移动目标防范及监控技术

移动目标防范及监控技术（周健）
    我们都知道，如果要对某个目标无论它是固定的还是移动的实施防范，唯有对其进行实时
的、动态的监视和控制。许多年以来，大家都在寻找这样的技术。在对移动目标的监控方面，
多年来经过不断的探索和实践，人们一致集中到采用无线场强测量技术的信标定位法和采用全
球卫星定位系统的GPS定位这两种方法上。而经历了近十年的发展，由于GPS技术所具有无可比
拟的显著特点，以及计算机技术、通信技术的飞速发展，采用GPS全球卫星定位系统具有绝对的
优势。
    从1992年诞生的第一套GPS车辆监控试验系统，到今天能在同一套监控系统中兼容不同的通
信手段，实现全国范围的自动漫游；能够在脱离通信覆盖状态仍保持监控；能够在卫星信号丢
失时也保持监控状态；从几年前一套车载终端上万元人民币，降至目前的几千元人民币。这项
技术能形成今天的成果，得益于整个计算机技术和无线通信技术的高速发展。随着具有全天候、
大范围等显著特点的GPS技术的推广应用，特别是设备成本的不断降低，应用技术的日益完善，
已在实际应用中彻底否定了人们的怀疑和顾虑。
    1研制与开发
    国内用户日前使用的GPS卫星信号，绝大多数采用美国于九十年代初布署完成的卫星系统所
发布的C／A码。这套卫星系统是美国军方七十年代出于军事需要，耗资100多亿美元而建设的。
美国政府对军事以外的使用，采用民用C／A码，并加以干扰。国内有少量用户使用的是前苏联
发射的卫星定位信号，但由于前苏联的解体，以及随后俄罗斯的财政状况，该卫星系统至今尚
未完成，现发射的定位信息不及美国全球卫星定位系统所具有的全天候、24小时动态稳定。同
时，定位信号接收模块，后者品种多、价格低廉且性能稳定。
    九十年代初，国内GPS全球卫星定位系统在移动目标上的应用非常少，仅有测量部门和少数
科研单位，对地球物理、大地测量、精确授时等领域进行科学试验。多数移动目标的监控和防
范均采用无线电场强测量技术及信标法。这种方法是采用在地面建立短距离的无线信号接收站，
来接收移动目标上发出的无线信号，由场强和方位角比对，确定目标的大致位置，方法简便，
定位精度由短距离接收站布点密度确定。在一般小城市和不需要大范围流动的地方适用。从当
时的价格讲，确实比GPS技术设备投资省。但是，它有4项致命的缺陷：
    1）因为数量庞大的无线信号接收站的建设需要大量投资很难在中等以上城市应用。
    2）当移动目标脱离信号接收站的接收范围（一艘700—500米），移动目标失去监控，无法
实施防范。
    3）系统建成后，无线信号接收站的日常维护费用数额庞大，会增加系统运营费用的巨额支
出。
    4）由于采用场强测量和方位角确定技术，移动目标的定位精度差，无法达到GPS定位技术
的定位精度。
    而GPS定位技术，由于其卫星信号是全天候、不受地理位置限制，动态实时地接收卫星信号，
监控覆盖范围仅受通信信号覆盖范围所限制，定位精度在采用DGPS差分技术修正后，能达到米
级甚至厘米级以内。
    GPS定位技术九十年代初期研制、开发和试验应用多集中在国内公安部门。
    以上海公安车辆GPS／AVL自动定位系统为例。该系统是1995年初立项开发，1996年5月18日
正式开通，虽然它目前仍是国内警用系统中覆盖面积最大、容量最多的一个系统。系统设计容
量为600个移动目标，现已有超过400辆警用车和运钞车，每天在系统中运行。由于受当时公安
处警模式和通信线路的影响，当时仅有一个集中调度中心，全市集中处警、集中调度。对全上
海市近1万平方公里的地域，通信系统必然有盲区，增加了中心处警对基层调度话音的使用量。
另外，车载设备仅提供定位／报警功能。
    1997年以后，随着公安处警模式的改变，以及全市通信线路的架设完毕，我们对原有系统
进行了三项重大改造，使之更加完善和实用。
    ①将原有一个中心集中调度和处警，改为利用已建成的全市通信线路设立市局中心到全市
各分局中心的连接，建立各分局的分控中心，实现全市集中监控调度，分散处警、分级管理的
模式。各分局与市局中心之间数据共享、同步监控。
    ②在市局无线通信无法覆盖的地区，使用各分局的通信系统，扩大了原有监控系统的监控
范围，使在同一个GPS／AVL监控系统中能同时兼容不同的通信网络，同时市局和各分局实现数
据同步传输。
    ③对原系统中的数字化地图进行了升级。使用1：2000地图数据，其精度达到了3米以内；
图层信息增力口到20层，基本包含了全上海市主要地理信息，达到了实时性的要求。
    2应用与完善
    从1997年到现在，国内GPS监控行业的发展，可谓精彩纷呈，实用性能和完善程度大大提
高。许多监控系统的建设，基本上达到国外同类水平的能力，甚至超过国外水平。全国除西藏
外，均已有各种规模的监控系统。但是，我们也看到，相当数量的监控系统存在这样那样的缺
陷和不足，甚至难以正常运行，致使国家浪费了大量的投资。一个监控系统的优劣主要看以下
几个方面：
    2.1通信手段
    GPS定位监控系统整体上分成GPS全球卫星定位技术和GIS地理信息技术两大部分。但是，
他们中间离不开一个重要的“桥梁”——通信技术。要把移动目标的任何变化实时地、动态地
传输给监控者，必须要有一个可靠、稳定、不间断的通信链路，这就是通信技术的重要桥梁作
用。而这个桥梁始终是任何监控工具的瓶颈。
    1997年以后，GPS行业竞相开发或寻找新的通信手段，解决由于通信容量和覆盖范围的限
制而阻碍GPS推广应用的问题。要解决这个问题，必须寻找出一种通信覆盖范围大、能自动漫
游、容量基本不受限制的通信手段。而此类手段非专用网络所能，唯有国内建设完成的公众邮
电网（例如：GSM、CDMA、CDPD等）。只要经过少量改造，增加数据加密技术，即可完成通信
手段的应用。并且在一个监控系统中，能同时兼容不同的通信手段（如专用网和公众网等）。
这个方面的突破是GPS监控系统最突出的变化。
    福建全省邮电公众GPS／AVL车辆调度监控系统即在国内率先将GSM数字移动蜂窝通信技术
应用于车辆凋度系统。系统设计容量达到10,000个实时目标，监控范围覆盖福建全省12万平方
公里。
    2.2监控网络
    如果一大面积监控网络有多个数据中心，不能连接成网络而自成体系，必然带来巨大的投
资和资源浪费，同时，也不能做到信息的及时传递和交换。这也是GPS行业现在和今后要重点
考虑和解决的问题。
    我公司在承建河南全省GPS车辆监控系统和上海公安车辆GPS／AVL系统改造中，彻底解决
了这个难题。河南系统设计要求覆盖全河南省17万平方公里，共建设17个监控中心。各中心
相对独立，可自行调度和管理各自中心的移动目标；可实现全省漫游和各中心之间数据共享、
同步接收和监控；各中心之间使用专用通信链路加以连接；形成全省的GPS网络，该系统目前
在国内属监控范围最大、监控目标最多、网络结构最完整的一个系统。
    2.3使用功能
    使用功能的变化，为用户带来了管理上的革命，对推动GPS的应用起到了至关重要的作用。
它从1997年以前仅仅能定位报警，到现在增加了许多实际应用方面的功能，发生了很大的变化。
对移动目标的防范才刚刚进入应用阶段。
    2.4终端产品
    随着应用领域的扩大利用户使用方式的不同，近两年在车载终端产品上的变化丰富多彩，
各种功能，形式可谓琳琅满目。但是，基本离不开两大品种：一种是基本型，只需要定位报警；
第二种是需要调度显示。只是围绕不同通信接口，相应产生不同型号和品种的车载终端。
    基本型
    功能：定位报警，带隐藏式报警按钮，可放置车内任意位置，留有防窃、防撞、断电、断
油等传感器接口。通信接口可接电台、GSM、CDPD等通信工具，针对保密性能要求高的用户，通
信工具可置于终端内加以隐藏。
    字符显示型
    功能：定位报警，带隐藏式报警按钮，保留所有传感器接回；可配接电台、GSM、CDPD等通
信工具。预留足够空间用于全中文短请命令储存，可传输全汉字调度命令，命令语音提示及其
它一些功能。
    我们看到自1997年以来，GPS定位技术在对移动目标监控方面，得到了极大的发展和提高，
它距离移动目标防范这个复杂的课题，已经越来越近。
    当然任何新技术的应用都有一个非常艰难的历程，同时，也有许多新暴露出来的缺陷，要
加以完善和补充。比如，在北京、上海等这类大城市，以及今后其他城市，将会出现越来越多
的高架桥梁和隧道，必然会造成卫星信号的丢失。在国内广域地区使用GPS定位技术，仍然会
有通信冒区和城市区域通信黑洞。这两个缺陷是无法彻底改变的，如何来弥补也成为我们近两
年来的研究课题。
    在上海出租车辆监控系统中，采用电子罗盘及多项传感器技术的辅助导航系统解决了这一
问题。车载终端中，一旦卫星信号丢失或遭遇卫星遮挡，自动自动辅助导航系统，保持移动目
标的被监控，克服了丢失现象。
    1999年我公司在承建甘肃全省GPS车辆监控系统中，由于甘肃省地处我国大西北，通信系
统覆盖尚存在许多盲区，使移动目标经常出现丢失的现象。为此采用轨迹储存技术，当移动目
标一旦进入盲区，车载终端自动启动储存系统，储存轨迹信息，当移动目标进入正常通信区域，
终端将储存信息立即传回，保持移动目标被监控的持续性。