1 引 言
隨著社會的發展和通信技術的進步，人們對移動目標監控的要求越來越高，不僅需要知道移動目標的位置，還需要對移動目標的視頻圖像、報警信息、運行狀態等數據進行實時監控和處理。例如，移動監控定位系統可協助對長途客車的管理，指揮中心通過分析客車發送的GPS" target="_blank">GPS數據確定客車的位置，判斷是否超速行使，客車若出現故障、遭遇事故或劫車事件，可及時通知指揮中心，指揮中心再通知交通、公安、醫院等部門進行緊急處理，在客車中加裝攝像頭還可有效預防行車途中的犯罪事件。另一方面，司機通過指揮中心可以了解行使前方的地理信息、天氣狀況、交通情況等。此外，移動監控定位系統在漁船出海作業、城市出租車調度、公安治安巡防、銀行運鈔車監控等領域都有著廣泛的應用前景。移動監控定位系統是伴隨著GPS技術和無線通信網絡技術的成熟而發展起來的，在20世紀90年代初，GPS技術剛剛進入實用階段，基于GPS的移動跟蹤、監控系統開始走向市場，但由于無線通信網技術的制約，造成系統建設規模小、投入成本高，所以未得到普及。近幾年來，各種無線通信專網、集群無線網、衛星數據通信網、數字蜂窩移動通信網發展迅速，其數據承載能力明顯加強，并且，GPS技術更加成熟。現在市場上的12通道GPS接收機價格也比較低廉，2000年5月1日，美國政府宣布取消GPS的SA政策，這樣，一般GPS接收機定位精度可以達到25 m。由于上述原因，基于GPS和無線通信網的移動監控定位系統在世界各國都得到迅猛發展，并顯示出強勁的發展勢頭，市場潛力巨大。
GPS技術和無線通信網絡技術是移動監控定位系統關鍵的2個要素，如今GPS接收機或OEM卡已經商品化，其體積可以做得很小，提供串口標準數據輸出，數據接口很方便，而無線通信網絡則多種多樣，其建設成本、系統容量也各不相同，可供選擇的通信網絡有集群無線網、衛星數據通信網、移動通信網等。
2 移動監控定位系統通信網的選擇
無線通信網絡是移動監控定位系統的一個重要組成部分，可分為無線專網和公用的無線通信網絡2大類，其中無線專網、衛星通信網、移動通信網是比較常見的幾種形式。
2．1 無線專網
無線專網就是專門為移動監控定位系統建設的無線通信網，他有自己的交換中心、基站及監控平臺，缺點是組網費用較高、覆蓋面積有限，但無線專網系統更改靈活、抗毀能力強且具有移動性，適合用于抗洪救災指揮系統、軍事作戰指揮系統等專用性較強的領域。
2．2 衛星通信網
衛星通信有靜止軌道衛星通信、中軌道衛星通信、低軌道衛星通信3種，衛星起中繼的作用，地球站用來作基站或與用戶相連。衛星通信的特點是覆蓋面積大，可以做到全球通，而且對氣候和傳輸距離不敏感。在一般無線網絡覆蓋不到的地方，例如沙漠、森林地區特別適用，此外，在航海領域，通過基于衛星通信網的監控定位系統對航海的船只進行導航、實時監控，當遇到海盜、海難等時可以及時進行處理；在航空領域，在民航客機運營中采用監控定位系統可以避免飛機空中相撞、當發生劫機事件時可通過飛機上的攝像頭及時了解機上狀況，在軍用飛機作戰時可以依托此系統組成空中指揮平臺等。缺點是系統終端設備復雜，費用較高，不利于普及。
2．3 移動通信網
近年來，移動通信發展如火如荼，從模擬的AMPS" target="_blank">AMPS網到數字蜂窩GSM" target="_blank">GSM網，到CDMA移動通信網，現在日本一些國家又提出了第四代移動通信網（即4G）的概念，并開始開發和研制。相對于無線專網或衛星通信網，移動通信網比較普及，依托移動通信網建設監控定位系統具有覆蓋面積大、組網費用低等優點，利用移動通信網的數據接入功能開展增值業務，還可提高網絡的資源利用率。不過，移動通信網的數據傳輸速率一般較低，若提高數據傳輸速率，需要對原有網絡進行改造。例如，利用CDPD（分組數據交換）技術，可在模擬蜂窩AMPS網上提供分組數據服務，信道速率為19．2 kb／s。在數字蜂窩通信網中，GSM網的數據速率只有9．6 kb／s，當GSM網采用GRPS（通用分組無線服務）技術或EDGE（增強數據速率）技術改進后，他將分別提供115．2 kb／s和384 kb／s的數據速率。另外，在IS-95B，CDMAOne中都增強了移動數據服務能力，而CDMA2000可提供高達2 Mb／s的數據速率。利用移動通信網建設移動監控定位系統開通便捷、易于維護，能夠覆蓋手機信號可以到達的所有區域，非常適合于車輛船只調度、110報警指揮、鐵路列車無線調度等方面的應用。
除了以上介紹的幾種通信網，還有數字集群通信網、無繩電話通信網（包括DECT系統、PHS系統等）等網絡，他們都可以用來傳輸監控定位數據。
3 基于GSM的移動監控定位系統方案設計
通過以上幾種通信網絡的比較，移動通信網是最為經濟、最易普及的一種方法。第三代移動通信網CDMA具有較高的數據傳輸能力，但目前CDMA網還處于實驗網階段，而GSM數字蜂窩移動通信網在國內及國際上都已非常普及，市場應用最廣泛，覆蓋面積最大，在技術上也是最成熟的。所以，利用GSM移動通信網建設移動監控定位系統是當前比較合理的選擇。通過GSM移動通信網傳輸監控定位數據可以有3種方法：利用話音通道傳輸、利用SMS（短消息業務）傳輸、利用改進的GSM的高速數據通道傳輸。
3．1 利用GSM的話音通道通信的設計方法
利用GSM的話音通道傳輸數據和在普通電話線上一樣，在收發兩端通過MODEM調制解調進行數據通信，這種方法技術成熟，應用范圍廣，在GSM網覆蓋的范圍內均可使用，缺點是在數據傳輸之前需要先撥號，呼叫建立時間較長，一般為10 s左右，而且通信費用與移動電話費相同，費用較高。采用這種方法建立的移動監控定位系統如圖1所示。
移動終端的設備組成如圖2所示。
在圖2中，移動終端的GPS接收機可以獲取位置、速度信息，攝像頭捕獲圖像信息，麥克風傳送話音，報警設備提供報警信息，他們送入數據接口設備進行格式轉換后，經MODEM調制，通過GSM手機發向GSM移動網絡。系統監控中心通過中繼線路與GSM網交換中心連接，中繼線路為電話線、光纖或微波提供的話音通道，移動終端的數據由監控中心的MODEM解調、接口處理后送入相應分系統。如GPS信息送入GIS（地理信息系統）分系統、圖像和話音送入多媒體顯示分系統、報警信息送入報警處理分系統。監控中心可以通過調度指揮分系統對各個移動終端進行控制，網絡管理分系統負責整個網絡的運行、管理工作。
利用GSM的話音通道設計移動監控定位系統時，可根據移動終端數量和實際需求隨意添加、刪除信道數和業務功能，還可組成簡單的點—點移動監控系統，例如用于家庭監控等。
3．2 利用GSM的SMS通信的設計方法
SMS（短消息業務）是GSM網的一項增值業務，他通過控制信道傳輸數據，支持點—點消息業務及消息廣播業務等多種方式。通過SMS傳輸數據的移動監控定位系統如圖3所示。
與圖1不同的是，移動終端的數據通過SMS全部發送到短消息業務中心，系統監控中心通過中繼線路（如DDN）從短消息業務中心獲取數據。通過SMS傳輸數據具有以下優點：
（1）信道建立時間短，數據傳輸速率快；
（2）不占用話音信道，通話時不影響數據傳輸；
（3）由于不占用話音通道，通信費用低廉；
（4）通過短消息廣播業務，可提供點對多點的數據傳送；
（5）系統擴容方便。
另一方面，由于控制信道的傳輸速率為781 kb／s，所以數據傳輸速率不可能很快。SMS還受信息長度的限制，點—點信息長度為140 B，消息廣播業務信息長度為82 B，這就決定了傳輸的數據不能太長，他適用于信息量少而通信頻繁的系統應用。此外，隨著系統容量增加，SMS還會加重GSM網絡控制信道的負擔。
3．3 利用GSM的高速數據通道通信的設計方法
在以上2種數據傳送手段中，數據速率都較慢，只適合傳輸諸如GPS數據、報警信息、控制信息等較短的數據，若傳輸監控圖像、移動終端下載地理信息就比較困難，為此，需要進一步提高GSM通信網的數據傳輸速率。GRPS（通用分組無線服務）是最近興起的一種新技術，他通過在原有GSM網上添加協議關口和改動少量設備，就可以提供高達115．2 kb／s的數據傳輸速率，GRPS支持X．25，TCP/IP等協議。現在世界上許多大公司都在抓緊開發GRPS功能，國內東方通信公司和Motorola公司在合作開發GRPS手機和相關設備。提高GSM數據傳輸速率的另外一種技術稱為EDGE（增強數據速率），他可支持384 kb／s的數據速率。
在以上3種設計方法中，利用GSM的GPRS或EDGE提供的高速數據通道通信是比較理想的一種方式，目前正在研究開發過程中，GSM的話音通道應用最普及，但通信費較高，利用SMS業務傳輸數據是最經濟、合理的方法，而且SMS業務也正在逐步走向普及。
4 移動監控定位系統的業務功能
基于GSM通信網設計的移動監控定位系統可提供以下幾種功能：
（1）定位功能 通過移動終端發送的GPS信息，監控中心可對移動目標進行實時的跟蹤定位，監控移動目標的行使速度、運行狀態，并且可以通過GIS系統在地圖上實時顯示運動軌跡；相反，監控中心通過地圖可查詢區域內車輛的有關資料，如車輛牌照、單位名稱、司機姓名、行使速度等。
（2）調度指揮功能 因為監控中心掌握各個移動目標的地理位置和運行狀態，可根據需要進行調度指揮。例如在出租車運營中采用此系統，監控中心可根據客戶叫車電話通知附近車輛前去服務。
（3）報警功能 移動終端發送的報警信息分為自身故障報警信息和突發事件報警信息2種，以長途客運車為例，自身故障報警包括車輛漏油、發動機狀態異常等；突發事件報警信息包括行車途中遭遇路橋坍塌、交通事故、攔路搶劫等。當出現警情時，監控中心可根據客車的報警信息分類處理，通過與110、120聯網及時通知交通、公安部門。
（4）視頻監控功能 通過加裝攝像頭，監控中心可隨時查看移動目標的視頻圖像并進行錄像，如可監視長途客運車司機在途中有無違規拉客、拒載行為，若車內發生搶劫、偷盜等犯罪事件，可通過錄像回放協助破案，等等。
（5）通話功能 當采用SMS或高速數據通道傳輸64數據時，在數據傳輸過程中，移動終端還具有正常GSM數字電話功能。
（6）導向功能 在移動車內安裝GIS系統，可以實現車輛自我導向功能，而且全國漫游。
（7）歷史資料查詢功能 用戶可以通過監控中心的記錄查詢移動終端的歷史情況，如查詢車輛在過去某個時間的位置、速度、狀態等數據，并可進行運行軌跡回放。
在實際系統設計中，針對不同的用途，系統可繁可簡，小到點—點的監控，大到幾百個移動終端的監控定位系統，業務功能如GPS定位、視頻圖像監控等也可根據需要進行添加或刪除。
5 結 語
移動監控定位系統在我國有很大的市場潛能，近幾年在全國各地建起了不同形式的移動監控定位系統，如GPS車輛跟蹤系統、移動指揮調度系統、車輛導航系統等。2000年5月，上海市建成了公用移動GPS系統，他使用GSM作為通信平臺，為上海以及華東地區的用戶提供GPS定位及監控信息服務，用戶只需要購買GPS車載設備就可以加入網絡。北京市也已建成GSM／GPS衛星定位服務系統，他以衛星通信為基礎，可提供高精度的三維定位信息，將向公眾開放靜態車
輛防盜、動態車輛追蹤等服務。
另外，國內許多通信網絡公司可以提供GPS接收機、GSM／GPS一體機、GIS系統、系統監控軟件平臺及整套系統解決方案，但由于剛剛起步，系統設計還存在許多問題，例如：監控軟件功能比較落后，動態數據處理能力較差；數據通信格式不統一，不同廠商間的產品不兼容；由于監控數據通過無線傳輸，多數系統未采取加密措施，監控定位信息很容易被截獲等。
參考文獻
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作者：孫增軍 胡延平