智能交通 GPS 定位客车视频监控系统应用研究

引 言

近些年来，随着交通信息的高速发展人们对交通的需求量和服务质量提出了更高的要求，其中交通安全问题成为众多出行者首先考虑的因素之一。我国高速公路发展较为迅速，客运车辆的发展伴随着交通信息化的发展也已经得到了较快的发展，但是在交通建设和客运车辆高速发展的背后，交通安全问题已经引起了大家的重视，如何保证在交通建设高速发展的同时提高对客运车辆的监管已成为交通从业人员面临的难题之一。现阶段在高速公路运营中存在的问题集中表现在运营效率不高、管理费用较高、调度不集中以及监管不到位等问题。与此同时，在长途客运车辆中还存在超速、超载以及司机疲劳驾驶等违法问题，这些问题对促进交通安全发展和提高服务质量造成了一定的困扰。伴随着智能交通系统建设力度的不断加大，客运车辆监控系统作为其重要的组成部分也已经在部分城市和车辆上得到了推广和应用。但是，目前在大多数的城市客运车辆中，这种视频监控技术应用质量不高，存在的问题是数据传输存在布局上和技术上的问题，同时由于硬件建设跟不上软件建设的部分导致车载监控端和监控中心数据传输不够透明，这给交通信息化的发展带来了诸多的不便，为了促进长途客运车辆视频监控系统的应用和质量提高，本文对客运车辆监控系统的架构和监控系统方案所涉及到的相关技术进行了分析，在此基础上对车辆监控系统的建设方案和架构给出了分析，并对实际的应用案例进行了分析研究。

1 客运车辆监控系统总体方案设计

1.1 客运车辆监控系统架构

在现有的通讯技术中，GPS 全球定位技术以及 3G 通信技术为客车定位和视频远距离传输奠定了基础，在一般的客运车辆监控系统中主要包含的模块有车载终端主控制模块、车载用高清摄像头以及远距离无线传输模块等，这些模块的主要功能是完成对车内和车外环境的监控功能，其中车内的监控主要完成对乘客和驾驶员的行为监控，车外监控主要对运行中车辆的外围环境进行实时监控。在车载系统完成数据的采集后，通过 GPS 无线传输或 3G 无线通信技术，将采集到的各个车辆的运行信息传输到车辆监控总指挥中心，然后在电视墙上显示完成对各路车辆的实时监控和指挥任务，其车辆视频监控系统的架构如图 1 所示。

1.2系统组成

1.2.1车载视音频监掛模块

车载视音模块的主要功能是完成客车所处环境的实时采 集，主要是对车载摄像机所采集的数字信号和音频信号进行 打包和压缩存储，并在一定的时间内将采集到的数据进行分析。 1.2.2信息交互模块

信息交换模块的主要功能是完成客运车辆终端与指挥中 心终端的信息实时传输，其主要的技术是GPS无线传输和3G 无线通信技术，通过信息交换模块可实现两个终端的信息实时 交互，主要传输的信息为语音和视频图像。

1.2.3 GPS定位模块

GPS全球定位模块主要安装在车辆的内部完成对所管辖 车辆的实时位置定位，在取得定位信息后通过GPS和3G无 线传输模块将采集到的相关车速、所在位置和运行状态上传 总监控服务中心。

1.2.4中心管理平台

中心管理平台是整个系统的中心，主要完成对所有车载 终端的信息管理和运行状态的监控，对车辆发出的报警信息、 违章信息进行处理并完成远程指挥。

1.2.5车载终端主机

车载终端主要安装在需要进行跟踪和定位的客运车上, 其功能是完成数据的采集和信息的发送等功能。车载终端主 要组成包括主机、显示设备和其它的信息采集设备，其中主机 主要由GPS接收机、3G无线收发模块以及视频数字解码压 缩服务器等设备构成，信息采集设备主要指客运车辆室内和室 外安装的高清摄像头。车载终端的各个组成部分发挥着不同 的作用，也是组成客运监控运行和调度系统的重要组成部分, 其中GPS模块的主要功能是进行客运车辆所处地理位置的实 时定位和信息解码以及分析计算，在GPS完成数据的整理和 分析后再通过3G无线传输模块将采集到的实时视频和音频信 号发送到各指挥中心的服务器上，最后通过管理调度中心的 服务器进行解码和视频还原，将所得到的各个客运车辆的实 时运营状态显示在管理中心的电视墙上，显示设备的主要功 能是为监控和管理者提供最直观的可视信息。

2系统关键技术

2.1差分GPS定位技术

差 分GPS的英文 简称为DGPS ( Differential GPS， DGPS)，实现差分GPS定位的基础是必须至少有2台GPS信 号机存在，其中一台安装在客运车辆上，另外一台则安装在 一个地理位置相对不变的地方称为基站，基站的位置坐标是 已知的，安装在客运车辆上的GPS信号机也称为动态信号机, 而后者则称为基准GPS信号接收机。在进行定位过程中，两 个GPS信号接收机同时对在轨运行的2个GPS卫星进行观测， 基准接收机的作用是为动态接收机提供定位改正数并称为 DGPS数据［3］，运动的车载GPS信号接收机则利用基准信号 接收机提供的DGPS信号数据对自己所处的地理位置和运动 状态进行三维定位和数据运算，从中得到客运车辆的运行状 态数据。只有一台基准GPS信号机发送伪校正值0的DGPS 测量模块叫做单基准站伪距DGPS测量［4］，图2给出了其工作 原理示意图。在通常的监控和测量中一般基准GPS信号机设 在总监控中心，动态GPS信号机则位于客运车辆上。

2.2无线数据传输技术

第三代(3G)无线通信技术的发展为数据的实时有效传 输提供了技术支撑，现在第四代移动通信技术已经开始商用， 其传输速率要比三代通信速度快的多，但是在第三代无线通信 技术中WCDMA技术相对成熟，而且传输速率和可靠性非常 好，已经在各个移动终端得到了全面的应用和推广。WCDMA (Wide- band Code Division Multiple Access，WCDMA)技术 其码片的速率可到达3. 84 Mc/s,载波带宽最高可达5 MHz, 在基于5 MHz的宽带内其能提供的最高传输速率384 Kb/s。 最主要的是WCDMA技术它能提供移动设备之间的音频和视 频的实时传输，最高的传输速率对于宽带来讲可到达384 Kb/s, 其传输原理是先将采集到的模拟信号进行数字化处理，再将数 字信号扩频到一个相对频谱较宽的信号带进行传输，WCDMA 使用的最高宽带载频为5 MHz叫 2.3视频传输流量控制方法

视频信息的采集和传输是系统中很重要的一个环节，为 了实现系统视频传输的稳定性，在视频传输设计时采用了视 频流量控制模块，其主要作用是完成视频输入端和视频输出 端的流量调节。在该系统中视频流量控制模块根据监控端所 占用缓冲区的大小来进行当前数据传输速率的控制，当接收 端缓冲区域内存占用较大时则可以判断视频帧存在堆积，此时 应该及时减小视频帧的传输速率，当接收缓冲区内存占用较小 时则应该适当加大数据帧的传输速率，其视频流量调节过程 如图3所示。

3客运车辆监控系统实例

在对GPS定位及无线数据传输相关技术分析的基础上, 用GPS定位和无线通信数据技术对客运车辆监控系统进行了 系统设计，在系统的数据传输中利用现有的联通WCDMA网 络作为视频和音频信号的传输链路，在此基础上建立了公用 交通数据专用传输网络VPDN ；由于考虑到车内可能存在的电 电磁干扰，在视频信号的处理中采用了数字化的技术，在数 据信号的传输中采用了现有的无线数据网络进行数据传输; 在整个监控系统中，客运车辆内部和外部都装有高清摄像头 和无线数据发送和接收设备；监控中心的服务器主要负责对 各个车辆的信息进行收集和信息分析，主要包括车速、地理 位置和司机乘客的状态，通过对这些信息的及时处理完成了 客运车辆的集中监控和管理。整个系统的监控界面如图4所示。

系统的主要功能包括客运车辆远程实时监控、调度、录像、 GPS定位及视频通话等。在系统的主菜单中主要分为电子监控、 运营管理、设备控制和系统设置等常用菜单，在系统界面的 右侧是各个车辆在地图上的分布位置，查看此地图可对各个 车辆的具体位置进行监控，系统界面的左侧是监控系统各分 支机构的逻辑控制分布图，左下角显示当前查看车辆的具体运 行状态信息。

4结语

对车辆监控和通信中的关键技术和相关背景进行了设计 和分析，GPS定位及3G通信技术为信息的实时传输提供了技 术保障，现阶段第四代通信技术(4G)已经得到了相关的应用， 相信在不久的将来客运车辆的监管技术将会得到更大的发展， 智能交通系统的发展也将在一定程度上促进社会的信息化和 现代化。

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