機(jī)車定位系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)車定位系統(tǒng)問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。各種機(jī)車定位系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活中設(shè)備，隨著機(jī)車定位技術(shù)的不斷發(fā)展，采用機(jī)車定位系統(tǒng)來提高工業(yè)生產(chǎn)及交通工具等的安全可靠行和精確的控制等方面，具有重大意義。工業(yè)生產(chǎn)過程中，發(fā)生事故是難免的，在生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)設(shè)計中要注重各種安全保護(hù)功能的實現(xiàn)。在列車、飛機(jī)等，有高速，

2、載客量大等特點(diǎn)，其事故的危害性更大。因此，在這類機(jī)車定位控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)精確的實時動態(tài)定位是十分必要的。</p><p>　　本畢業(yè)課程設(shè)計闡述了現(xiàn)在比較流行的機(jī)車實時動態(tài)定位系統(tǒng)的意義，介紹了基于無線列調(diào)及GIS技術(shù)、ZigBee技術(shù)和GPS技術(shù)的實時動態(tài)定位系統(tǒng)的特性和要求，并根據(jù)要求對基于這些技術(shù)的一些案例進(jìn)行分析，并通過分析闡述了系統(tǒng)的工作原理。通過對這些現(xiàn)在常用的機(jī)車定位系統(tǒng)的剖析，論證了機(jī)車定位系統(tǒng)有

3、很大的實際使用價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)車定位 無線列調(diào) GIS ZigBee GPS</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　第1章 無線列調(diào)及GIS技術(shù)的機(jī)車實時動態(tài)跟蹤系統(tǒng)1</p>

4、<p>　　1.1 基于無線列調(diào)技術(shù)的機(jī)車實時動態(tài)跟蹤系統(tǒng)1</p><p>　　1.1.1 無線列調(diào)技術(shù)簡介1</p><p>　　1.1.2 無線列調(diào)系統(tǒng)的功能和制式1</p><p>　　1.1.3 鐵路的無線列調(diào)系統(tǒng)2</p><p>　　1.2 基于G IS 技術(shù)的列車運(yùn)行定位系統(tǒng)3</p>&l

5、t;p>　　1.2.1 GIS技術(shù)簡介3</p><p>　　1.2.2 列車定位系統(tǒng)3</p><p>　　1.2.3 列車運(yùn)行定位系統(tǒng)的組成4</p><p>　　第2章 基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車定位系統(tǒng)7</p><p>　　2.1 ZigBee無線技術(shù)簡介7</p><p>　　2.1

6、.1 ZigBee無線技術(shù)的概念7</p><p>　　2.1.2 Zigbee的技術(shù)特點(diǎn)7</p><p>　　2.1.3 Zigbee 的自組織網(wǎng)8</p><p>　　2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)制定8</p><p>　　2.2 基于ZigBee技術(shù)的無線消防報警定位系統(tǒng)8</p><p>　　2.2.1 無線火

7、災(zāi)報警系統(tǒng)8</p><p>　　2.2.2 無線消防報普定位系統(tǒng)總體設(shè)計8</p><p>　　第3章 基于GPS定位系統(tǒng)的機(jī)車定位系統(tǒng)12</p><p>　　3.1 GPS原理概述12</p><p>　　3.1.1 GPS技術(shù)簡介12</p><p>　　3.1.2 GPS的信號14</p

8、><p>　　3.1.3 導(dǎo)航信息14</p><p>　　3.1.4 GPS的誤差15</p><p>　　3.1.5 GPS定位的基本原理15</p><p>　　3.1.6 觀測值16</p><p>　　3.1.7定位模式17</p><p>　　3.1.8運(yùn)動狀態(tài)17<

9、;/p><p>　　3.1.9在汽車跟蹤中的應(yīng)用17</p><p>　　3.1.10 GPS汽車跟蹤器17</p><p>　　3.1.11 GPS定位平臺18</p><p>　　3.1.12 使用注意事項18</p><p>　　3.1.13 影響因素19</p><p>　　3.

10、2 GPS技術(shù)在機(jī)車頭燈自動尋跡中的應(yīng)用19</p><p>　　3.2.1 機(jī)車頭燈自動尋跡的可行性分析19</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)整體解決方案20</p><p>　　3.2.3 機(jī)車頭燈自動尋跡系統(tǒng)的工作原理20</p><p>　　3.2.4 機(jī)車頭燈自動尋跡系統(tǒng)的軟件構(gòu)成21</p><p

11、><b>　　致 謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>　　第1章 無線列調(diào)及GIS技術(shù)的機(jī)車實時動態(tài)跟蹤系統(tǒng)</p><p>　　1.1 基于無線列調(diào)技術(shù)的機(jī)車實時動態(tài)跟蹤系統(tǒng)</p><p>　　1.1.1 無線列調(diào)技術(shù)簡介</p&g

12、t;<p>　　列車無線調(diào)度電話（簡稱無線列調(diào)）是重要的鐵路行車通信設(shè)備，號稱列車行車“三大件”之一，在保證列車正點(diǎn)運(yùn)行、降低機(jī)車能耗、提高通過能力、通告險情、防止事故、救援搶險等各方面都具有重要的作用。無線列調(diào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)列車的位置和運(yùn)行方向，其工作成員包括行車調(diào)度員、車站值班員、助理值班員、機(jī)車司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長等。 </p><p>　　機(jī)車司機(jī)和運(yùn)轉(zhuǎn)車長（一般是客運(yùn)）均處于運(yùn)行的列車上，共同負(fù)責(zé)列車

13、的運(yùn)行。在每個車站，有一名車站值班員和若干名助理值班員，負(fù)責(zé)本車站管轄范圍內(nèi)的列車運(yùn)行。助理值班員一般工作在室外，而車站值班員在車站室內(nèi)操作指揮。行車調(diào)度員位于調(diào)度所，一般一個調(diào)度所管理多個車站，因而行車調(diào)度員的管轄范圍大于車站值班員的管轄范圍。 </p><p>　　1.1.2 無線列調(diào)系統(tǒng)的功能和制式</p><p>　　無線列調(diào)系統(tǒng)的主要問題是解決“大三角”和“小三角”通信?！按笕?/p>

14、”通信是指行車調(diào)度員、車站值班員和機(jī)車司機(jī)之間的通信；“小三角”通信是指車站值班員、機(jī)車司機(jī)和運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間的通信。歸納起來有一下主要功能： </p><p>　　1、行車調(diào)度員按車次號個別呼叫司機(jī)并通話； </p><p>　　2、行車調(diào)度員能夠?qū)υ撜{(diào)度區(qū)段內(nèi)的所有機(jī)車進(jìn)行全呼、通話，以及發(fā)出通告； </p><p>　　3、行車調(diào)度員可呼叫某個車站的車站值班員和該

15、車站管轄范圍內(nèi)的所有司機(jī)，緊急情況下，行車調(diào)度員可優(yōu)先與司機(jī)通話； </p><p>　　4、司機(jī)可呼叫當(dāng)前所在調(diào)度區(qū)段的行車調(diào)度員； </p><p>　　5、緊急情況下，司機(jī)可向行車調(diào)度員發(fā)出緊急呼叫并通話； </p><p>　　6、司機(jī)呼叫行車調(diào)度員時，調(diào)度所設(shè)備能夠存儲機(jī)車呼入； </p><p>　　7、司機(jī)與臨近機(jī)車司機(jī)之間可組

16、呼通信； </p><p>　　8、相鄰車站值班員之間可進(jìn)行通話； </p><p>　　9、車站值班員、助理值班員、司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間可以通話； </p><p>　　10、調(diào)度總機(jī)、車載臺和機(jī)車臺具有錄音功能或錄音接口； </p><p>　　11、行車調(diào)度員向司機(jī)發(fā)送調(diào)度指令并在機(jī)車臺顯示，司機(jī)向行車調(diào)度員發(fā)送報告并在調(diào)度臺顯示，非話音

17、信息由調(diào)度所設(shè)備和機(jī)車設(shè)備分別打印記錄； </p><p>　　12、調(diào)度所設(shè)備、車站臺和機(jī)車臺之間具備雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，可以傳送實時數(shù)據(jù)、短數(shù)據(jù)或報文數(shù)據(jù)； </p><p>　　13、調(diào)度所設(shè)備應(yīng)具有人工轉(zhuǎn)接鐵路電話交換網(wǎng)的功能。 </p><p>　　根據(jù)組網(wǎng)方式及設(shè)備功能的不同，鐵路現(xiàn)有列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)采用A、B、C三種制式完成上述功能。三種制式均采用有

18、線、無線相結(jié)合的組網(wǎng)方式，車站臺和機(jī)車臺、便攜臺之間的通信采用無線方式；調(diào)度臺至車站臺之間采用有線方式（數(shù)字電路或四線制音頻話路）。 </p><p>　　A制式的通信方式是：調(diào)度員、車站值班員與司機(jī)之間采用雙工通信方式；車站值班員、助理值班員、司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間采用半雙工或單工通信方式；移動用戶之間采用異頻單工通話時，由車站臺、區(qū)間中繼設(shè)備轉(zhuǎn)信。 </p><p>　　B制式的通信方式分

19、B1和B2兩種。B1制式：調(diào)度員與司機(jī)之間采用雙工通訊方式；車站值班員、助理值班員、司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間采用雙工、半雙工、單工方式；移動用戶之間采用異頻單工通話時，由車站臺、區(qū)間中繼設(shè)備轉(zhuǎn)信。B2制式：調(diào)度員、車站值班員與司機(jī)之間采用半雙工通信方式；車站值班員、助理值班員、司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間采用單工通信方式；移動用戶之間采用異頻單工通話時，有車站臺轉(zhuǎn)信。 </p><p>　　C制式通信方式：調(diào)度員、車站值班員、助

20、理值班員、司機(jī)、運(yùn)轉(zhuǎn)車長之間的通話采用單工方式。</p><p>　　1.1.3 鐵路的無線列調(diào)系統(tǒng)</p><p><b>　?。?）調(diào)度總機(jī)： </b></p><p>　　調(diào)度總機(jī)是列車無線調(diào)度通信系統(tǒng)中的地面固定設(shè)備，設(shè)置在調(diào)度所，通過四線制有線線路與車站臺連接。</p><p><b>　　

21、（2）車站電臺：</b></p><p>　　B制式車站臺是專門為鐵路車站設(shè)計的通信設(shè)備。該設(shè)備采用了最新技術(shù)，操作簡便，具有很多的專用功能。（3）便攜式車站電臺 ：  便攜式車站設(shè)備，主要用于與機(jī)車電臺、車站電臺及手持臺進(jìn)行通話。便攜臺可通過內(nèi)置電池供電（電池容量為12安時），在無外接電源的情況下，可保證正常工作8小時以上,電池電量不足時有聲光提示；便攜臺可用專用的外接充電電源對內(nèi)

22、置電池充電，電池充滿后充電器有相應(yīng)提示。此外，便攜臺還設(shè)有按鍵及指示燈，便于測試和使用。 （4）通用機(jī)車臺： </p><p>　　本電臺是通用式無線列調(diào)機(jī)車電臺，它兼容B、C制式機(jī)車臺的所有工作模式。安裝在列車機(jī)車上，供司機(jī)使用?？捎糜跈C(jī)車與調(diào)度、車站、其它機(jī)車、車長之間通信聯(lián)系。利用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，按機(jī)車的運(yùn)行位置，適時控制機(jī)車電臺的通信方式的變更，使之改變到與地面通信設(shè)備一致的工作模式上

23、，從而實現(xiàn)與地面通信設(shè)備正常通信的目的。當(dāng)機(jī)車在GPS的弱場區(qū)（如山區(qū)或隧道內(nèi)）運(yùn)行時，不能通過GPS定位來進(jìn)行工作模式的切換，該電臺可以通過人工選擇通信模式，保證機(jī)車可以與地面通信設(shè)備進(jìn)行正常通信。</p><p>　　1.2 基于G IS 技術(shù)的列車運(yùn)行定位系統(tǒng)</p><p>　　1.2.1 GIS技術(shù)簡介</p><p>　　地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)是近些

24、年迅速發(fā)展起來的一門空間信息分析技術(shù)，在資源與環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域中，它發(fā)揮著技術(shù)先導(dǎo)的作用。GIS技術(shù)不僅可以有效地管理具有空間屬性的各種資源環(huán)境信息，對資源環(huán)境管理和實踐模式進(jìn)行快速和重復(fù)的分析測試，便于制定決策、進(jìn)行科學(xué)和政策的標(biāo)準(zhǔn)評價，而且可以有效地對多時期的資源環(huán)境狀況及生產(chǎn)活動變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和分析比較，也可將數(shù)據(jù)收集、空間分析和決策過程綜合為一個共同的信息流，明顯地提高工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，為解決資源環(huán)境問題及保障可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)

25、支持。</p><p>　　隨著我國鐵路的不斷發(fā)展和提速, 對運(yùn)行列車進(jìn)行實時定位和調(diào)度變得越來越重要。為此開發(fā)了列車運(yùn)行定位系統(tǒng), 采用GPS 定位和GSM 等先進(jìn)新技術(shù), 提高了數(shù)話兼容無線列調(diào)和定位的功能和可靠性, 使我國的無線列調(diào)的功能和作用加強(qiáng), 在系統(tǒng)技術(shù)上登上了一個新的臺階。</p><p>　　1.2.2 列車定位系統(tǒng)</p><p>　　它是一種集

26、全球衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)、地理信息技術(shù)(GIS)和現(xiàn)代GSM 通信技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng)。它將列車的動態(tài)位置( 經(jīng)度、緯度) 、時間、狀態(tài)等信息, 實時地通過GSM 傳送至監(jiān)控中心站, 而后在具有地理信息查詢功能的電子地圖上進(jìn)行移動目標(biāo)的顯示, 并可以對列車的位置、速度、運(yùn)動方向、車輛狀態(tài)等用戶感興趣的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和查詢, 為調(diào)度管理提供了可視化依據(jù)。列車定位監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示列車通過配備的GPS 接收機(jī)獲取當(dāng)前的位置、時

27、間等信息, 并把列車當(dāng)前運(yùn)行的狀態(tài)信息通過GSM 通信鏈路向監(jiān)控中心站發(fā)送列車當(dāng)前位置和狀態(tài)信息; 在監(jiān)控中心站, 接收機(jī)接收各次列車或各子監(jiān)控中心的信息, 有系統(tǒng)監(jiān)控軟件對信息進(jìn)行處理, 通過通信控制器送往電子地圖, 顯示監(jiān)控區(qū)域內(nèi)各次列車的運(yùn)行軌跡。系統(tǒng)由監(jiān)控軟件實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控, 并可利用GSM 對各次列車進(jìn)行調(diào)度指揮, 這樣就實現(xiàn)了對各次列車的定位監(jiān)控管理。列車定位監(jiān)</p><p><b>　　控

28、系統(tǒng)的功能:</b></p><p>　　( 1 ) 列車車次、地點(diǎn)位置信息的實時數(shù)據(jù)傳輸;</p><p>　　( 2 ) 調(diào)度指令、機(jī)車報告信息的短數(shù)據(jù)傳輸;</p><p>　　圖1-1 列車運(yùn)行定位系統(tǒng)示意圖</p><p>　　( 3 ) 機(jī)車工況、運(yùn)況信息的長數(shù)據(jù)傳輸;</p><p>　　(

29、4 ) 調(diào)度選站呼、全呼機(jī)車, 并可向機(jī)車發(fā)通告;</p><p>　　( 5 ) 機(jī)車緊急呼叫調(diào)度并通話;</p><p>　　( 6 ) 監(jiān)控中心可以對全局或全國范圍內(nèi)的所有運(yùn)行列車進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度。</p><p>　　1.2.3 列車運(yùn)行定位系統(tǒng)的組成</p><p>　?。?）車載設(shè)備構(gòu)成：</p><p>　

30、　GPS 列車監(jiān)控系統(tǒng)的車載設(shè)備包括定位裝置、數(shù)據(jù)傳輸裝置、顯示、語音接口等, 如圖1-2 , 其功能主要是傳輸列車車次、位置實時信息、列車狀況、機(jī)車工況等數(shù)據(jù)信息。在電子地圖上顯示本次列車的實際位置和相關(guān)參數(shù), 到達(dá)下一車站時, 可提示司機(jī)與車站聯(lián)系。</p><p>　　圖1-2 車載設(shè)備組成</p><p>　?。?）列車定位技術(shù)實現(xiàn)：</p><p>　　列

31、車定位裝置采用GPS 差分技術(shù)和INU ( Ini- tial Navigating Unit ) 組合的方法。GPS 差分技術(shù)的精度可以達(dá)到+10m, 由車載設(shè)備接收GPS 衛(wèi)星發(fā)來的信號并解算出定位信息。INU ( 此處為角速度傳感器、陀螺儀和車速傳感器) 的信號能夠保證定位的連續(xù)性, 使得GPS 接受基因衛(wèi)星跟蹤不到或衛(wèi)星數(shù)不夠時系統(tǒng)仍能定位。GPS 接收機(jī)和INU 工作完全是自動切換, 利用INU 進(jìn)行航位推算以GPS 的定位數(shù)

32、據(jù)作為起始位置。航位推算的基本原理如圖1-3 所示由于列車的運(yùn)動可以看作是在二維平面( X, Y) 上的運(yùn)動, 如果已知列車的起始位置和初始方位角( 與北向的夾角, 順時針為正) , 再通過實時測量列車行駛的距離和方位角的變化, 就可以推算出列車下一時刻的位置。</p><p>　　圖1-3 航位推算圖</p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸裝置利用GSM 和GSM MODEM 組合的方式, 實現(xiàn)短

33、信息的安全、可靠傳輸。顯示器用于顯示對列車導(dǎo)航的相關(guān)信息; 語音接口實現(xiàn)監(jiān)控中心與司機(jī)或列車長進(jìn)行通話。</p><p>　?。?）定位系統(tǒng)的通信組網(wǎng)：</p><p>　　我國目前已建成了覆蓋全國的GSM 數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng), 是我國公眾陸地移動通信網(wǎng)的主要方式。它提供多種業(yè)務(wù), 主要有話音業(yè)務(wù)、短消息業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等, 選擇那一種業(yè)務(wù)傳送GPS 列車定位數(shù)據(jù)對整個系統(tǒng)的性能有很大的關(guān)系

34、。在列車運(yùn)行定位系統(tǒng)中選擇了它的短消息、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GSM 的短消息業(yè)務(wù)分為兩種: 點(diǎn)對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)和短消息小區(qū)廣播業(yè)務(wù)。點(diǎn)對點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)能夠使GSM 數(shù)字移動通信網(wǎng)的用戶可以發(fā)出或接收長度有限( 不超過140 個字節(jié)) 的數(shù)字或文字消息, 并且短消息的收發(fā)不影響通話, 可以保證列車運(yùn)行時的數(shù)話兼容; 短消息業(yè)務(wù)可以使網(wǎng)絡(luò)端知道被叫方是否已經(jīng)收到短消息, 如果傳送失敗, 被叫方?jīng)]有回答確切消息, 網(wǎng)絡(luò)一側(cè)會保留所傳的消息, 一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)被

35、叫方能被叫通時, 消息能被重發(fā)以確保被叫方能收到。短消息每次限制在140 個字節(jié)以內(nèi),這對實時傳輸列車的定位數(shù)據(jù)來講是足夠的。</p><p>　　當(dāng)監(jiān)控調(diào)度中心需要列車在運(yùn)行中的實時位置信息、列車運(yùn)況、機(jī)車工況等數(shù)據(jù)信息時, 由于數(shù)據(jù)量比較大, 可選用GSM 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)一起發(fā)送到監(jiān)控中心站, 對于GSM 的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)作為查詢模式時的通信方案。在確定GSM 的業(yè)務(wù)后, 監(jiān)控中心通過GSM通信網(wǎng)與移動或靜止中的列車進(jìn)

36、行通話、短息傳輸。</p><p>　?。?）調(diào)度中心監(jiān)控軟件：</p><p>　　監(jiān)控軟件的主要功能是對每一局內(nèi)或全國范圍內(nèi)運(yùn)行的列車進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)度, 統(tǒng)計每時刻車輛和線路的情況。具有強(qiáng)大的地圖及GIS 軟件功能: 完全數(shù)字化的地圖, 如圖1-4 , 包含精確的路網(wǎng)信息、點(diǎn)狀要素、面狀要素和詳細(xì)的屬性信息。地圖的無級放大、縮小、恢復(fù)和拖動。中國地圖與當(dāng)?shù)馗鞯貓D之間的任意轉(zhuǎn)換, 每圖各層

37、之間的轉(zhuǎn)換, 地名模糊查詢等, 管理功能強(qiáng)大, 操作及為方便。</p><p>　　圖1-4 調(diào)度中心電子地圖</p><p>　　具有數(shù)據(jù)庫管理及查詢打印功能, 采用SQLSERVER 7.0 大型數(shù)據(jù)庫管理列車資料數(shù)據(jù)庫, 報警數(shù)據(jù)庫, 終端操作數(shù)據(jù)庫, 系統(tǒng)參數(shù)庫等。</p><p>　　第2章 基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)車定位系統(tǒng)</p>

38、<p>　　ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。</p><p>　　2.1 ZigBee無線技術(shù)簡介</p><p>　　2.1.1 ZigBee無線技術(shù)的概念</p><p>　

39、　蜜蜂在發(fā)現(xiàn)花叢后會通過一種特殊的肢體語言來告知同伴新發(fā)現(xiàn)的食物源位置等信息，這種肢體語言就是ZigZag行舞蹈，是蜜蜂之間一種簡單傳達(dá)信息的方式。借此意義Zigbee作為新一代無線通訊技術(shù)的命名。在此之前Zigbee也被稱為“HomeRF Lite”、“RF- EasyLink”或“fireFly”無線電技術(shù)，目前統(tǒng)稱為Zigbee。 </p><p>　　簡單的說，Zigbee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似

40、于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。Zigbee數(shù)傳模塊類似于移動網(wǎng)絡(luò)基站。通訊距離從標(biāo)準(zhǔn)的75m到幾百米、幾公里，并且支持無限擴(kuò)展。 </p><p>　　Zigbee是一個由可多到65000個無線數(shù)傳模塊組成的一個無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。 </p><p>　　與移動通信的CDMA網(wǎng)或GSM

41、網(wǎng)不同的是，Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要是為工業(yè)現(xiàn)場自動化控制數(shù)據(jù)傳輸而建立，因而，它必須具有簡單，使用方便，工作可靠，價格低的特點(diǎn)。而移動通信網(wǎng)主要是為語音通信而建立，每個基站價值一般都在百萬元人民幣以上，而每個Zigbee“基站”卻不到1000元人民幣。每個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不僅本身可以作為監(jiān)控對象，例如其所連接的傳感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還可以自動中轉(zhuǎn)別的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。除此之外，每一個Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(FFD)還可在

42、自己信號覆蓋的范圍內(nèi)，和多個不承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)信息中轉(zhuǎn)任務(wù)的孤立的子節(jié)點(diǎn)(RFD)無線連接</p><p>　　2.1.2 Zigbee的技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　ZigBee是一種無線連接，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上,分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率，它的傳輸距離在10-75m的

43、范圍內(nèi),但可以繼續(xù)增加。作為一種無線通信技術(shù)，ZigBee具有如下特點(diǎn)： </p><p>　　(1) 低功耗: 由于ZigBee的傳輸速率低,發(fā)射功率僅為1mW,而且采用了休眠模式，功耗低,因此ZigBee設(shè)備非常省電。據(jù)估算，ZigBee設(shè)備僅靠兩節(jié)5號電池就可以維持長達(dá)6個月到2年左右的使用時間,這是其它無線設(shè)備望塵莫及的。 </p><p>　　(2) 成本低： ZigBee模塊的

44、初始成本在6美元左右，估計很快就能降到1.5—2.5美元, 并且ZigBee協(xié)議是免專利費(fèi)的。低成本對于ZigBee也是一個關(guān)鍵的因素。 </p><p>　　(3) 時延短: 通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短，典型的搜索設(shè)備時延30ms,休眠激活的時延是15ms, 活動設(shè)備信道接入的時延為15ms。因此ZigBee技術(shù)適用于對時延要求苛刻的無線控制(如工業(yè)控制場合等)應(yīng)用。 </p><

45、;p>　　(4) 網(wǎng)絡(luò)容量大： 一個星型結(jié)構(gòu)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和一個主設(shè)備， 一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個ZigBee網(wǎng)絡(luò), 而且網(wǎng)絡(luò)組成靈活。 </p><p>　　(5) 可靠: 采取了碰撞避免策略，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙,避開了發(fā)送數(shù)據(jù)的競爭和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸模式， 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息。如果傳輸過程中出現(xiàn)

46、問題可以進(jìn)行重發(fā)。 </p><p>　　(6) 安全： ZigBee提供了基于循環(huán)冗余校驗(CRC)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,支持鑒權(quán)和認(rèn)證， 采用了AES-128的加密算法,各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。</p><p>　　2.1.3 Zigbee 的自組織網(wǎng)</p><p>　　ZigBee技術(shù)所采用的自組織網(wǎng)是怎么回事？舉一個簡單的例子就可以說明這個問題，

47、當(dāng)一隊傘兵空降后，每人持有一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊終端，降落到地面后，只要他們彼此間在網(wǎng)絡(luò)模塊的通信范圍內(nèi)，通過彼此自動尋找，很快就可以形成一個互聯(lián)互通的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。而且，由于人員的移動，彼此間的聯(lián)絡(luò)還會發(fā)生變化。因而，模塊還可以通過重新尋找通信對象，確定彼此間的聯(lián)絡(luò)，對原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行刷新。這就是自組織網(wǎng)。</p><p>　　2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)制定</p><p>　　ZigBee聯(lián)盟

48、對ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的制定：IEEE802.15.4的物理層、MAC層及數(shù)據(jù)鏈路層，標(biāo)準(zhǔn)已在2003年5月發(fā)布。ZigBee網(wǎng)絡(luò)層、加密層及應(yīng)用描述層的制定也取得了較大的進(jìn)展。V1.0版本已經(jīng)發(fā)布。其他應(yīng)用領(lǐng)域及其相關(guān)的設(shè)備描述也會陸續(xù)發(fā)布。由于ZigBee不僅只是802.15.4的代名詞，而且IEEE僅處理低級MAC層和物理層協(xié)議，因此ZigBee聯(lián)盟對其網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議和API進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。完全協(xié)議用于一次可直接連接到一個設(shè)備的基本節(jié)點(diǎn)的4

49、K字節(jié)或者作為Hub或路由器的協(xié)調(diào)器的32K字節(jié)。每個協(xié)調(diào)器可連接多達(dá)255個節(jié)點(diǎn)，而幾個協(xié)調(diào)器則可形成一個網(wǎng)絡(luò)，對路由傳輸?shù)臄?shù)目則沒有限制。ZigBee聯(lián)盟還開發(fā)了安全層，以保證這種便攜設(shè)備不會意外泄漏其標(biāo)識，而且這種利用網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離傳輸不會被其它節(jié)點(diǎn)獲得。</p><p>　　2.2 基于ZigBee技術(shù)的無線消防報警定位系統(tǒng)</p><p>　　消防一直是關(guān)系社會安定和公眾安全的重要

50、問題。隨著現(xiàn)代化城市布局的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,建筑物內(nèi)人口的增加,煤氣、家用電器設(shè)備和公用電器設(shè)備使用中出現(xiàn)的可燃?xì)怏w泄露、電氣設(shè)備過載、過熱、短路等不安全因素,均具有火災(zāi)隱患,重特大火災(zāi)發(fā)生幾率呈上升趨勢?，F(xiàn)代火災(zāi)已呈現(xiàn)出立體化、復(fù)雜化、多樣化的趨勢,對人民的生命和財產(chǎn)造成很大的威脅和損失。 2.2.1無線火災(zāi)報警系統(tǒng) 　　無線火災(zāi)報警系統(tǒng)與傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)的區(qū)別在于:前者是通過無線信號而不是用導(dǎo)線將各個裝置連成一個系統(tǒng),這就使得硬件

51、系統(tǒng)的安裝簡單而快速,最大限度減少對客戶的干擾和對建筑物的破壞。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)借助于無線電信號而不是導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù),并用電池為系統(tǒng)組件提供工作電源。當(dāng)傳感器監(jiān)測到異常信號,短波無線電在1秒之內(nèi)將所得數(shù)據(jù)傳送到控制面板,由天線完成系統(tǒng)的主要輸入輸出。 　　如今,幾乎所有布線連接的電器裝置都可以改由無線電信號來控制,同時隨著電器元件的成本、自動化裝配成本的下降,無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的成本也隨之大幅度降低,并且隨著系統(tǒng)整體性能的提高,無線火災(zāi)報

52、警系統(tǒng)在很多情況下與有線系統(tǒng)相比,無論是在性能上還是價格上,都具有相當(dāng)大的競爭力,</p><p>　　1、數(shù)據(jù)采集與傳輸 　　這一部分主要包括傳感器信息的采集、所使用的幾種通信方式、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。 　　傳感器信息的采集,其實就是處理傳感器和微控制器的接口。傳感器將采集來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,送進(jìn)微控制器;微控制器根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。 　　IEEE802.15.4規(guī)定所有的通信是基于包的。在數(shù)據(jù)通信部

53、分,RF芯片已經(jīng)對一些功能例如CCA、LQI、同步字探測、地址校驗、自動CRC等給予了硬件支持,這些減少了軟件設(shè)計時對于數(shù)據(jù)包形成和接收檢驗的工作量。本設(shè)計是采用非信標(biāo)使能的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它的通信機(jī)制在 IEEE802.15.4規(guī)范中有詳細(xì)的定義和說明,設(shè)計時應(yīng)按照規(guī)范,采用無時隙的CSM/CA算法,實現(xiàn)設(shè)備到協(xié)調(diào)器、協(xié)調(diào)器到設(shè)備以及對等實體之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸。 　　系統(tǒng)信息匯集在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器通過RS-232串口可與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行

54、通信,從而可在PC上更直觀和方便地了解網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作情況以及消防人員的位置。 2、組網(wǎng)及路由 　　這一部分主要包括:協(xié)調(diào)器如何建立網(wǎng)絡(luò),節(jié)點(diǎn)如何向父設(shè)備請求加入網(wǎng)絡(luò),協(xié)調(diào)器如何處理其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送的入網(wǎng)請求,允許節(jié)點(diǎn)加入;以及消息在網(wǎng)絡(luò)中如何</p><p>　　第3章 基于GPS定位系統(tǒng)的機(jī)車定位系統(tǒng)</p><p>　　GPS（Global Positioning System）

55、即全球定位系統(tǒng)，是美國研制的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，今采用wgs84坐標(biāo)系統(tǒng)。因地球在天球空間中的位置是不穩(wěn)定的，故協(xié)議用wgs84某一可的北極點(diǎn)指向位置。</p><p><b>　　GPS原理概述</b></p><p>　　3.1.1 GPS技術(shù)簡介</p><p>　　GPS（Global Positioning System）即全球定位系統(tǒng)

56、，是由美國建立的一個衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導(dǎo)航定位和測速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。例舉 “星眼”GPS定位終端，攜誠科技。 </p><p>　　現(xiàn)實生活中，GPS定位主要用于用于對移動的人、寵物、車及設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實時定位監(jiān)控的一門技術(shù)。GPS定位（以上海市連圖信息科技GPS車載終端設(shè)備為例）是結(jié)合了GPS技術(shù)、無

57、線通信技術(shù)(GSM/GPRS/CDMA)、圖像處理技術(shù)及GIS技術(shù)的定位技術(shù)，主要可實現(xiàn)如下功能： </p><p><b>　　1．跟蹤定位 </b></p><p>　　監(jiān)控中心能全天侯24小時監(jiān)控所有被控車輛的實時位置、行駛方向、行駛速度，以便最及時的掌握車輛的狀況。 </p><p><b>　　2．軌跡回放 </b&g

58、t;</p><p>　　監(jiān)控中心能隨時回放近60天內(nèi)的自定義時段車輛歷史行程、軌跡記錄。（根據(jù)情況，可選配軌跡DVD刻錄服務(wù)） </p><p><b>　　3．報警（報告） </b></p><p>　　3.1 超速報警：車輛行駛速度超出監(jiān)控中心預(yù)設(shè)的速度時，及時上報監(jiān)控中心 </p><p>　　3.2 區(qū)域報警（

59、電子圍欄）：監(jiān)控中心設(shè)定區(qū)域范圍，車輛超出或駛?cè)腩A(yù)設(shè)的區(qū)域會向監(jiān)控調(diào)度中心給出相應(yīng)的報警 </p><p>　　3.3 停車報告：調(diào)度中心可對車輛的歷史停車記錄以文字形式生成報表，其中描述車輛的停車地點(diǎn)、時間和開車時間等信息，并可對其進(jìn)行打印。 </p><p><b>　　4．地圖制作功能 </b></p><p>　　根據(jù)查看需要，客戶可以

60、添加修改自定義地圖線路，以更好服務(wù)企業(yè)運(yùn)行。</p><p><b>　　5．里程統(tǒng)計 </b></p><p>　　系統(tǒng)利用GPS車載終端的行駛記錄功能和GIS地理系統(tǒng)原理對車輛進(jìn)行行駛里程統(tǒng)計，并可生成報表且可打印。 </p><p><b>　　6．車輛信息管理 </b></p><p>　　

61、方便易用的管理平臺，提供了車輛、駕駛?cè)藛T、車輛圖片等信息的設(shè)定，以方便調(diào)度人員的工作。 </p><p><b>　　7．短信通知功能 </b></p><p>　　將被控車輛的各種報警或狀態(tài)信息在必要時發(fā)送到管理者手機(jī)上，以便隨時隨地掌握車輛重要狀態(tài)信息。 </p><p><b>　　8．車輛遠(yuǎn)程控制 </b><

62、/p><p>　　監(jiān)控中心可隨時對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程斷油斷電，鎖車功能。 </p><p><b>　　9．車載電話 </b></p><p>　　車載電話可以象普通手機(jī)一樣拔打電話，調(diào)度中心可對此電話進(jìn)行遠(yuǎn)程權(quán)限設(shè)置，即呼入限制、呼出限制、只能呼叫指定的若干電話號碼。 </p><p><b>　　10．油耗檢測 &l

63、t;/b></p><p>　　實時監(jiān)控車輛的油耗變化，并生成歷史時段油量變化報表或油量曲線圖，進(jìn)而直觀反映出油量的正常消耗與非正常消耗及加油數(shù)量不足等現(xiàn)象，達(dá)到油耗高水平管理，杜絕不良事件的發(fā)生。（需搭配油量傳感器） </p><p><b>　　11．車輛調(diào)度 </b></p><p>　　調(diào)度人員確定調(diào)度車輛或者在地圖上畫定調(diào)度范圍

64、，GPS系統(tǒng)自動向車輛或者畫定范圍內(nèi)的所有車輛發(fā)出調(diào)度命令，被調(diào)度車輛及時回應(yīng)調(diào)度中心，以確定調(diào)度命令的執(zhí)行情況。GPS系統(tǒng)還可對每輛車成功調(diào)度次數(shù)進(jìn)行月統(tǒng)計。 </p><p>　　GPS計劃始于1973年 ，已于1994年進(jìn)入完全運(yùn)行狀態(tài)。GPS的整個系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成： </p><p>　　空間部分（太空部分）</p><p>　　

65、GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛(wèi)星所組成，這些GPS工作衛(wèi)星共同組成了GPS衛(wèi)星星座，其中21顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，3顆為活動的備用衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星分布在6個傾角為55°的軌道上繞地球運(yùn)行。衛(wèi)星的運(yùn)行周期約為12恒星時。每顆GPS工作衛(wèi)星都發(fā)出用于導(dǎo)航定位的信號。GPS用戶正是利用這些信號來進(jìn)行工作的。 </p><p><b>　　控制部分</b></p>

66、<p>　　GPS的控制部分由分布在全球的由若干個跟蹤站所組成的監(jiān)控系統(tǒng)所構(gòu)成，根據(jù)其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監(jiān)控站和注入站。主控站有一個，位于美國克羅拉多（Colorado）的法爾孔（Falcon）空軍基地，它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時，它還對衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時，調(diào)度備用衛(wèi)星，替代失效的

67、工作衛(wèi)星工作；另外，主控站也具有監(jiān)控站的功能。監(jiān)控站有五個，除了主控站外，其它四個分別位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群（Ascencion）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)；注入站有三個，它們分別位于阿松森群島（Ascencion）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），注入站的作用是將主控站計算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)

68、星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。 </p><p>　　用戶部分（地面接收）</p><p>　　GPS的用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機(jī)氣象儀器等所組成。它的作用是接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進(jìn)行導(dǎo)航定位等工作。 以上這三個部分共同組成了一個完整的GPS系統(tǒng)。 </p><p><b>　　GPS的信號</b&

69、gt;</p><p>　　GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60MHz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調(diào)制著多種信號，這些信號主要有： </p><p><b>　　C/A碼</b></p>

70、<p>　　C/A碼又被稱為粗捕獲碼，它被調(diào)制在L1載波上，是1MHz的偽隨機(jī)噪聲碼（PRN碼），其碼長為1023位（周期為1ms）。由于每顆衛(wèi)星的C/A碼都不一樣，因此，我們經(jīng)常用它們的PRN號來區(qū)分它們。C/A碼是普通用戶用以測定測站到衛(wèi)星間的距離的一種主要的信號。 </p><p><b>　　P碼</b></p><p>　　P碼又被稱為精碼，它

71、被調(diào)制在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機(jī)噪聲碼，其周期為七天。在實施AS時，P碼與W碼進(jìn)行模二相加生成保密的Y碼，此時，一般用戶無法利用P碼來進(jìn)行導(dǎo)航定位。 </p><p>　　圖3-1 衛(wèi)星示意圖</p><p>　　3.1.3 導(dǎo)航信息</p><p>　　導(dǎo)航信息被調(diào)制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛(wèi)星的軌道參數(shù)、衛(wèi)星鐘改正數(shù)和其它一

72、些系統(tǒng)參數(shù)。用戶一般需要利用此導(dǎo)航信息來計算某一時刻GPS衛(wèi)星在地球軌道上的位置，導(dǎo)航信息也被稱為廣播星歷。 </p><p>　　SPS和PPS是GPS系統(tǒng)針對不同用戶提供兩種不同類型的服務(wù)。一種是標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)(SPSStandard Positioning Service)，另一種是精密定位服務(wù)(PPSPrecision Positioning Service)。這兩種不同類型的服務(wù)分別由兩種不同的子系統(tǒng)提供

73、，標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)由標(biāo)準(zhǔn)定位子系統(tǒng)(SPSStandard Positioning System)提供，精密定位服務(wù)則由精密定位子系統(tǒng)(PPSPrecision Positioning System)提供。 </p><p>　　SPS主要面向全世界的民用用戶。 </p><p>　　PPS主要面向美國及其盟國的軍事部門以及民用的特許用戶。 </p><p>　　在GP

74、S定位中，經(jīng)常采用下列觀測值中的一種或幾種進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以確定出待定點(diǎn)的坐標(biāo)或待定點(diǎn)之間的基線向量： </p><p>　　L1載波相位觀測值 </p><p>　　L2載波相位觀測值（半波或全波） </p><p>　　調(diào)制在L1上的C/A碼偽距 </p><p>　　調(diào)制在L1上的P碼偽距 </p><p>　　調(diào)

75、制在L2上的P碼偽距 </p><p>　　L1上的多普勒頻移 </p><p>　　L2上的多普勒頻移 </p><p>　　實際上，在進(jìn)行GPS定位時，除了大量地使用上面的觀測值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以外，還經(jīng)常使用由上面的觀測值通過某些組合而形成的一些特殊觀測值，如寬巷觀測值（Wide-Lane）、窄巷觀測值（Narrow-Lane）、消除電離層延遲的觀測值（Ion-F

76、ree）來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 </p><p>　　3.1.4 GPS的誤差</p><p>　　我們在利用GPS進(jìn)行定位時，會受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可分為以下四大類： </p><p><b>　　SA</b></p><p>　　美國政府從其國家利益出發(fā)，通過降低廣播星歷精度（ 技術(shù)）、在GP

77、S基準(zhǔn)信號中加入高頻抖動（ 技術(shù)）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時的精度。 </p><p><b>　　衛(wèi)星星歷誤差 </b></p><p>　　在進(jìn)行GPS定位時，計算在某時刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過各種類型的星歷[7]提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計算出的衛(wèi)星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。 </p

78、><p><b>　　衛(wèi)星鐘差 </b></p><p>　　衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標(biāo)準(zhǔn)時間之間的誤差。 </p><p>　　衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差 </p><p>　　衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號發(fā)射天線的標(biāo)稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。 </p>

79、;<p>　　3.1.5 GPS定位的基本原理</p><p>　　GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。如圖所示，假設(shè)t時刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測定GPS信號到達(dá)接收機(jī)的時間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式： </p><p>　　上述四個方程式

80、中待測點(diǎn)坐標(biāo)x、 y、 z 和Vto為未知參數(shù)，其中di=c△ti (i=1、2、3、4)。 </p><p>　　di (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。 </p><p>　　△ti (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時間。 </p><p>　　c為GPS信號的傳播

81、速度（即光速）。 </p><p>　　四個方程式中各個參數(shù)意義如下： </p><p>　　x、y、z 為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 </p><p>　　xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo)。 </p><p>　　可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。 </p><

82、p>　　Vt i (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。 </p><p>　　Vto為接收機(jī)的鐘差。 </p><p>　　由以上四個方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z 和接收機(jī)的鐘差Vto 。 </p><p><b>　　3.1.6 觀測值</b></p><

83、;p><b>　　偽距定位 </b></p><p>　　偽距定位所采用的觀測值為GPS偽距觀測值，所采用的偽距觀測值既可以是C/A碼偽距，也可以是P碼偽距。偽距定位的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理簡單，對定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問題，可以非常容易地實現(xiàn)實時定位；其缺點(diǎn)是觀測值精度低，C/A 碼偽距觀測值的精度一般為3米，而P碼偽距觀測值的精度一般也在30個厘米左右，從而導(dǎo)致定位成果精度低

84、，另外，若采用精度較高的P碼偽距觀測值，還存在AS的問題。 </p><p><b>　　載波相位定位 </b></p><p>　　載波相位定位所采用的觀測值為GPS的載波相位觀測值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優(yōu)點(diǎn)是觀測值的精度高，一般優(yōu)于2個毫米；其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜，存在整周模糊度的問題。 </p><p>&l

85、t;b>　　定位模式</b></p><p><b>　　絕對定位 </b></p><p>　　絕對定位又稱為單點(diǎn)定位，這是一種采用一臺接收機(jī)進(jìn)行定位的模式，它所確定的是接收機(jī)天線的絕對坐標(biāo)。這種定位模式的特點(diǎn)是作業(yè)方式簡單，可以單機(jī)作業(yè)。絕對定位一般用于導(dǎo)航和精度要求不高的應(yīng)用中。 </p><p><b>　　

86、相對定位 </b></p><p>　　相對定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺以上的接收機(jī)，同時對一組相同的衛(wèi)星進(jìn)行觀測，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系。 </p><p><b>　　運(yùn)動狀態(tài)</b></p><p><b>　　動態(tài)定位 </b></p><p>　　所謂動態(tài)

87、定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。也就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機(jī)天線的位置作為一個隨時間的改變而改變的量。動態(tài)定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。 </p><p><b>　　靜態(tài)定位 </b></p><p>　　所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。也

88、就是說，在數(shù)據(jù)處理時，將接收機(jī)天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式多臺接收機(jī)在不同的測站上進(jìn)行靜止同步觀測，時間由幾分鐘、幾小時甚至數(shù)十小時不等。 </p><p><b>　　在汽車跟蹤中的應(yīng)用</b></p><p>　　GPS利用全球?qū)Ш较到y(tǒng)，可以通過接收衛(wèi)星信號來適時確定地面位置?，F(xiàn)代科技通過G

89、SM無線網(wǎng)絡(luò)，將GPS確定的地面位置傳遞到一些專業(yè)的定位平臺，目前物流等行業(yè)存在的貨物遺失、被盜或發(fā)送錯誤等情況。該定位裝置可作為財產(chǎn)跟蹤器。使行業(yè)用戶、個人用戶及政府用戶實時掌握移動資產(chǎn)的地理信息，全面提高移動資產(chǎn)管理效率和安全監(jiān)控系數(shù)。該跟蹤器有助于客戶更加有效的利用移動資源進(jìn)行高效運(yùn)作，提高企業(yè)競爭力，實現(xiàn)客戶的利益最大化。 </p><p><b>　　GPS汽車跟蹤器</b><

90、;/p><p>　　汽車跟蹤器平臺上標(biāo)注出當(dāng)前位置。用戶可以用此方法很方便的得到目標(biāo)的位置。 </p><p>　　GPS在汽車跟蹤器中的應(yīng)用，已經(jīng)應(yīng)用到了生活的方方面面，在警用調(diào)查中，GPS汽車跟蹤器是決對不可缺少的一部分，警察將GPS定位器放到犯罪分子的行動工具上后，可以在警用監(jiān)控中心很方便的看到犯罪分子所有的區(qū)域和行動路線，達(dá)到及時發(fā)現(xiàn)犯罪窩點(diǎn)，解決治安隱患。 </p>&

91、lt;p>　　GPS在汽車跟蹤中，平臺是必不可少的，目前在國內(nèi)有很多這樣的平臺，里面內(nèi)置有各種最新的電子地圖和GOOGLE衛(wèi)星圖片。時時的標(biāo)注GPS汽車跟蹤器上傳定位平臺的位置信息，讓用戶一目了然的了解目標(biāo)的位置。 </p><p><b>　　GPS定位平臺</b></p><p>　　中心端采用固定IP接入，用來接收和處理GPS終端通過移動網(wǎng)絡(luò)提交上來的各種

92、數(shù)據(jù)，如終端當(dāng)前位置信息，終端的各種報警信息等，同時處理客戶端提交上來的各種查詢請求。 </p><p>　　中心端由硬件和軟件組成，軟件技術(shù)則包含數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GIS技術(shù)、負(fù)載均衡技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)等。 </p><p>　　GPS定位平臺根據(jù)不同應(yīng)用分以下幾種： </p><p>　　1. 出租車、長途客車、貨運(yùn)車輛的監(jiān)控調(diào)度指揮系統(tǒng) </p>&l

93、t;p>　　2. 物流車輛的監(jiān)控、調(diào)度指揮系統(tǒng) </p><p>　　3. 交通管理等政府部門車輛的調(diào)度指揮系統(tǒng) </p><p>　　4. 保險公司值勤車輛的監(jiān)控、調(diào)度指揮系統(tǒng) </p><p>　　5. 公安、交警值勤車輛的監(jiān)控、調(diào)度指揮系統(tǒng) </p><p>　　6. 銀行運(yùn)鈔車輛的監(jiān)控調(diào)度指揮系統(tǒng) </p><

94、;p>　　7. 郵政、120急救車輛調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng) </p><p>　　8. 機(jī)關(guān)、企業(yè)四人車輛的定位控制等等 </p><p>　　9. 小孩、老人定位 </p><p>　　10. v-ern-ment職能部門處置緊急突發(fā)事件，對具體負(fù)責(zé)人行動小組進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)度管理。 </p><p>　　11. 軍警演習(xí)操控調(diào)度指揮監(jiān)控管理。

95、</p><p>　　12. 檢調(diào)追蹤，公務(wù)車輛管理監(jiān)控等。 </p><p>　　13. 高科技安全防護(hù)緊急救援禮品。 </p><p>　　14. 私人偵探工具等。 </p><p>　　15. 老年癡呆癥患者及盲人隨身攜帶，避免走失。 </p><p>　　16. 精神病患者隨身攜帶避免走失。 </p>

96、;<p>　　17. 公安對犯毒進(jìn)行跟蹤。1 </p><p>　　18. 婚姻家庭出現(xiàn)問題（第三者）。 </p><p>　　19. 盲人行走不便進(jìn)行跟蹤。 </p><p>　　20. 自行車、電動車、摩托車防偷跟蹤 </p><p>　　21. 老鷹放飛路線跟蹤。 </p><p>　　22、 運(yùn)動

97、員訓(xùn)練路線跟蹤。 </p><p>　　3.1.12 使用注意事項</p><p>　　1.在家不能搜星 GPS靠直接接收美國GPS衛(wèi)星信號工作，需要在室外看到天空的地方才能接收到衛(wèi)星信號，室內(nèi)不能接收！ 2.電池使用時間短 所有車載型GPS電池連續(xù)使用時間都不長，因車上有點(diǎn)煙器電源，設(shè)計者認(rèn)為沒有機(jī)會需要長時間用電池待機(jī)，電池只做備用，不插電源連續(xù)使用一般只有40分鐘～1.5小時，型號不

98、同，使用不同，還會有較大差異。 需要注意的是汽車點(diǎn)火發(fā)動的瞬間，啟動電流很大，有沖擊燒毀車充保險絲的風(fēng)險，最好在汽車啟動的時候，不要在點(diǎn)煙器上插車充，啟動后再連接。 3.定位不準(zhǔn) GPS正常平面定位誤差在10-20米以內(nèi)，受到如天氣，美國GPS政策等諸多因素影響，有時還會更大。如果地圖指示位置沒有很準(zhǔn)確在路上，原因可能是信號不良導(dǎo)致延滯造成誤差，也可能是地圖數(shù)據(jù)偶爾偏差，也有可能是路很寬，所以看起來GPS好像穩(wěn)定偏移路面。 4.不能搜星

99、或者搜星慢 遇到不能搜星或者搜星慢的情況不要著急，請換地點(diǎn)改時間再試試。不要用一兩次，或一兩天就決定GPS的好壞，由于衛(wèi)星狀態(tài)每天都不同，也許同一個地方，上午信號滿格，但晚上信號差點(diǎn)。 </p><p>　　3.1.13 影響因素</p><p>　　1、美國國防部SA衛(wèi)星信號干擾。（衛(wèi)星信號受美國控制，偶爾有可能會中斷信號服務(wù)） 2、天氣因素。如：太陽黑子、惡劣天氣（降低訊號強(qiáng)度，但不影

100、響定位） 3、電氣電磁干擾；遮蔽物下（建筑物里，山谷、峽谷、隧道） 4、汽車擋風(fēng)玻璃上的隔熱膜、隔熱紙、金屬成份遮蔽等。（降低訊號強(qiáng)度，但不影響定位） 時間顯示不正常 GPS上的日期時間是專門用來顯示衛(wèi)星時間的，GPS收到衛(wèi)星信號才顯示正常，沒信號時不正常，它不是常用的電子表，不能調(diào)整不能保存。 GPS定位原理 衛(wèi)星定位系統(tǒng)共有24顆人造衛(wèi)星分布在工作6個軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，每個軌道間互成120度角，使得GPS使用者在任何時間、地點(diǎn)都可接收到衛(wèi)

101、星信號加以定位。且不受天氣的影響（受地形或建筑物遮蔽影響，也就是在室內(nèi)或公交車上較難收到衛(wèi)星信號。</p><p>　　3.2 GPS技術(shù)在機(jī)車頭燈自動尋跡中的應(yīng)用</p><p>　　3.2.1 機(jī)車頭燈自動尋跡的可行性分析</p><p>　　在我國,機(jī)車頭燈是不能旋轉(zhuǎn)的，它被固定在機(jī)車頭部。當(dāng)機(jī)車進(jìn)入彎道時，機(jī)車頭燈照射的方向和鐵軌線路相切，也就是說，機(jī)車頭燈

102、不能始終照射在軌道的中心線上。因此，機(jī)車在夜間高速行駛中帶來了安全隱患。</p><p>　　GPS定位技術(shù)的工作原理是，GPS接收機(jī)從24顆在軌衛(wèi)星中選出4顆最佳位置的衛(wèi)星，衛(wèi)星發(fā)出的時間信號好比一個精確的時鐘信號，從而算出每個衛(wèi)星的半徑距離，再以衛(wèi)星的位置利用三角定位原理定出機(jī)車的位置及高度。GPS接收機(jī)定位精度在50m以內(nèi)，如果需要的話，加上后期優(yōu)化算法處理過程，精確度可以更高，而采用DGPS技術(shù)后定位精度

103、可達(dá)3m?？梢奊PS技術(shù)是一個高精度的定位技術(shù)。</p><p>　　鐵路不同于公路，一輛確定的機(jī)車只在固定的某一段線路及某一時段上運(yùn)行。通過裝有GPS接收機(jī)的控制系統(tǒng)接收離散定位數(shù)據(jù)，可以高精度的模擬出該機(jī)車所經(jīng)過的鐵路軌跡，從而計算出該段線路所有彎道的起始位置、結(jié)束位置和曲率半徑。當(dāng)系統(tǒng)獲得了以上數(shù)據(jù)，根據(jù)算法和控制指令，可以控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動頭燈，使它始終照射在鐵路中心線上。</p><p

104、>　　3.2.2 系統(tǒng)整體解決方案</p><p>　　機(jī)車頭燈自動尋跡系統(tǒng)的硬件構(gòu)成：</p><p>　　本系統(tǒng)使用ARM核微控制器作為控制中心，外圍電路由GPS接收機(jī)、電氣控制模塊和Flash存儲模塊組成。硬件原理圖如圖3-2所示。 </p><p>　　圖3-2 機(jī)車頭燈自動尋跡系統(tǒng)硬件原理圖</p><p><b>

105、　　系統(tǒng)中央處理單元：</b></p><p>　　采用Atmel公司的嵌入式CPU芯片AT91R40008，這是一款具有ARM7TDMI核的處理器，外圍接口豐富，處理能力強(qiáng)，低功耗，具有兩條主要總線：先進(jìn)系統(tǒng)總線ASB(Advanced System Bus)和先進(jìn)外圍總線APB(Advanced Peripheral Bus)。它用于接收GPS接收機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)、進(jìn)行線路數(shù)據(jù)提取，線路算法計算和產(chǎn)生

106、控制信號。</p><p><b>　　GPS接收機(jī)：</b></p><p>　　為簡化整個系統(tǒng)的設(shè)計，采用了LBWXG1 Jupiter GPS接收機(jī)，這款接收機(jī)的幾個重要參數(shù)如下：同時跟蹤12顆衛(wèi)星，重新捕獲時間小于2.0s，熱啟動時間小于18s，冷啟動時間小于120s，速度精度為0.1m/s，定位精度小于15m(2dRMS)，時間精度為1μs，加速度限制為4g

107、，速度限制為950m/s，數(shù)據(jù)更新率為 1次/s，可連續(xù)更新，能夠輸出NMEA格式或者二進(jìn)制格式數(shù)據(jù)。該型GPS接收機(jī)可以滿足機(jī)車定位精度要求，用于接收衛(wèi)星信號，向中央處理器傳送數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　電氣控制模塊：</b></p><p>　　由專用的硬件電路組成，用于接收微處理器的控制信息，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)車頭燈旋轉(zhuǎn)。</p><

108、p>　　3.2.3 機(jī)車頭燈自動尋跡系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　整個系統(tǒng)解決方案分2個階段。</p><p>　　第1階段是GIS地圖生成階段。對于一條從來沒有運(yùn)行該系統(tǒng)的鐵路線路來說，線路數(shù)據(jù)文件是不存在的，必須通過調(diào)用系統(tǒng)中線路采集程序生成 GIS地圖。首先，Jupiter GPS接收機(jī)通過GPS天線接收衛(wèi)星信號，讀取RMC數(shù)據(jù)，從中解算出機(jī)車移動終端的位置信息，就是提取

109、機(jī)車當(dāng)前位置的經(jīng)度(Long)和緯度(Lat)數(shù)據(jù)，并以(Lat ，Long)的形式存儲在存儲器中。然后，采用樣條插值擬合算法，優(yōu)化線路數(shù)據(jù)。最后，重復(fù)以上二步，最終形成該條線路離散GIS地圖，并保存在系統(tǒng) Flash中，作為系統(tǒng)參考地圖。</p><p>　　第2階段是系統(tǒng)控制階段。當(dāng)系統(tǒng)生成GIS參考地圖后，就可以在該條線路上運(yùn)行系統(tǒng)控制程序，控制機(jī)車頭燈自動尋跡。當(dāng)機(jī)車運(yùn)行時，Jupiter GPS接收機(jī)接

110、收衛(wèi)星信號，通過RS232串口發(fā)送到中央控制單元MCU，MCU讀取RMC數(shù)據(jù)，從中提取經(jīng)度(Long)、緯度(Lat)和速度(Velocity)數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)系統(tǒng)位置識別算法，識別出與GIS參考地圖數(shù)據(jù)最接近的地理位置，從而判斷機(jī)車前方是否進(jìn)入彎道。若進(jìn)入，則求解彎道的曲率半徑及旋轉(zhuǎn)步數(shù)，進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.2.4 機(jī)車頭燈自動尋跡系統(tǒng)的軟件構(gòu)成</p><p&g

111、t;<b>　　GPS數(shù)據(jù)的提?。?lt;/b></p><p>　　日前，幾乎所有GPS廠商都遵循美國國家海洋電子協(xié)會(NaTIonal Marine Electronics Association)制定的NMEA-0183 version 2.01通信標(biāo)準(zhǔn)格式，所有數(shù)據(jù)信息以ASCII格式編碼，輸出語句達(dá)十多種，包括GGA、GSA、GSV、RMC、BIT、RID、ZCH等。這些定位數(shù)據(jù)語句不僅