进行人机交流的部件。
　　目前，国际上已推出几十种测量用GPS接收机，各厂商的产品朝着实用、轻便、易于操作、美观价廉的方向发展。
　　2.6GPS数据处理软件
　　GPS数据处理软件是GPS用户系统的重要部分，其主要功能是对GPS接收机获取的卫星测量记录数据进行“粗加工”、“预处理”，并对处理结果进行平差计算、坐标转换及分析综合处理。解得测站的三维坐标，测体的坐标、运动速度、方向及精确时刻。
　　2.7GPS定位的基本方法
　　GPS定位采用空间被动式测量原理，即在测站上安置GPS用户接收系统，以各种可能的方式接收GPS卫星系统发送的各类信号，由计算机求解站星关系和测站的三维坐标。
　　由对GPS信号观测量的不同，GPS定位的基本方法有以下几种形式：
　　•伪距测量
　　•载波相位测量
　　•多普勒测量
　　•卫星射电干涉测量
　　为了精密定位，一台GPS接收机往往不是单纯采用一种测量方式，而是以某种方式为主，并辅以其他方法。
　　目前，全球定位系统已广泛应用于军事和民用等众多领域中。GPS技术按待定点的状态分为静态定位和动态定位两大类。静态定位是指待定点的位置在观测过程中固定不变的，如GPS在大地测量中的应用。动态定位是指待定点在运动载体上，在观测过程中是变化的，如GPS在车辆、船舶导航中的应用。
　　2.8GPS在汽车导航的应用
　　三维导航是GPS的首要功能，飞机、船舶、地面车辆以及步行者都可利用GPS导航接收器进行导航。汽车导航系统是在全球定位系统GPS基础上发展起来的一门新型技术。汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CD—ROM驱动器、LCD显示器组成。
　　GPS导航是由GPS接收机接收GPS卫星信号（三颗以上），求出该点的经纬度坐标、速度、时间等信息。为提高汽车导航定位精度，通常采用差分GPS技术。当汽车行驶到地下隧道、高层楼群、高速公路等遮掩物而与捕获不到GPS卫星信号时，系统可自动导入自律导航系统，此时由车速传感器检测出汽车的行进速度，通过微处理单元的数据处理，从速度和时间中直接算出前进的距离，陀螺传感器直接检测出前进的方向，陀螺仪还能自动存储各种数据，即使在更换轮胎暂时停车时，系统也可以重新设定。
　　由GPS卫星导航和自律导航所测到的汽车位置坐标数据、前进的方向都与实际行驶的路线轨迹存在一定误差，为修正这两者的误差，与地图上的路线统一，需采用地图匹配技术，加一个地图匹配电路，对汽车行驶的路线与电子地图上道路误差进行实时相关匹配作自动修正，此时地图匹配电路是通过微处理单元的整理程序进行快速处理，得到汽车在电子地图上的正确位置，以指示出正确行驶路线。CD-ROM用于存储道路数据等信息，LCD显示器用于显示导航的相关信息。
　　GPS导航系统与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，这些功能包括：
　　(1)车辆跟踪
　　利用GPS和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，使目标始终保持在屏幕上；还可实现多窗口、多车辆、多屏幕同时跟踪。利用该功能可对车辆进行跟踪。
　　(2)提供出行路线规划和导航
　　提供出行路线规划是汽车导航系统的一项重要辅助功能，它包括自动线路规划和人工线路设计。自动线路规划是由驾驶者确定起点和目的地，由计算机软件按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线、通过高速公路路段次数最少的路线等的计算。人工线路设计是由驾驶者根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。线路规划完毕后，显示器能够在电子地图上显示设计线路，并同时显示汽车运行路径和运行方法。
　　(3)信息查询
　　为用户提供主要物标，如旅游景点、宾馆、医院等数据库，用户能够在电子地图上根据需要进行查询。查询资料可以文字、语言及图象的形式显示，并在电子地图上显示其位置。同时，监测中心可以利用监测控制台对区域内的任意目标所在位置进行查询，车辆信息将以数字形式在控制中心的电子地图上显示出来。
　　（4）话务指挥
　　指挥中心可以监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行合理调度。指挥中心也可随时与被跟踪目标通话，实行管理。
　　（5）紧急援助
　　通过GPS定位和监控管理系统可以对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。监控台的电子地图显示求助信息和报警目标，规划最优援助方案，并以报警声光提醒值班人员进行应急处理。
　　3运用GPS，加强水务集团维抢修车辆管理的设想
　　为了加强对水务集团管网维抢修车辆的管理力度，提高车辆使用效率及出警的准确性，水务集团有必要采用“GPS车辆监控调度系统”，运用GPS，加强水务集团维抢修车辆管理，管理调度现有维抢修车辆。要求能准确的实现车辆的定位，调度、追踪、报警、接警、防抢、防盗、远程控制、历史轨迹记录等功能，实现智能化调度车辆。具体要求如下：
　　3.1管理如下维抢修车辆：
　　a)厦门营业处：11部车辆。
　　b)杏林营业处：1部车辆。
　　c)海沧营业处：1部车辆。
　　d)同安营业处：1部车辆。
　　e)集美营业处：1部车辆。
　　3.2系统功能：
　　a)能够实现所有车辆的准确定位。可以同时对所有车辆进行监控管理。
　　b)历史轨迹查询及对保存的轨迹数据进行查询、统计、打印功能。
　　c)能将抢修信息以文字形式准确、及时地发送到指定的车载终端。
　　d)远程控制。一旦车辆发生被抢、被盗、被劫的紧急情况，监控中心可以随时对车辆进行断油、断电的远程控制，防止车辆丢失。
　　e)车辆盗抢防护。车辆发生异常情况、人为破坏等报警信息能及时传送至调度中心。
　　3.3系统硬件
　　a)GPS车载终端应能够具有接受短信功能。
　　b)车载终端应具备大容量后备电池。
　　3.4系统软件
　　a)能够提供WEB页面，在公司内部网络上，使用IE浏览能实现车辆定位、车辆信息查询的功能。并能够提供客户端软件的下载。
　　b)应能够提供详细电子地图。系统电子地图包括区域、建筑、河流、绿地、政府、医院银行、学校、铁路、高速公路和公路各图层。
　　c)车辆的分级管理。能够由系统管理员对每个用户进行权限的管理，实现实现对所有车辆的管理。
　　3.5系统实现的初步设计
　　系统采用C/S三层结构，以中心控制服务器为核心，各客户平台通过服务器相互协作。该结构可以保证客户平台软件能快速响应GPS数据，缩短实时显示的时间，适合系统在网络、Internet运行及在投影系统控制服务器上运行基于浏览器的监控终端软件即可以保证机动警力定位布控（GPS）系统能够自适应投影系统的大分辨率显示。
　　系统通过有线或无线网络将车辆信息反馈给该系统。该系统再以中心控制服务器为中心，各客户平台相互协作，对反馈来的车辆信息进行处理来完成车辆定位、监控等功能。通过该系统可以很方便地查询车辆位置状况、对车辆进行实时监控、查询车辆历史纪录、向客户提供信息服务。
　　其中中心控制服务器不但负责各平台管理控制、还对数据流向进行调度、同步显示，可很方便的查看系统运行状况。各客户平台是面向各个客户的，客户可在无论何时何地快速查询车辆信息、监控车辆。
　　3.5.1网络通信系统构架分为两层：上层网络系统、下层网络系统。
　　上层网络系统：主要提供WEB服务器通过DDN专线与本地ISP连接、移动局短消息管理中心专线接入以及无线数据引擎与移动局短消息管理中心接入。包括Internet网、移动局DDN专线、无线通讯网等。
　　下层网络系统：主要提供信息接收处理服务中心与各平台信息传输的功能。主要是公司内局域网。
　　3.5.2软件系统分为：
　　服务器：主要负责各类信息的分发、跟踪处理、对各工作站进行作业管理、调度等功能。
　　 短消息管理服务器：主要负责短消息发送与接收，管理各通道及其发送模式。
　　 管理平台：包括除接警、处警外的所有权限操作。
　　 录入平台：负责车辆信息录入、操作员录入配置、短信通道录入配置。
　　 报警平台：对车辆发来的报警进行处理、监控。
　　 接警平台：只能显示所有车辆发来的报警，但不能对其进行处理。
　　 处警平台：只对车辆发来报警进行处理。无权知道所有车辆报警信息。
　　 系统平台：管理各平台操作信息，对平台信息处理过程进行监控。
　　 监控平台：只能对车辆进行查询位置、实时监控等基本操作。
　　各平台与服务器关系结构图（图1）如下：(包括网络架构)
　　               
　　
　　
　　
　　　　　4结束语
　　全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用，相信能在水务企业发挥其优点，为水务企业加强维抢修车辆管理贡献力量。