車載GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)中信號的分析與處理

引言

隨著汽車在日常生產(chǎn)和生活中起的作用越來越突出，如何實現(xiàn)各類車輛的有效指揮、協(xié)調(diào)控制和管理已經(jīng)成為交通運輸和安全管理部門面臨的一個重要問題。為了滿足提高運輸效率和安全保障的需要，對車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的研究也日趨迫切。

車載GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)是GSM全球數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)和GIS地理信息技術(shù)、GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合研制開發(fā)出來的軟件技術(shù)。它是通過安裝在車輛上的GPS接收機(即車載機)接收衛(wèi)星信號，監(jiān)控中心的通信控制器從GPS接收機輸出的信號中提取所需要的位置、速度和時間信息，結(jié)合車輛身份等信息形成數(shù)據(jù)報，然后通過無線信道發(fā)往控制中心；控制中心的主站接收子站發(fā)送的數(shù)據(jù)，處理接收信息通過短消息的方式逐次直接發(fā)送給每一臺車載機。最后，將車輛的具體數(shù)據(jù)和狀態(tài)在監(jiān)控中心的電子地圖上顯示出來。

本文討論的就是從接收機輸出的信號中提取所需要的位置、速度和時間信息的方法，以及中心處理信息后發(fā)送命令集的實現(xiàn)過程。

GPS車載機的通信協(xié)議

車載機與監(jiān)控中心之間的通信方式均以中心發(fā)送命令，車載機應(yīng)答的方式進行，所以我們對車載機GPS信號的分析與處理必須完全依據(jù)車載GPS接收機與監(jiān)控中心的通信協(xié)議來進行，下面是GPS車載機通信協(xié)議的部分內(nèi)容。

車載機返回信息
一般信息：
*XX，YYYYYYYYYY，V1，HHMMSS，S，latitude，D，longitu de，G，speed，direction，DDMMYY，vehicle_status#
確認信息：
*XX，YYYYYYYYYY，V4，CMD，hhmmss，HHMMSS，S，latitu de，D，longitude，G，speed，direction，DDM MYY，vehicle_status#
區(qū)分一般信息和確認信息的方法是看車載機傳回來的信息中是否包含“V4”，判斷返回信息是否有效的方法是看回傳信息中是否包含“HQ(制造商名稱)”。

其中：‘*’表示命令頭；‘XX’表示制造商名稱；‘,’表示分隔符；‘YYYYYYYYYY’表示車載機序列號；‘CMD’表示被確認的中心命令；‘hhmmss’表示被確認命令中的時間值；‘HHMMSS’表示車載機時間；‘S’表示數(shù)據(jù)有效位；‘latitude’表示緯度；‘D’表示緯度標志；‘longitude’表示經(jīng)度；‘G’表示經(jīng)度標志；‘speed ’表示速度；‘direction’表示方位角；‘DDMMYY’表示日/月/年；‘vehicle_status ’表示車輛狀態(tài)。

車載機返回GPS信息模式有兩種，一是返回最近的有效的GPS信息；二是返回最新的GPS信息。

中心發(fā)送命令結(jié)構(gòu)和命令集

中心發(fā)送命令結(jié)構(gòu)是：*XX,YYYYYYYYYY，CMD，HHMMSS，PARA1，PARA2，...#
在編寫中心發(fā)送指令時必需按照這個格式來寫，下面列出其中的七個中心發(fā)送命令。
定位監(jiān)控命令D1：該指令要求車載機以interval為時間間隔，回傳count次定位信息。
自動監(jiān)控設(shè)置命令S17：該指令完成對自動監(jiān)控參數(shù)的設(shè)置。
參數(shù)設(shè)置指令S12：該指令僅用于對S17命令的開關(guān)控制。
設(shè)置監(jiān)控中心短信號碼S2：車載機收到指令后將立即向新的監(jiān)控中心發(fā)送確認信息。
通話設(shè)置指令S13：phone_flag的bit0=0時允許打出，bit1=0時允許接聽。
清楚報警指令R7：車載機收到命令后將清除掉所有報警信息。
冷啟動指令R1：車載機收到命令后將執(zhí)行冷啟動復(fù)位，所有狀態(tài)參數(shù)全部清零。

通信軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

GPS信號與監(jiān)控中心之間的通信大致分成兩個步驟：一是GPS接收機(即車載機)接收衛(wèi)星信號，監(jiān)控中心的通信控制器從GPS接收機輸出的信號中提取所需要的位置、速度和時間等數(shù)據(jù)信息；二是監(jiān)控中心將分析出的數(shù)據(jù)信息通過短消息的方式發(fā)送命令給每一臺車載機。具體步驟如下：
function IsValidMsg(Str: String): Boolean;{判斷消息是否有效}
function IsConfgMsg(Str: String): Boolean; {區(qū)分一般信息和確認信息}
procedure ResoleGprsV(RecvGprs: String);{處理接受信息}
procedure ResoleGprsV1(RecvGprs: String);{處理一般信息 (V1)}
procedure ResoleGprsV4(RecvGprs: String);{處理確認信息(V4)}
function Direc(sr: String): String;{車輛行駛方向}
function HexCng(Rhex: String): String;{十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)}
function HandleCarStatus(ArrBin: array of String): String;{處理車輛狀態(tài)}
function ChangeTel(sTel: String): String;{}
function StrToHex(sStr: String): String;
procedure SendSms(Tel, Other: String; iCmdID, iSendType: Integer;
CarID: String = ''){中心發(fā)送命令集}

從車載機接收的GPS信號中判斷返回的信息是否有效，如果無效則直接丟棄，如果有效，則確認是一般信息還是確定信息，再接收處理一般信息或確定信息。

區(qū)分一般信息和確認信息的依據(jù)是參數(shù)字符串是否包含“V4”。
Result := False;{初始返回結(jié)果}
Result := pos(‘V4’, Str) > 0;{如果str包含“V4”，就返回true,否則false}
判斷是否返回有效的信息的依據(jù)是參數(shù)字符串是否包含"*HQ"。    
Result := False; {初始返回結(jié)果}
Result := pos('*HQ'，Str) > 0；{如果str包含“ *HQ”,就返回true，否則false}
一般信息的標志是V1。車載回傳的一般信息中包含的參數(shù)有車載序列號、移動電話號碼、車牌號、時間、經(jīng)緯度、速度、方位 、日期。
//獲取車載序列號(同樣的方法可以獲取移動電話號碼、車牌號、時間)
sCarNo := copy(RecvGprs, iPos + 4, 10);
//獲取緯度(同樣的方法可以獲得經(jīng)度)
sLatitude := copy(RecvGprs, iPos + 3, 9);
sLatitude := FloatToStr( StrToFloat(copy(sLatitude, 1, 2)) +StrToFloat(copy(sLatitude, 3, 7)) / 60 );
//獲取南緯和北緯(同樣的方法可以獲得東西經(jīng))
iPos := pos(',S,', RecvGprs); {查找",S,"在RecvGprs 的位置}
if iPos > 0 then; {如果RecvGprs 包含',S ,' 就執(zhí)行下面語句}
     sNS := ‘南緯’
else begin
     iPos := pos(‘,N,’, RecvGprs); {查找“,N,”
     在RecvGprs 的位置}
     sNS :=‘北緯’;
end;
//獲取速度、方位 、日期
sSpeed := copy(RecvGprs, iPos + 3, 6);{獲取速度}
sDirection := copy(RecvGprs, iPos + 10, 3);{獲取方位}
sDate := copy(RecvGprs, iPos + 14, 6); {獲取日期}
if Pos('.', sSpeed) <= 0 then{判斷sSpeed 是否包含'.',如果包含就執(zhí)行下面語句}
begin
      sSpeed := copy(RecvGprs, iPos + 3, 3); {獲取
     速度}
      sDirection := copy(RecvGprs, iPos + 7, 3); {獲
      取方位}
      sDate := copy(RecvGprs, iPos + 11, 6); {獲取
     日期}
end;
//數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
sSpeed := FormatFloat('0.00' ,StrToFloat(sSpeed) * 1.852);{行駛速度轉(zhuǎn)換}
sSceond := copy(sTime, 5, 2);{時間轉(zhuǎn)換}
if StrToInt(sSceond) < 60 then{時間轉(zhuǎn)換('YYYY-MM-DD HH:MM:SS'表示為:年月日時分秒}
sDate := FormatDateTime('YYYY-MM-DD HH:MM:SS', IncHour(StrToDateTime('20' +copy(sDate, 5, 2) + '-' + copy(sDate, 3, 2) + '-' + copy(sDate, 1, 2) +' ' + copy(sTime, 1, 2) + ':' + copy(sTime, 3, 2) + ':'+ copy(sTime, 5, 2)), 8))
else begin
sDate := FormatDateTime('YYYY-MM-DD HH:MM:SS', IncHour(StrToDateTime('20' +
copy(sDate, 5, 2) + '-' + copy(sDate, 3, 2) + '-' + copy(sDate, 1, 2) +' ' + copy(sTime, 1, 2) + ':' + copy(sTime, 3, 2) + ':'+ '00'), 8));
sDate := FormatDateTime('YYYY-MM-DD HH:MM:SS',
IncMinute(StrToDateTime(sDate), + 1));
end;

確認信息的標志是V4。車載回傳的確認信息中包含車輛行駛方位和車輛狀態(tài)。

處理一般信息中獲取的方位信息，由字符類型轉(zhuǎn)換為整型數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)所在范圍確定車輛的行駛方位，小于22.5或大于337.5為正北方向，大于22.5小于67.5為東北方向，大于67.5小于112.5為正東方向，依此類推確認車輛的行駛方向。

處理一般信息中獲取的車輛狀態(tài)，由字符類型轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字符串，把二進制數(shù)據(jù)的每一位存進數(shù)組，每一位對應(yīng)表一中的一個車輛狀態(tài)。

//獲取車輛狀態(tài)
iPos := Pos('#', RecvGprs);
sCarStatus := copy(RecvGprs, iPos - 8, 8)
//轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字符串
sBin := '';
for I := 1 to 8 do
sBin := sBin + HexCng(copy(sCarStatus, I, 1)); 
//把二進制數(shù)據(jù)的每一位存進數(shù)組
for I := 0 to 31 do
ArrBin[I] := copy(sBin, I + 1, 1);
sCarStatuText :=  HandleCarStatus(ArrBin);{車輛狀態(tài)}
監(jiān)控中心根據(jù)每一臺車載機傳回的信息內(nèi)容發(fā)送不同的命令。發(fā)送命令程序需嚴格按照中心發(fā)送命令集規(guī)定的的格式來寫，下面列舉其中的幾條命令：
//該指令要求車載機以sInterval為時間間隔，回傳sCount次定位信息。
sRightStr := '*HQ,0000000000,D1,' + sTime + ',' +sInterval + ',' + sCount + '#'
//車載機接到這條指令后將清除掉所有報警信息。
sRightStr := '*HQ,0000000000,R7,' + sTime + '#';
if Application.MessageBox(PChar('真的要解除對車輛【‘+CarID+’】報警嗎?')，‘提示’， MB_YESNO + MB_DEFBUTTON2) = IDNO then Exit;
這里的CarID指車載機序列號。
//車載機收到這條命令將會啟動斷油斷電。
sRightStr := '*HQ,0000000000,S20,' + sTime + ',1,3,10,3,5,5#';
if Application.MessageBox(PChar('真的要對車輛【'+CarID+'】斷油斷電嗎?'),'提示', MB_YESNO + MB_DEFBUTTON2) = IDNO then Exit;

結(jié)語

目前，車載GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)被各運輸公司使用在出租車、客車以及大型車隊上，該軟件技術(shù)很好的實現(xiàn)了對車輛位置、狀態(tài)的監(jiān)控和調(diào)度管理。

隨著GPS應(yīng)用領(lǐng)域的擴大，車載GPS導(dǎo)航定位監(jiān)控軟件的系統(tǒng)的功能也將隨著導(dǎo)航、通信等需求而不斷的增多和完善。GPS車載機通信協(xié)議會根據(jù)GPS車載機產(chǎn)品的功能升級而不斷升級，增加新的命令，相應(yīng)的軟件系統(tǒng)也要增加新的指令，本系統(tǒng)的設(shè)計將易于這些升級維護工作的進行。