摘要：智能交通系統(tǒng)致力于交通系統(tǒng)的信息化、智能化和社會化，可有效解決日益嚴重的城市交通問題，因此備受各國關注。作為ITS的關鍵之一：客運車輛監(jiān)控平臺及系統(tǒng)發(fā)展迅速，應用廣泛。為了使客運車輛運行的順暢、安全、綠色低碳，在采用基于差分GPS定位及中國聯通3G通信技術的基礎上完成了一種客運車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)及相應子系統(tǒng)的詳細設計，并通過在西安市某范圍內對此系統(tǒng)實例部署實施的實驗結果表明系統(tǒng)可以集客運車輛監(jiān)控、調度、防盜防搶等功能于一體，并具備低成本及高效率。
關鍵詞：客運車輛監(jiān)控；GPS定位；3G通信；智能交通

0 引言
    隨著機動車輛規(guī)模的快速增長，道路堵塞、交通事故、環(huán)境污染、能源浪費等現象變得越來越嚴重，采取手段改善日趨嚴重的交通狀況就愈顯迫切。GPS，GIS，3G等新技術在車載導航和目標監(jiān)控領域的應用使得研究智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation Systems，ITS)不斷獲得突破，作為ITS的關鍵之一：客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展也極為迅速，但研究成果表明，在目前該類車輛監(jiān)控產品的使用和測試中還存在諸如定位不夠準確、終端和監(jiān)控中心數據實時傳輸困難、精度不高、價格昂貴等問題。針對以上關鍵技術及難題，本文設計了一種基于差分GPS定位及中國聯通3G通信技術的客運車輛視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

1 客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)解決方案
1．1 客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)架構
    基于GPS定位及3G通信的客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)在客運車輛上安裝車載終端主機、車載攝像機、無線網傳模塊等，對車內外情況進行實時監(jiān)控；監(jiān)控指揮中心對前端獲取的實時數據進行分析，系統(tǒng)結構如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)各組成部分說明
1．2．1 車載視音頻監(jiān)控模塊
    在車輛進出口及重要位置安裝視頻攝像機，獲取車內外的視頻信號，并傳輸給車載終端主機；車載視頻監(jiān)控終端負責采集視音頻數據、數字化壓縮處理，并進行數據實時保存在車載終端的硬盤內。
1．2．2 信患交互模塊
    車載終端主機可通過3G無線網絡(中國聯通WCDMA)與中心平臺進行交互上傳車內外視頻圖像信息及報警信號；GPS衛(wèi)星定位數據以及語音信息等交互功能。
1．2．3 GPS定位模塊
    車載終端主機可采集GPS衛(wèi)星定位信息，并通過3G無線網絡(中國聯通WCDMA)上傳至與中心平臺；中心平臺屏幕顯示車輛所在位置、速度、方向角等信息；并可實現車載電話功能。
1．2．4 中心管理平臺
    通過3G無線網絡(中國聯通WCDMA)對車載終端主機進行集中管理；中心管理平臺具備車輛調度、車輛報警處理、遠程指揮等功能。
1．2．5 車載終端主機說明
    組成：需要定位、跟蹤的車輛需安裝車載單元稱為車載終端。車載終端組成包括主機(由GPS接收機、WCDMA收發(fā)模塊、數字視頻服務器等構成)、顯示設備、其他數據采集設備如攝像頭等。
    功能模塊：車載終端是客運車輛監(jiān)控調度的重要部件，GPS接收機完成GPS衛(wèi)星信號的分析計算，通過WCDMA通信模塊發(fā)送給GPS調度管理中心。顯示設備可收發(fā)消息、實現調度功能、發(fā)出提示信息，攝像頭可拍照并由主機將數據上報到中心。

2 系統(tǒng)關鍵技術分析
2．1 差分GPS定位技術
    差分GPS(Differential GPS，DGPS)定位需要至少2臺GPS信號接收機，分別安放在運動載體(客運車輛)和基準站(已知點位坐標)上，前者稱為動態(tài)GPS信號接收機，后者稱為基準GPS接收機。二者同步地對一組在視GPS衛(wèi)星進行觀測，基準接收機為動態(tài)接收機提供差分改正數，并稱為DGPS數據，動態(tài)接收機利用自己的GPS觀測值和來自基準接收機的DGPS數據精確地解算出運動實體的三維坐標。只有一臺基準接收機用來發(fā)送“偽距校正值”的DGPS測量模式叫做單基準站偽距DGPS測量，其工作原理可通過圖2直觀表示。

    實際操作中把基準接收機設在監(jiān)控中心，動態(tài)接收機則放于客運車輛上，經測試，DGPS測量可以把單點動態(tài)實體定位精度提高到10 m之內，也可以較好的解決GPS靜態(tài)定位漂移的問題。
2．2 WCDMA無線數據傳輸技術
    第三代(3G)無線通信技術中寬帶碼分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)技術是全球商用時問最長，技術成熟、可演進性最好的。具有網絡速度快、支持業(yè)務廣、終端種類多、國內覆蓋范圍廣的特點，這也是本文采用此技術的原因。
    WCDMA采用直接序列擴頻碼分多址(DSCDMA)、頻分雙工(FDD)方式，碼片速率為3．84Mc／s，載波帶寬為5 MHz?；赗elease99／Release 4版本，可在5 MHz的寬帶內提供最高384 Kb／s的用戶傳輸速率。WCDMA能夠支持移動／手提設備之間的語音、圈像、致據以及視頻通信，速率可達2 Mb／s(對于局域網而言)或384 Kb／s(對于寬帶而言)。輸入信號先被數字化，然后在一個較寬的頻譜范圍內以編碼的擴頻模式進行傳輸，窄帶CDMA使用的是200 kHz寬度的載頻，而WCDMA使用的則是一個5MHz寬度的載頻。
2．3 視頻傳輸流量控制方法
    為了實現3G環(huán)境下視頻傳輸系統(tǒng)工作的的穩(wěn)定，采用了如下方法，基本工作原理如圖3所示。核心思想是在處理器端增加了視頻傳輸流量控制模塊，并增加了監(jiān)控端接受緩沖區(qū)尺寸變化的反饋。根據監(jiān)控端所占用的緩沖區(qū)大小就可以近似的知道當前傳輸的速率是否合適，當接收緩沖區(qū)之中的內容比較多時說明視頻幀有堆積現象，此時應減少視頻傳輸的幀數，并以合適的時延調節(jié)以獲得較好的傳輸質量；相對應的在接受緩沖區(qū)中積累的數據較小時可以適當增大傳輸數據的幀數。

3 基于GPS定位及3G通信的客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)實例分析
    基于以上系統(tǒng)設計及關鍵技術方法說明，實現了一個基于GPS定位及3G通信的客運車輛視頻監(jiān)控系統(tǒng)：系統(tǒng)中有效利用現有的公共通信網絡中國聯通WCDMA網絡作為移動通信鏈路，在WCDMA網絡上建立公交數據專用網絡VPDN；考慮到車內的無線和強電磁干擾，采用數字化解決方案，選用無線數字網絡監(jiān)控終端進行視頻處理傳輸；每輛車內安裝攝像機、無線數字監(jiān)控終端，視頻服務器，通過WCDMA無線通信鏈路將視頻信號及GPS信息遠程傳送至中心監(jiān)控管理平臺；監(jiān)控中心服務器用于接收車輛的位置、速度、司機的反饋信息等，進行分析和計算，實時動態(tài)地報告被監(jiān)測點的情況，及時發(fā)現問題并進行處理，并告知執(zhí)行一些監(jiān)控中心分配下來的任務。系統(tǒng)主監(jiān)控界面效果圖如圖4所示。

    系統(tǒng)主要功能有：遠程實時監(jiān)控和調度；錄像、回放及報警；GPS定位；雙向視頻通話等。
    經為期3個月的測試及反饋信息發(fā)現此系統(tǒng)主要具備以下特點：
    系統(tǒng)具備電信級處理能力，可實現較大規(guī)模數據即時處理和響應、確保系統(tǒng)無故障運行；
    定位精度高，在原有類似產品基礎上有了明顯的改善；
    由于采用WCDMA的3G通信技術，無線通信高速、穩(wěn)定、實時性好；
    高度的開放性和強大的可擴展性，可根據用戶需求實現功能擴展。

4 結語
    基于GPS定位及3G通信的客運車輛視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計中綜合應用了差分GPS定位技術、WCDMA的3G無線通信技術、視頻傳輸流量控制技術及先進的無線互聯方法，經測試所構建的客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)可實現視頻實時瀏覽、車輛定位管理、多種報警等各種功能，提高了客運車輛運行的安全保障、乘客的滿意度、管理效率，同時也降低了運行成本。今后的工作將集中在研究更為先進的GPS定位技術、3G網絡技與“物聯網”的結合及在車載導航、交通事故應急響應等方面的應用，為發(fā)展智能交通系統(tǒng)提供參考。