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摘要：GPS/GIS 110车辆调度系统主要应用智能交通系统ITS（Intelligent Transport Systems）关键技术，车辆导航系统是其中最关键的技术，实时连续地对车辆的运行轨迹进行显示和回放，并且对车辆的准确位置、速度、方向进行监控，实现导航定位与地图查询功能的结合，有效地指导110车辆正确、安全、准确地达到需要帮助地区。随着我国的车辆导航定位系统的逐步完善和车辆导航定位技术的不断提高，将会给110车辆调度系统以及其它的车辆调度监控系统的研究带来更为深远的影响。
关键词：110车辆导航系统；管理系统；规划；设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
0引言
随着国民经济的高速发展和城市化、机动化进程的加快，城市规模不断扩大，机动车拥有量及道路交通流量急剧增加。根据我国目前ITS（Intelligent Transport Systems）的发展阶段来看，现在已经有研究成型的110车辆调度系统。本文以城市110车辆调度管理为研究对象，进行城市交通系统智能化的研究，以加快城市交通系统科学化、现代化进程，从而提高城市的交通系统管理水平，缓解城市交通压力。建立基于GPS/GIS的110车辆调度系统最终目的是建立快速、准时、安全、便捷的110车辆调度体系，以保证110系统的快速及时的服务，做到迅速解决群众问题。该系统是将先进的信息技术、定位导航技术、数据通信传输技术、自动控制技术、图象分析技术以及计算机网络和信息处理技术等有效地综合运用于110车辆交通管理体系，建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的，准确、高效的110车辆调度综合管理系统。
1110车辆导航系统概述
110车辆导航系统是把GPS全球卫星定位技术、地理信息系统(GIS)技术和现代计算机技术综合在一起的高科技系统，其主要功能是通过GPS接收机接收GPS定位信号，然后在导航电子计算机中解算出车辆目前的经度、纬度等定位信息，然后将定位信息存入数据库，在具有地理信息查询功能的电子地图上显示出来。并且可以实时连续地对车辆的准确位置、速度、方向进行监控和查询。对最优的路径进行计算和规划，帮助110车辆人员及时了解车辆目前的位置和状况，并且可以准确地选择路线，实现导航定位与地图查询功能的结合，有效地指导110人员正确地驾驶车辆，安全、准确地达到目的地。
图1 110车辆监控系统的总体结构
车辆定位监控系统总体结构如图1 所示，由图可知系统由车载终端、GSM/GPRS 通信链路、服务器中间件系统、客户端软件系统组成。车载终端完成车辆定位、报警信息、车辆状态等数据的采集及信息发送，GSM/GPRS 通信链路完成信息的交互，中心服务器完成車载数据的接收及数据存储，客户端完成车辆的监控、调度，报警处理及系统维护等。
GSM（Global System for Mobile Communications环球移动通讯系统），是一个开放、不断演变改进的系统。这个系统最强的优点之一在于拥有国际漫游的功能，消费者可以凭一个号码，在全球超过159个国家不受阻各地接受同等质量的电话服务。GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国目前已建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众陆地移动通信网的主要方式。它提供多种业务，主要有话音业务、短消息业务、数据业务等，选择哪一种业务传送GPS车辆定位数据对整个系统的性能和运行成本有很大的关系。
2110车辆调度系统中GPS与GIS集成模型
利用GIS的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，可以组成GPS+GIS的各种电子导航系统，在110车辆调度系统研究当中存在着几种复杂程度不同、成本也不同的集成模式：
1）GPS单机定位+栅格式电子地图。该集成系统可以实时地显示110车辆所在的位置，从而进行辅助导航定位。这种模式的优点是价格便宜，不需要实时通信；其缺点是精度和自动化程度均不高。
2）GPS单机定位+矢量式电子地图。该系统可根据110车辆位置（GPS测定）自动计算和显示最佳路径，由控制中心引导110车辆的人员以最快的速度到达目的地，并可用多媒体方式向110车辆人员提示。其缺点是矢量地图（交通图）数据库的成本较高，对GPS的测定误差要设法加以补偿和更正。
3）GPS差分定位+矢量/栅格式电子地图。该系统通过固定站与110车辆车载之间两台或多台GPS接收机伪距或载波相位差分技术，可使定位精度到达1到3米或更高。这种集成模式不仅在车辆调度当中应用，在船舶现状监视系统中也有应用，而且这种GPS+GIS集成系统也可用语农作物耕作经营中。
道路匹配算法的基本思想是将定位点向离它最近的道路投影，然后以投影点坐标作为新的定位坐标，如果遇到十字路口，还要考虑原来车辆的行驶方向，这样才能避免投影算法造成的一些错误。通过道路匹配算法可以明显地改善110车辆定位“效果”，使其行驶轨迹更“真实”地反映到矢量电子地图上。
3110车辆调度系统中的电子导航地图
地理信息系统(Geographic Information System, GIS)能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来的信息技术，它不但克服了数据库和图形系统各自固有的局限性，而且使二者的优势强强联合，优势更加突出，功能倍增。GPS110车辆监控系统监控台软件就是利用GIS技术，把110车辆位置和相关状态信息显示在矢量电子地图上，为110车辆的管理和控制提供可视化的操作手段。再附以与110报警系统的自动或手动的连接，就可实现高度现代化的、智能化的110车辆综合管理和控制功能。GIS是监控中心软件的核心功能，它是实现其他功能的基础。所以GIS模块的开发方式和开发进度的选择、安排，关系到整个车辆监控系统软件部分的实现。
建立110车辆调度系统的电子导航地图以完成车辆监控调度为目的，需要的是道路信息，需要将道路分段数字化，为后来提取路段和节点数据做准备。数字化该地区道路网时，将道路网分三层存储：GSL层、JD层、ZGD层。数字化后的道路网如图2、图3所示。将高速公路存为GSL层，将街道存为JD层，将主干道存为ZGD层。
图2 道路数字化图
图3 ZGD层
4系统中最短路径算法的实现
城市道路网的矢量地图表达和网络拓扑结构的构建是实现最短路径分析系统的不可或缺的基础工作，而最短路径算法的高效实现则是最短路径分析系统的核心。由于最短路径分析在110报警系统以及其它各种城市应急系统(如119火警以及120急救系统)中应用非常广泛，这些城市应急系统对最短路径分析的实时性要求都比较高。对于基于GPS/GIS的110车辆指挥调度系统来说，当情况发生时，如何准确确定报警点及位置，并快速生成通往出事地点的最短行车路线是该系统中的关键性的问题之一，高效率的实现可以提高110系统的快速反应能力和整体指挥作战能力。因此最短路径算法的执行效率直接决定了最短路径分析系统的实用价值。
参照最短路径分析的应用背景，我们所讨论的最短路径算法主要研究如何快速寻找两个指定节点之间的最短路径。110报警系统（以及119火警、医疗救护系统）属于各种应急系统一般要求计算出到出事地点的最佳路线的时间应该在几秒内，在行车过程中还需要实时计算出车辆前方的行驶路线，这就决定了最短路径问题的实现应该是高效率的。其实,无论是距离最短、时间最快还是费用最低，它们的核心算法都是最短路径算法。常用的最短路径计算方法有A*算法和Dijkstra算法。
5110车辆监控调度的实现
110车辆的监控调度是系统功能的一个核心。车辆监控调度模块通过消息机制和车载端口通信模块连接，然后通过110车载端通信模块将控制指令下发到中间件，通过中间件下发到110车辆终端，完成车辆的监控调度功能。车辆监控调度模块接收到车载信息和报警信息后，通过 GIS 的车辆跟踪实现车辆的监控。车辆监控分为单车监控和全车监控，单车监控是对单个车辆的跟踪监控，全车监控是所有车辆的分布情况监控，实现了全局到局部的统一监控管理。对于车辆监控、调度、远程控制等功能实现的链路基本相似，一般通过消息来激活功能设置，然后设置监控、控制等初始化参数，根据通信协议将参数打包，通过客户端通信系统发送到中间件，中间件将其下发到车载，指令下达成功就可完成相应的功能。
6结语
本文采用先进的GPS全球卫星定位技术、GIS地理信息系统技术、GPS與GIS的集成结合以及GSM全球数据通信技术、及计算机数据处理技术和现代数据通信技术进行了110车辆监控调度系统的开发研究，初步开发出了一个具有全天候卫星定位、电子地图显示和车辆跟踪功能的GPS110车辆监控系统。根据110车辆跟踪实时性的要求，此系统中通信链路的建立、定位数据信息的传输成为开发过程中尤为突出的问题。选择了GSM网络的短信息服务(SMS)方式。这种方式不仅覆盖范围广，通信费用低，而且在GSM短信服务的许可下，可容纳极大数量监控目标。此系统利用无线通信模块的通信能力，结合短信息通信技术，实现了远程定位数据传输。
参考文献：
[1] 吴立新，史文中.《地理信息系统原理与算法》科学出版社，2003
[2] 王惠南等.《GPS导航原理与应用》 科学出版社，2003
[3] 常青，杨东凯，寇艳红，张其善.《车辆导航定位方法及应用》机械工业出版社
[4] 刘基余.《GPS定位技术在测绘中的作用和影响》 导航，1992
[5] 安东，任思聪.《GPS/INS系统的容错设计》 导航，1994
[6] 程慧俐，张洪铖.《智能导航系统总体框架》 导航，1994
[7] 李庆海，崔春芳.《卫星大地测量原理》 测绘出版社，1989
[8] 言中，丁字明.《卫星无线电导航》 国防工业出版社，1989
[9] 王惠南，应金栋.《GPS载体姿态测量中的LAMBDA方法研究》 航空学报2001，Vol,22,No1
关键词：110车辆导航系统；管理系统；规划；设计
中图分类号： S611 文献标识码： A
0引言
随着国民经济的高速发展和城市化、机动化进程的加快，城市规模不断扩大，机动车拥有量及道路交通流量急剧增加。根据我国目前ITS（Intelligent Transport Systems）的发展阶段来看，现在已经有研究成型的110车辆调度系统。本文以城市110车辆调度管理为研究对象，进行城市交通系统智能化的研究，以加快城市交通系统科学化、现代化进程，从而提高城市的交通系统管理水平，缓解城市交通压力。建立基于GPS/GIS的110车辆调度系统最终目的是建立快速、准时、安全、便捷的110车辆调度体系，以保证110系统的快速及时的服务，做到迅速解决群众问题。该系统是将先进的信息技术、定位导航技术、数据通信传输技术、自动控制技术、图象分析技术以及计算机网络和信息处理技术等有效地综合运用于110车辆交通管理体系，建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的，准确、高效的110车辆调度综合管理系统。
1110车辆导航系统概述
110车辆导航系统是把GPS全球卫星定位技术、地理信息系统(GIS)技术和现代计算机技术综合在一起的高科技系统，其主要功能是通过GPS接收机接收GPS定位信号，然后在导航电子计算机中解算出车辆目前的经度、纬度等定位信息，然后将定位信息存入数据库，在具有地理信息查询功能的电子地图上显示出来。并且可以实时连续地对车辆的准确位置、速度、方向进行监控和查询。对最优的路径进行计算和规划，帮助110车辆人员及时了解车辆目前的位置和状况，并且可以准确地选择路线，实现导航定位与地图查询功能的结合，有效地指导110人员正确地驾驶车辆，安全、准确地达到目的地。
图1 110车辆监控系统的总体结构
车辆定位监控系统总体结构如图1 所示，由图可知系统由车载终端、GSM/GPRS 通信链路、服务器中间件系统、客户端软件系统组成。车载终端完成车辆定位、报警信息、车辆状态等数据的采集及信息发送，GSM/GPRS 通信链路完成信息的交互，中心服务器完成車载数据的接收及数据存储，客户端完成车辆的监控、调度，报警处理及系统维护等。
GSM（Global System for Mobile Communications环球移动通讯系统），是一个开放、不断演变改进的系统。这个系统最强的优点之一在于拥有国际漫游的功能，消费者可以凭一个号码，在全球超过159个国家不受阻各地接受同等质量的电话服务。GSM系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国目前已建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众陆地移动通信网的主要方式。它提供多种业务，主要有话音业务、短消息业务、数据业务等，选择哪一种业务传送GPS车辆定位数据对整个系统的性能和运行成本有很大的关系。
2110车辆调度系统中GPS与GIS集成模型
利用GIS的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，可以组成GPS+GIS的各种电子导航系统，在110车辆调度系统研究当中存在着几种复杂程度不同、成本也不同的集成模式：
1）GPS单机定位+栅格式电子地图。该集成系统可以实时地显示110车辆所在的位置，从而进行辅助导航定位。这种模式的优点是价格便宜，不需要实时通信；其缺点是精度和自动化程度均不高。
2）GPS单机定位+矢量式电子地图。该系统可根据110车辆位置（GPS测定）自动计算和显示最佳路径，由控制中心引导110车辆的人员以最快的速度到达目的地，并可用多媒体方式向110车辆人员提示。其缺点是矢量地图（交通图）数据库的成本较高，对GPS的测定误差要设法加以补偿和更正。
3）GPS差分定位+矢量/栅格式电子地图。该系统通过固定站与110车辆车载之间两台或多台GPS接收机伪距或载波相位差分技术，可使定位精度到达1到3米或更高。这种集成模式不仅在车辆调度当中应用，在船舶现状监视系统中也有应用，而且这种GPS+GIS集成系统也可用语农作物耕作经营中。
道路匹配算法的基本思想是将定位点向离它最近的道路投影，然后以投影点坐标作为新的定位坐标，如果遇到十字路口，还要考虑原来车辆的行驶方向，这样才能避免投影算法造成的一些错误。通过道路匹配算法可以明显地改善110车辆定位“效果”，使其行驶轨迹更“真实”地反映到矢量电子地图上。
3110车辆调度系统中的电子导航地图
地理信息系统(Geographic Information System, GIS)能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来的信息技术，它不但克服了数据库和图形系统各自固有的局限性，而且使二者的优势强强联合，优势更加突出，功能倍增。GPS110车辆监控系统监控台软件就是利用GIS技术，把110车辆位置和相关状态信息显示在矢量电子地图上，为110车辆的管理和控制提供可视化的操作手段。再附以与110报警系统的自动或手动的连接，就可实现高度现代化的、智能化的110车辆综合管理和控制功能。GIS是监控中心软件的核心功能，它是实现其他功能的基础。所以GIS模块的开发方式和开发进度的选择、安排，关系到整个车辆监控系统软件部分的实现。
建立110车辆调度系统的电子导航地图以完成车辆监控调度为目的，需要的是道路信息，需要将道路分段数字化，为后来提取路段和节点数据做准备。数字化该地区道路网时，将道路网分三层存储：GSL层、JD层、ZGD层。数字化后的道路网如图2、图3所示。将高速公路存为GSL层，将街道存为JD层，将主干道存为ZGD层。
图2 道路数字化图
图3 ZGD层
4系统中最短路径算法的实现
城市道路网的矢量地图表达和网络拓扑结构的构建是实现最短路径分析系统的不可或缺的基础工作，而最短路径算法的高效实现则是最短路径分析系统的核心。由于最短路径分析在110报警系统以及其它各种城市应急系统(如119火警以及120急救系统)中应用非常广泛，这些城市应急系统对最短路径分析的实时性要求都比较高。对于基于GPS/GIS的110车辆指挥调度系统来说，当情况发生时，如何准确确定报警点及位置，并快速生成通往出事地点的最短行车路线是该系统中的关键性的问题之一，高效率的实现可以提高110系统的快速反应能力和整体指挥作战能力。因此最短路径算法的执行效率直接决定了最短路径分析系统的实用价值。
参照最短路径分析的应用背景，我们所讨论的最短路径算法主要研究如何快速寻找两个指定节点之间的最短路径。110报警系统（以及119火警、医疗救护系统）属于各种应急系统一般要求计算出到出事地点的最佳路线的时间应该在几秒内，在行车过程中还需要实时计算出车辆前方的行驶路线，这就决定了最短路径问题的实现应该是高效率的。其实,无论是距离最短、时间最快还是费用最低，它们的核心算法都是最短路径算法。常用的最短路径计算方法有A*算法和Dijkstra算法。
5110车辆监控调度的实现
110车辆的监控调度是系统功能的一个核心。车辆监控调度模块通过消息机制和车载端口通信模块连接，然后通过110车载端通信模块将控制指令下发到中间件，通过中间件下发到110车辆终端，完成车辆的监控调度功能。车辆监控调度模块接收到车载信息和报警信息后，通过 GIS 的车辆跟踪实现车辆的监控。车辆监控分为单车监控和全车监控，单车监控是对单个车辆的跟踪监控，全车监控是所有车辆的分布情况监控，实现了全局到局部的统一监控管理。对于车辆监控、调度、远程控制等功能实现的链路基本相似，一般通过消息来激活功能设置，然后设置监控、控制等初始化参数，根据通信协议将参数打包，通过客户端通信系统发送到中间件，中间件将其下发到车载，指令下达成功就可完成相应的功能。
6结语
本文采用先进的GPS全球卫星定位技术、GIS地理信息系统技术、GPS與GIS的集成结合以及GSM全球数据通信技术、及计算机数据处理技术和现代数据通信技术进行了110车辆监控调度系统的开发研究，初步开发出了一个具有全天候卫星定位、电子地图显示和车辆跟踪功能的GPS110车辆监控系统。根据110车辆跟踪实时性的要求，此系统中通信链路的建立、定位数据信息的传输成为开发过程中尤为突出的问题。选择了GSM网络的短信息服务(SMS)方式。这种方式不仅覆盖范围广，通信费用低，而且在GSM短信服务的许可下，可容纳极大数量监控目标。此系统利用无线通信模块的通信能力，结合短信息通信技术，实现了远程定位数据传输。
参考文献：
[1] 吴立新，史文中.《地理信息系统原理与算法》科学出版社，2003
[2] 王惠南等.《GPS导航原理与应用》 科学出版社，2003
[3] 常青，杨东凯，寇艳红，张其善.《车辆导航定位方法及应用》机械工业出版社
[4] 刘基余.《GPS定位技术在测绘中的作用和影响》 导航，1992
[5] 安东，任思聪.《GPS/INS系统的容错设计》 导航，1994
[6] 程慧俐，张洪铖.《智能导航系统总体框架》 导航，1994
[7] 李庆海，崔春芳.《卫星大地测量原理》 测绘出版社，1989
[8] 言中，丁字明.《卫星无线电导航》 国防工业出版社，1989
[9] 王惠南，应金栋.《GPS载体姿态测量中的LAMBDA方法研究》 航空学报2001，Vol,22,No1