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(xiàn)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(lián)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(wǎng)傳模塊等，對車內(nèi)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(shù)據(jù)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(nèi)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(shù)據(jù)、數(shù)字化壓縮處理，并進行數(shù)據(jù)實時保存在車載終端的硬盤內(nèi)。
1．2．2 信患交互模塊
車載終端主機可通過3G無線網(wǎng)絡(中國聯(lián)通WCDMA)與中心平臺進行交互上傳車內(nèi)外視頻圖像信息及報警信號；GPS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(中國聯(lián)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(xiàn)車載電話功能。
1．2．4 中心管理平臺
通過3G無線網(wǎng)絡(中國聯(lián)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(diào)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(shù)字視頻服務器等構成)、顯示設備、其他數(shù)據(jù)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(diào)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(diào)度管理中心。顯示設備可收發(fā)消息、實現(xiàn)調(diào)度功能、發(fā)出提示信息，攝像頭可拍照并由主機將數(shù)據(jù)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(shù)，并稱為DGPS數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(jīng)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(nèi)，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(shù)據(jù)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(wǎng)絡速度快、支持業(yè)務廣、終端種類多、國內(nèi)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(nèi)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?lián)约耙曨l通信，速率可達2 Mb／s(對于局域網(wǎng)而言)或384 Kb／s(對于寬帶而言)。輸入信號先被數(shù)字化，然后在一個較寬的頻譜范圍內(nèi)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(xiàn)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(jù)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?shù)乃俾适欠窈线m，當接收緩沖區(qū)之中的內(nèi)容比較多時說明視頻幀有堆積現(xiàn)象，此時應減少視頻傳輸?shù)膸瑪?shù)，并以合適的時延調(diào)節(jié)以獲得較好的傳輸質(zhì)量；相對應的在接受緩沖區(qū)中積累的數(shù)據(jù)較小時可以適當增大傳輸數(shù)據(jù)的幀數(shù)。
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(xiàn)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(xiàn)有的公共通信網(wǎng)絡中國聯(lián)通WCDMA網(wǎng)絡作為移動通信鏈路，在WCDMA網(wǎng)絡上建立公交數(shù)據(jù)專用網(wǎng)絡VPDN；考慮到車內(nèi)的無線和強電磁干擾，采用數(shù)字化解決方案，選用無線數(shù)字網(wǎng)絡監(jiān)控終端進行視頻處理傳輸；每輛車內(nèi)安裝攝像機、無線數(shù)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(xiàn)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(diào)度；錄像、回放及報警；GPS定位；雙向視頻通話等。
經(jīng)為期3個月的測試及反饋信息發(fā)現(xiàn)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(xiàn)較大規(guī)模數(shù)據(jù)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(chǎn)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(jù)用戶需求實現(xiàn)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(lián)方法，經(jīng)測試所構建的客運車輛監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)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(wǎng)絡技與“物聯(lián)網(wǎng)”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。