GPS车辆监控系统

定义

GPS车辆监控系统是综合卫星定位、无线通信、地理信息与计算机网络技术，对移动车辆的经纬度、时间与运行状态进行实时采集、传输、显示和指挥调度的一类系统^[1][2]。按子功能可划分为定位、通信与显示三部分，工程上一般归为车载终端、通信链路和监控中心三层结构^[1][3]。

它与单纯的车载导航设备不同，重点在于把车辆端的数据集中到管理中心，由管理者查看位置、调取历史轨迹并下发指令，因而被视为智能交通系统的组成部分^[4]。早期文献也把它称为运用卫星定位接收机、无线通信与地理信息技术，对移动目标动态位置和状态进行监控、查询与指挥的新型车辆管理系统^[1]。

原理

系统的工作过程分为定位、传输、处理三个环节。车载终端内的接收模块接收导航卫星播发的信号，解调后提取星历、传播时延等参数，由此解算出所在位置的经纬度坐标^[2]。终端还可连接油量、温度、门磁等传感器，一并采集车辆运行状态^[5]。

位置数据经无线网络发往监控中心。按一项车辆监控与调度方法专利的描述，中央控制器把定位信息封装为 TCP/IP 数据包，由无线模块登录移动分组网络后送至通信服务器，服务器再按规则分发给各监控终端与数据库^[6]。早期系统多用短消息或语音信道传输，后逐步转向通用分组无线业务等技术，以降低时延和费用^[3][1]。

监控中心把坐标换算并与电子地图匹配，在图上标出车辆位置与轨迹，同时向车载端下发调度、语音提示或远程控制指令，形成双向通信^[7]。系统规模较大时通常分层组网，在省级设总中心、地市设分中心，分中心负责辖区内的监控^[2]。

发展历程

车辆运行数据的记录先于卫星定位出现。20 世纪 20 年代德国已有纸盘式行驶记录仪，用物理方式在圆形记录纸上描画瞬时速度与行驶里程，1953 年被要求装在 7 吨以上货运车辆上^[8]。20 世纪 90 年代美国研制出数字式车载终端，可采集数据并在显示屏上呈现车辆状态^[8]。

20 世纪 80 年代后期，美国、日本和西欧开始发展基于 GPS 的智能交通系统，法国雷诺、美国通用汽车研究实验室、日本住友电子等先后研制车辆定位与调度系统^[9]。2000 年 5 月，美国取消民用 GPS 信号的选择可用性政策，民用定位精度由百米级提升到 15 至 25 米，卫星导航产业进入快速增长期^[9]。

中国的车辆定位监控研究起步较晚，上世纪末只在运钞车、警车、救护车等特种与公务车辆上安装终端，此后逐步扩展到出租车、营运客车和物流车辆^[8]。2009 年交通运输部规划建设全国重点营运车辆联网联控系统，2010 年 4 月建成运行，实现旅游包车、三类以上班线客车和危险货物运输车辆定位信息的全国联网^[10]。

2011 年，交通运输部组织编制并发布《道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术要求》等 4 项系列标准，统一了终端、平台与通信协议的技术要求^[10]。2012 年公安部发布《汽车行驶记录仪》国家标准，定位方式优先支持北斗^[11]。此后终端逐步转向北斗或北斗与 GPS 双模，并叠加视频与驾驶行为识别功能^[8][12]。

应用

道路运输监管是主要应用方向之一。按相关规定，旅游包车、三类以上班线客车、危险货物运输车辆、重型载货汽车与半挂牵引车等需安装具有行驶记录功能的卫星定位装置，并接入相应监控平台^[11]。联网联控系统投入运行后，入网车辆总数曾超过 73 万辆，用于抑制超速行驶和疲劳驾驶^[10]。

在物流与企业车队中，系统用于掌握车辆位置与运行状态、回放历史轨迹、统计里程与油耗，并据位置与任务安排调度。公共交通、出租汽车、校车、工程机械、环卫车与公务车队也是常见使用场景^[13]。

安全与辅助功能方面，系统可设定电子围栏，车辆进出限定区域时触发报警，也可与视频监控、防盗报警、远程断油电等模块联动^[14][5]。近年部分终端还集成视频与图像识别，用于识别疲劳驾驶等行为^[12]。

局限

定位精度与可靠性受外部条件制约。无差分时定位误差可达约正负 15 米，车辆驶入隧道、高架桥下或城市高楼密集区时容易丢失卫星信号，需要重新捕获^[2]。定位还依赖卫星导航系统本身可用，单一系统在特殊情况下存在信号受限的风险，这也成为采用双模终端的动因之一^[9]。

数据传输环节可能成为瓶颈。使用短消息上传位置数据时存在时延和消息丢失问题，覆盖范围再广也难以保证实时性；改用分组数据业务后情况改善，但仍依赖移动网络覆盖，网络盲区内的车辆无法正常上报^[3][9]。

系统记录的是终端上报的数据，本身不能替代对车辆的直接核查，车载设备需长期处于工作状态才能保持防盗与查询功能，而定位模块功耗较高，静止时常需关闭以降低电耗，此时中心只能读取缓存的位置^[15]。此外，定位与轨迹信息涉及车辆与人员活动，数据的采集、存储与使用需符合相应规定，实际效果也受设备安装与维护水平影响^[8]。

参见

• 全球定位系统 —— 为系统提供车辆位置解算所依据的卫星导航信号。

• 北斗卫星导航系统 —— 与 GPS 并列的卫星导航系统，双模终端常同时支持。

• 地理信息系统 —— 用于承载电子地图并对车辆位置进行匹配显示的技术。

• 智能交通系统 —— 车辆监控系统所归属的交通信息化体系。

• 汽车行驶记录仪 —— 与卫星定位装置功能结合的车载记录设备。