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1 引言
车辆自主导航和监控是车辆管理研究的主要课 题之一。目前主流的车辆导航和监控功能实现主要 采用 GPS 定位和移动通讯相结合的方式来完成，但 是在移动通讯网络信号弱小或者基站信号不能覆盖 的区域，无法有效实现对车辆的监控，因而研制一 种全地域 、全天候且能实现车辆监控的车辆管理系 统势在必行。“基于北斗的车辆管理系统”是一套在 北斗导航用户终端平台上[1][2][3]，综合利用嵌入式地 理信息技术[4]、SOPC 嵌入式技术[5]、计算机接口通讯 控制技术和数据库技术构建的一个高效、稳定的车辆管理信息化平台。该系统能有效克服现有车辆管
理系统受通信覆盖地域限制的缺陷 ，实现了车辆监 控范围与北斗系统覆盖范围的同步。
2 系统框架及主要功能设计
2.1 系统框架设计 基于北斗的车辆管理系统分为监控中心、用户
终端两大部分（如图 1 所示） 。监控中心主要由中心 计算机和北斗指挥型用户机组成 ，中心计算机用于 运行监控软件来完成车辆和驾驶员的信息管理 ，并 通过北斗指挥型用户机获取用户终端的地理信息来 实现车辆定位监视以及发送命令来实现远程控制等功能 。用户终端主要由车载北斗用户机或北斗嵌入
式模块 、通用北斗终端扩展平台模块、车辆远程防 盗控制模块 、PDA 和智能手机或车载计算机组成 ，主 要实现车辆的自主导航、接收和处理监控中心发来 的远程控制命令。
2.2 系统主要功能设计 车辆监控中心监控软件的主要有如下功能 ：
（1）车辆和驾驶员档案信息的登统计管理和信 息查询。
（2）车辆监控和电子地图定位显示功能。
（3）定位历史信息的管理和查询功能。
（4）与车辆用户终端之间的短报文通信功能。
（5）通信信息管理和查询功能。
（6）车辆行驶路线回放功能 。
（7）车辆远程启动/熄火控制功能 。 用户终端包含的通用北斗终端扩展平台模块主
要实现北斗用户终端（车载用户机或北斗嵌入式模 块）与其他外设之间的通讯控制功能，在本研究中 实现与 PDA 和智能手机的蓝牙通讯、与军用车载计 算机的 USB 通讯以及控制车辆远程防盗功能（具体 架构见图 2） 。
用户终端软件分别在 XP 和 mobiles 环境下开发 ， 可在 PDA 、智能手机和车载计算机上运行 。终端软件 功能主要如下：
（1）电子地图显示功能 ，主要实现电子地图的 局部显示 、全图显示和等比例显示。
（2）电子地图操作功能，主要实现电子地图漫 游操作和缩放操作。
（3）图文双向查询功能，用户可根据需要在整个图幅范围内对电子地图进行图文互查。
（4）图层管理功能，主要实现电子地图的分层 管理、分层绘制和分层显示 。
（5）空间量算功能 ，可量算地图上任意两点或 者多点间的距离和任意多边形区域的面积。
（6）车辆位置显示和控制功能，通过北斗的定 位功能可将车辆的位置显示在地图的相应位置上， 车辆行驶出规定范围或未按照规定路线行驶时，软 件自动通过北斗系统向监控中心报警。
3 关键技术分析
研发基于北斗的车辆管理系统所涉及主要关键 技术包括北斗导航定位技术 、空间数据的结构和多 尺度电子地图显示技术、基于 SOPC 的嵌入式系统设 计技术。
3.1 北斗导航定位技术 北斗卫星导航系统（COMPASS）是中国正在实施
的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统 。该系 统目前可以对我国领土 、领海及周边地区的用户进 行定位及授时，并且可以实现各用户之间、用户与 中心控制站之间的简短报文通信，未来十年内，将 建成覆盖全球的导航定位系统体系 。“基于北斗的车 辆管理系统”主要利用北斗卫星导航系统的定位导 航、报文通信实现车辆的自主导航和车辆的监控。
3.2 空间数据结构及设计 车辆的自主导航使用了嵌入式地理信息系统 ，
对于地理信息系统而言，数据格式定义的优劣将直 接影响到各功能模块的效果和速度，甚至决定某项 功能是否能够实现，特别是嵌入式处理器要求地理信息数据结构简要清晰，因此设计一种精确、简要
的地理数据结构 ，才能保证嵌入式 GIS 模块的图形 图像的显示与浏览、信息查询、拓扑关系 、空间分 析等功能高效运行 。
（1）图形结构简单，冗余度小 电子地图主要包含点、线、面等空间对象，简
单的图形结构具有数据量小 、运行速度快、图形裁 剪方便等特点；冗余度小将使信息查询、路径搜索 的速度提高，也将减少数据的存储空间。
（2）拓扑关系简单 电子地图的拓扑关系用于路径搜索 、最优路径
规划 ，简单明了而又实用的拓扑关系将缩短路径搜 索的时间。
（3）空间信息查询与分析速度快 空间信息查询主要包括单个空间对象的查询和
多个空间对象的查询 ，良好的数据结构将使空间查 询和空间分析的速度快捷 ，结果准确 。
（4）开放的数据接口
GIS 矢量数据结构应具有良好的数据接口，使之 能够兼容更多已定型的数据。
3.3 电子地图多尺度表达 在车辆管理使用的中心监控软件和用户终端软
件中，电子地图是进行车辆监控、导航的数据基础。 车辆管理是高精度、高效率的过程 ，而电子地图的 显示则要求适应使用者的习惯，将使用者在面对电 子地图与传统的纸质地图时所获得的视觉差异控制 在一定范围之内，这就需要研究电子地图的多尺度 表达。
（1）单一比例尺电子地图的多尺度表达 单一比例尺电子地图的多尺度表达就是要决定
在图形缩放到某种程度时地图上哪些要素显示，哪 些要素不显示，也就是要建立图形的缩放比例与要 素间的相互对应关系。简单一点可以理解为每个地 图要素都 有 一个显示 的 等级参数 DLOD(Display Level of Detail)，通过一定的计算得到每个地图 要素的显示等级参数 ，通过 DLOD 与图形的缩放比例 间的简单比较关系即可确定要素显示与否 ，从而实 现电子地图的多尺度显示。
（2）不同比例尺电子地图的多尺度表达 电子地图的数据文件组织和多比例尺数据的合
理调度是影响地图显示速度和显示效果的重要因 素。不同比例尺多尺度电子地图的数据文件组织关 键是要解决两个问题：①当存在多个比例尺数据时， 怎样快速选定所需的比例尺数据 ；②当比例尺选定 后 ，怎样快速在众多该比例尺的图幅中确定应显示 的图幅数据。
3.4 基于 SOPC 的嵌入式系统设计
用户终端使用的通用北斗终端扩展平台模块采 用基于 SOPC 的嵌入式系统技术进行设计，体积小、 功耗低、工作稳定 ，有效地扩展了北斗终端设备的 应用范围。目前嵌入式系统开发技术以 SOC 和 SOPC 为主要应用方向，SOPC 系统设计技术实际上就是一个基于 FPGA（现场可编程门阵列）的 SOC 解决方案 。
利用目前技术成熟的超大规模集成度的 FPGA 芯片，
SOPC 方案提供了相较于 SOC 更有特色和优势的技术 功能。其优势一方面体现在 SOPC 技术可以灵活地植 入微处理器软硬核和其他功能 IP 核（IntellectualProperty ，知识产权） ，另外一方面 SOPC 实现了 MCU 、DSP、逻辑控制的完美结合，减小电路板面积和成本，提高系统的集成度，更重要的是在不改变电路板设
计的情况下可方便地实现系统的升级和改动，系统 重构的难度很小 ，对于实现产品的系列化和向上兼 容性有深远的意义 。
4 应用前景和展望
基于北斗的车辆管理系统是一套集地理信息处理 、车辆监控 、驾驶员管理为一体的集成管理系统，可以辅助车辆管理部门对车辆和驾驶员进行有效管
理，并可以为驾驶员提供有效的车辆导航信息。通 用北斗终端扩展平台模块可以充分发挥北斗的通信 优势 ，可应用于远程测控设备控制、传感器数据传 输和物联网应用等方面，具有相当的军事和民用价 值，为北斗一代用户提供广泛的应用方式 ，同时作 为北斗二代用户终端扩展性应用的前瞻性试验。