GPS车辆监控

定义

GPS车辆监控指以卫星定位信号为位置信息来源,配合无线数据通信和地理信息系统(Geographic Information System,GIS),对车辆位置与运行状态进行远程获取、显示与管理的技术方案^[1]。它并不只是一台定位设备,而是一套从车上采集、经网络回传到中心处理的完整链路^[2]。

在系统构成上,通常可划分为车载终端与监控中心两大部分,二者之间依赖移动通信网络交换数据^[2]。车载终端负责定位解算与状态采集,监控中心负责数据接收、存储、地图展示与指令下发^[4]。

原理

车载终端内的接收模块从可见卫星取得信号,解算出所处位置的经度、纬度、高度,以及时间、速度和行驶方向,并按照设定周期刷新^[4]。卫星导航定位的基本思路是依据接收机到多颗卫星的距离建立方程,再由解算结果确定接收机所在的三维坐标^[5]。

定位结果由终端的通信模块打包,经移动通信网络发送到监控中心的通信服务器,服务器解析后写入数据库,并在地图上以符号形式呈现车辆位置^[6]。部分终端把控制器的数据按传输控制协议打包后交由通用分组无线业务网络发送,从而省去自建通信网络^[6]。监控中心亦可反向下发调度、查询或控制指令^[2]。

系统层次可以概括如下:

$\text{卫星信号} \rightarrow \text{终端解算与采集} \rightarrow \text{移动通信网络} \rightarrow \text{监控中心解析入库} \rightarrow \text{地图展示与调度}$^[2]

当GPS信号被遮挡而无法输出有效定位时,一些方案改用蜂窝网基站的位置估算作为替代,待卫星信号恢复后再切回GPS定位,以保持监控的连续性^[7]。工程上还常把卫星定位与惯性导航组合使用,借助陀螺和加速度计在信号中断期间进行航位推算^[8]。

发展历程

21世纪头十年,卫星定位、无线通信与地理信息三类技术逐步成熟,研究者开始把它们组合成面向车辆的管理系统,早期方案多以短消息业务回传定位数据^[9]。此后通用分组无线业务网络被广泛采用,系统具备了较稳定的在线数据通道,并保留语音通话与短消息作为补充^[1]。

随着第三代、第四代移动通信和车联网技术推进,车辆监控的数据内容从位置、速度扩展到视频、油耗、里程与驾驶行为等信息^[10]。定位手段也由单一GPS扩展为GPS与北斗等系统组合使用,以改善遮挡与多径条件下的可用性^[10]。

在中国,道路运输领域的制度建设同步推进。2014年1月28日,交通运输部、公安部、国家安全生产监督管理总局发布《道路运输车辆动态监督管理办法》,并于2016年、2022年两次修正^[3]。该办法要求相关平台与终端符合GB/T 35658、JT/T 808、JT/T 794等标准,规定旅客运输、危险货物运输及拥有50辆及以上重型载货汽车或牵引车的企业应建设监控平台或使用社会化平台^[3]。

应用

营运车辆监管是应用最成熟的方向。旅游客车、包车客车、三类以上班线客车和危险货物运输车辆在出厂前即应安装符合标准的卫星定位装置,重型载货汽车与半挂牵引车则需接入全国道路货运车辆公共监管与服务平台^[3]。企业据此对所属车辆和驾驶员的运行过程进行实时监控与管理^[3]。

在物流与工程运输中,系统被用于掌握配送车辆位置、回放行驶轨迹与下达调度指令,以提高车辆利用效率并降低管理成本^[2]。针对混凝土搅拌车等工程运输车辆,相关系统还兼顾运输调度与异常报警等需求^[11]。

公共交通与出租汽车管理也是常见场景,监控中心可结合计价、刷卡等车载设备采集运营信息^[12]。此外,商用车安全防护类系统面向危险品运输、校车、冷链配送等细分行业,提供调度、报警、行车记录与救援等信息服务^[13]。

局限

卫星定位在遮挡环境下容易失效。城市高楼密集路段会使信号被遮挡与反射,形成多径效应,若不能识别非视距卫星,就会引入较大定位误差^[14]。隧道、地下车库等场所卫星信号完全中断,只能依靠惯性器件推算,误差会随时间累积^[5]。

数据的完整与实时并不等价。终端在断网期间可能缓存数据并在恢复后补传,这类轨迹虽完整,但已不代表当时的位置^[8]。采集、传输、接入、解析任一环节出问题,界面仍可能显示出看似正常的位置点^[8]。

轨迹数据的使用受法律约束。行踪轨迹属于敏感个人信息,采集范围、保存期限与查询权限需要事先界定^[8]。平台若未做好身份鉴别与权限控制,还存在越权查询和批量导出的风险^[8]。

此外,系统只能提供位置与状态数据,无法替代企业自身的安全管理与调度流程;接收设备断电或未采集的时段,平台无法事后补出数据^[8]。

参见

• 全球定位系统 —— 为车辆监控提供位置与时间基准的卫星导航系统。

• 地理信息系统 —— 承担电子地图展示与空间查询的软件平台。

• 北斗卫星导航系统 —— 可与GPS组合使用的另一套卫星导航系统。

• 通用分组无线业务 —— 早期车辆监控中常用的无线数据传输方式。

• 道路运输车辆动态监督管理办法 —— 中国规范营运车辆卫星定位装置安装使用的部门规章。