[摘要]：本文从应用角度出发介绍GPS／AVL的工作原理、扩要功能，并对GPS／AVL的定位精度提出作者的个人看法。对拟建GPS／AVL系统的单位，在拟定系统功能、选用产品、选定系统参数时具有参考意义。
1 引言
从1973年提出GPS方案论证，到1993年全系统建成。耗资超过100亿美元，1994年美国国防部及运输部正式签订协议，容许导航卫星系统转作民用，从此在全球掀起民间使用卫星作定位用途的序幕。AVL即自动车辆定位是GPS的用途之一。中国AVL目前主要用于公安与银行的车辆定位跟踪上。随着GPS系统成本的降低，相信其在公共交通及一般民用车辆定位系统方面会很快得到广泛的应用。
2 GPS定位原理
GPS系统由三大部分组成：GPS卫星、地面监控系统、GPS接收机。
GPS卫星共有24个，平均分布在6条卫星轨道上运行，其中21个卫星为工作卫星，3个卫星为备用卫星。卫星运行周期为12小时，全球任何一点都能同时收到4个以上卫星的信号。
GPS卫星发给用户有关卫星本身座标位置的数据，用户接收机便可根据三颗卫星发给的数据计算出自己的位置数据，对于移动车辆，则需要第四颗卫星的数据，以配合计算出移动车辆的移动速度与运动方向。
地面监控系统由1个主控站、3个注入站、5个监测站组成，其功能是测量和计算每颗卫星的星历，编辑成数据发给卫星，然后由卫星实时地发给地面用户。监测站用于对卫星监测，采集数据，把数据提供给主控站。主控站除采集数据、编辑数据功能外还有诊断和调整卫星的功能。总之地面监控系统是保证GPS正常运行的关键。
3 GPS／AVL系统结构
GPS／AVL即GPS系统对移动车辆定位，并把定位信息传到GPS／AVL定位监控中心，监控中心结合地图显示系统，通过AVL的车辆调度系统对移动车辆进行监视、控制。如此系统与公安110台、119台相联则其功能将进一步扩大。
3.1 用户单元
(1)GPS接收机
目前国内用的GPS接收机清一是进口产品，全世界50多个生产厂生产300种以上各种型号的GPS接收
机，国内应用较多的GPS接收机有摩托罗拉的8ch GPS 接收机、Rock Well的12ch GPS接收机、Furuno GN74 GPS接收机等等。众多的GPS接收机，它们的结构基本类同。
(2)控制器
这部分是国内外GPS经销商开发的设备，各家公司均不相同，但大同小异，由无线专用调制解调器及报警、控制电路等组成。其基本功能是提取GPS接收机定位信息中的有用部分，经D／A转换，并按要求控制车台，把定位信息的有用部分通过车台发射出去。
(3)车台和基地台
车台可以是150MHz、450MHz各种型号的常规车台，亦可以是800MHz集车
台(包括Uniden、摩托罗拉、爱立信、E.F.Johnson)。基地台可以是150MHz、450MHz 各种型号的常规基地台，亦可以是800MHz集基地台(包括Uniden、摩托罗拉、爱方信、E.F.Johnson)。
3.2 监控中心
监控中心分硬件系统与软件系统二大部分，是GPS／AVL的核心，是各家GPS 系统经销商开发的关键设备。
硬件部分由监控中心固定台、信号控制处理设备、调度地图显示控制设备组成。监控中心固定台可以是一个，亦可以是多个，对常规150MHz、450MHz而言，一个固定台对应一个固定信道。对800MHz集台而言，一个固定台可以对应一个固定信道，亦可以随机对应的任一空闲信道。其功能是接收GPS／AVL用户发来的定位信号和通话信号。即该台通话与GPS是兼容的。
信号控制处理设备由信道控制器与网络控制器组成，对单信道常规系统或800MHz集系统而言，二者可以合二为一，对多信道常规系统或固定单信道800MHz集系统二者一般是分开的，当然也有合在一起的，其功能是对固定台接收到的模拟信号转换成数字位置信号，通过网络控制器有序地送给调度地图显示处理计算机。
调度地图显示控制设备一般由一台计算机完成，也有用二台计算机完成的，即把调度台计算机及地图显示与图控处理计算机分开。其功能是把车台的位置信息形象实时地显示在电子地图上，并在地图上配合警力分布、消防分布，二者结合后即可选出一套应付突发事件的作战方案。
软件部分有图控软件、通信调度软件及电子地图制作软件。其功能是电子地图制作、PC图形显示与控制通信调度等。
4 系统的基本功能
4.1 系统通用部分的基本功能
．信息传输速率：1200／2400bit／s；
．系统管理的最大用户数：50000个；
．GPS数据查询速度：1个车／秒(常规系统)，1个车／2秒(集)；
．报警信号的传输。当运钞车遇到抢劫、交通事故等情况时，可以手动方式按下隐蔽处的紧急按键，此时用户发出报警信息，在2秒之内，即可将信息传输出去，同时系统将实时跟踪报警用户的信息。监控中心可根据实际情况通知有关部分采取必要的行动。
．通信功能。系统具有话音与数据自动切换功能，使系统既能传数据，又能保持原有通信系统的所有通话功能。巡逻车可由系统进行动态调度管理。
．监控功能。系统的控制中心可以接收汽车报警器来的报警信息，并对汽车实施自动切断电路、油路等功能。
．用户具有开机自动上网，关机自动下网的功能。
4.2 地图控制的技术指标
(1)系统容量
一台图控计算机可控制2048辆车。
(2)电子地图切换时间
地图消隐时间＜2秒。
(3)定位精度
汽车警报器位置精度30米RMS(SA on)，15米(SA off)。
(4)电子地图
电子地图读入有二种方法，一种是象素扫描法，另一种是矢量法。下面以象素扫描法为例说明。
*使用直观易读的象素扫描地图，有五种比例尺供用户选用；
*市区用1∶1000原图制作，郊区用1∶25000原图制作；
*图形要素随着比例尺的增大而增多；
*要素：干道、道路、胡同、街道名称、湖泊、河流、大型建筑、重要单位、车站和铁路；
*配有五种彩查询表，用户可以方便选择其中一套颜；
*分辨率：图控计算机：640×480；
大屏幕：1280×1024
(5)光标
*大小：16×16的点阵；
结构：由一位字符(A…Z)和三位数字组成，其中字符代表组(如工商银行定义为A，建设银行定义为B)，数字代表车号；
*种类：普通光标——一般车辆
头车光标——指定车辆
报警光标——报警时的特种光标
(6)显示功能
*光标不动——图形移动
某一指定车辆的光标置于图形屏幕的中间，图形根据该车的位置做相应的移动，附近的其他车辆可以显示也可消隐；
*光标移动——图形切换
以某一车辆的位置控制图形切换，附近其他车辆全部显示出来；
*多窗口显示。随着入网车辆的多少，窗口数量自动增减，每屏最多六个窗口，每窗口可对一个移动目标实施动态监控，显示纬度、速度及运行状态等，并可实现图面越界自动漫游功能。一屏多于6辆车，则用翻页的方法来显示；
*全局显示。在全局图上显示所有在网的车辆，既可显示在投影屏幕上，也可以在图控计算机上；
*多屏幕显示。每一屏幕上可以显示指定组号的所有在网车辆。
(7)跟踪功能
*用户可以指定几台组号、车号，实施重点跟踪。跟踪可采用单屏显示，也可采用多窗口显示。
*用户可以指定某一组号，则该组所有在网的车辆全部显示出来。
(8)搜索功能
*指定一个或几个区域，则在该区域附近的所有在网车辆全部显示出来；
*制定几个单位名称(如分局、派出所、区政府等)，则在该单位附近的所有在网的车辆全部显示出来；
*随机搜索：在图控计算机屏幕上显示全局图，用鼠标在图上选某位置，则在附近的所有在网车辆全部显示出来。
(9)轨迹记录和回放功能
*凡是在网的车辆，不管是否显示它，行驶轨迹都实时记录下来；
*轨迹回放形式。系统可记录报警车辆的经度、纬度、时间、方向、速度等参数。并可将记录随时回放，以利案情分析。还可将运行轨迹打印出来。回放形
式有两种：光标不动——图形移动；光标移动——图形切换。
(10)报警处理
*遥控熄火，切断报警车辆的电路或油路；
*以报警车辆为中心显示电子地图，并随时跟踪它的位置，其光标变为红；
*响铃；
*在电子地图显示该车附近的警力分布图；
*显示报警车辆档案材料；如单位、车型、车号、司机姓名等；
*显示相应的处理报警方案流程；
*启动录音设备，记录全过程，为日后案件处理提供证据；
*在用户资金许可的前提下，在巡逻车上配置电子地图导航系统；在车载微机屏幕上时刻显示自己和报警车辆的位置，选定路线进行追击；电子地图随着行进方向的变化而自动旋转，车上人员在电子地图上看到的路况与实际完全一致。
(11)电子地图补测和局部修改功能。用户可以根据需要对电子地图编辑修改。
(12)数据库查询功能
根据用户需要，提供图形数据互查功能。可将车辆的车型、颜、车号以及司机的姓名、性别、年龄、
家庭住址、等信息输入数据库以备所需。提高了监控中心对报警的快速反应能力。
(13)扩容升级
系统有功能接口，按模拟化设计，可同许多系统进行交联。
4.3 用户台部分的组成和特性
用户端主要由三部分组成：无线电台、GPS接收机、报警接口和控制器组成。它可在通话的前后发出定位信息串，将速度、位置等信息提供给控制中心。另外还具有两个按键控制发射定位信息和紧急报警信息。
(1)用户车台的功能
保留原电台的所有集功能。
(2)控制器的功能
*可选择话音前或后发射定位信息。
*根据时间和距离自动更新位置信息。
*在收到报警信息后，监控中心可以启动遥控监听功能。监听报警车内的人员对话和其他声响，并可及时录音，为日后案件处理提供证据。
*远端遥控熄火。在报警和遥控监听处理后，监控中心已基本可以确定报警的真实性，并可根据实际情况启动遥控熄火功能，使报警车辆停在原地，以便相关人员执法处理。
*可发射确认报警信息。
*具有I／O口和电台接口。
*需要12VDC的车上电源。
*速率1200／2400bps FFSK。
4.4 监控中心站的组成和特性
主控中收与分控中心实际上是同一套设备，只是配置不同，下面就不分开介绍。监控中心站由信道机、中心控制器、网络控制器、调度台计算机、地图显示与图控处理等几个部分组成。通过车台和控制器接收到的定位信息经图控软件的处理，可实时的显示在电子地图上，完成自动定位和紧急报警功能。该控制中心也可向各用户或用户组查询和遥控的功能如下：
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