董文宇

【摘要】 針對(duì)目前電動(dòng)車(chē)盜竊案頻發(fā)且難以追盜，提出一種改進(jìn)型的電動(dòng)車(chē)定位追盜系統(tǒng)。以基于GPS+北斗雙模定位芯片的終端為主，運(yùn)用衛(wèi)星定位和無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)接入互聯(lián)網(wǎng)。結(jié)合成熟的定位追盜服務(wù)平臺(tái)，對(duì)裝有該系統(tǒng)的電動(dòng)車(chē)實(shí)現(xiàn)可管可控。該系統(tǒng)是典型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，有助于大大降低電動(dòng)車(chē)盜竊的發(fā)生率。

【關(guān)鍵詞】 多模定位 平臺(tái)管控 自動(dòng)追盜

一、概述

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展如火如荼的今天，其中有相當(dāng)多的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)完善。如何利用好這些技術(shù)來(lái)進(jìn)一步解決民生問(wèn)題一直是重中之重。電動(dòng)車(chē)因其經(jīng)濟(jì)、輕便，成為老百姓出行越來(lái)越多選擇的交通工具。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止13年年底，全中國(guó)電動(dòng)車(chē)的保有量超過(guò)2億臺(tái)。同時(shí)每年有統(tǒng)計(jì)的產(chǎn)銷(xiāo)量是2000萬(wàn)臺(tái)，非官方數(shù)據(jù)是3000多萬(wàn)臺(tái)。隨著電動(dòng)車(chē)大規(guī)模普及，電動(dòng)車(chē)失竊問(wèn)題成為影響社區(qū)治安的重要問(wèn)題。同時(shí)電動(dòng)車(chē)的防盜和追盜任務(wù)越來(lái)越重。傳統(tǒng)的防盜措施局限于派遣執(zhí)勤人員在小區(qū)出入口或道路崗?fù)みM(jìn)行盤(pán)查，這種方式比較繁瑣，且根本無(wú)法有效地鑒別出被盜電動(dòng)車(chē)，更不用說(shuō)追盜了。本文提出一種改進(jìn)型的電動(dòng)車(chē)定位追盜系統(tǒng)，采用物聯(lián)網(wǎng)中的先進(jìn)定位通信技術(shù)來(lái)取代傳統(tǒng)落后的方式，為電動(dòng)車(chē)定位追盜提供了良好的解決方案。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)，構(gòu)建了一個(gè)完整的智能電動(dòng)車(chē)定位追盜系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括電動(dòng)車(chē)定位終端、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)及移動(dòng)終端追盜軟件三大部分。實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車(chē)的位置管理、狀態(tài)管理、防盜追盜等功能，是物聯(lián)網(wǎng)的典型應(yīng)用，如圖1所示。

2.1 電動(dòng)車(chē)定位終端

2.1.1 定位終端的設(shè)計(jì)組成

電動(dòng)車(chē)定位終端為新型的GPS、北斗芯片終端，由如下部分組成：（1）GPS+北斗雙模射頻前端模塊；（2）GPS+北斗雙?；鶐Ы邮漳K；（3）無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊；（4）主控CPU模塊。

整個(gè)GPS+北斗芯片終端及其外圍功能框圖如圖2所示。

（1）各部件功能描述如下：

GPS+北斗雙模射頻前端模塊，用于將GPS L1頻段信號(hào)（1575.42MHz）及北斗B1頻段信號(hào)（1561.098MHz）下變頻至低中頻信號(hào)，如4.092MHz，并對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），供后端基帶接收模塊進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，并最終輸出定位結(jié)果，即終端所在區(qū)域的經(jīng)度、緯度及高度。

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

由圖3可知，整個(gè)下變頻模塊由全段低噪聲大器（LNA）、下變頻器、可變?cè)鲆娴目缱璺糯笃鳎═IA）、可調(diào)帶寬的兩級(jí)低通濾波器（LPF），一級(jí)可編程增益放大器（PGA）以及ADC組成。

（2）GPS+北斗雙?；鶐Ы邮漳K，用于處理射頻前端送來(lái)的ADC采樣信號(hào)，通過(guò)數(shù)字下變頻，捕獲可用GPS、北斗信號(hào)，并使用內(nèi)部跟蹤環(huán)路跟蹤可用信號(hào)載波與測(cè)距碼，解調(diào)信號(hào)中的導(dǎo)航電文，隨后根據(jù)跟蹤與解調(diào)信息組合成每個(gè)可用GPS、北斗信號(hào)的偽距值，送主控CPU，并在主控CPU內(nèi)完成定位解算，輸出最終定位結(jié)果。

其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示：

由圖4可知，GPS+北斗雙?；鶐Ы邮苣K由數(shù)字下變頻器（DDC）、載波數(shù)控振蕩器（CARRIER NCO）、解擴(kuò)單元（DESPREAD UNIT）、擴(kuò)頻碼發(fā)生器（PRN GENERATOR）、捕獲模塊（ACQUISITION MODULE）、跟蹤模塊（TRACKING MODULE）和解調(diào)器（DEMODULATOR）組成。

需要特別指出的是，由于GPS+北斗接收機(jī)內(nèi)部需要同時(shí)跟蹤若干路接收信號(hào)，因此，接收機(jī)內(nèi)部實(shí)施了多路捕獲、跟蹤及解調(diào)模塊；GPS+北斗雙模芯片終端的另一個(gè)特點(diǎn)是可以用于GPS+北斗信號(hào)的聯(lián)合定位，因此其內(nèi)部每個(gè)捕獲、跟蹤及解調(diào)模塊都可以由CPU配置為GPS或者北斗通道，達(dá)到靈活切換的目的。

（3）GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，用于將CPU計(jì)算得到的當(dāng)前可用地理位置通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳送至后臺(tái)服務(wù)器，并由后臺(tái)服務(wù)器通知追盜終端當(dāng)前被定位終端所在地理位置；同時(shí)，無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊用于雙向傳輸主控CPU與后臺(tái)服務(wù)器之間的測(cè)控指令，如終端工作模式、緊急狀態(tài)報(bào)警等。

（4）主控CPU模塊，用于總控終端內(nèi)的GPS+北斗基帶接收模塊以及無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊的開(kāi)關(guān)等狀態(tài)；同時(shí)，根據(jù)GPS+北斗基帶接收模塊送來(lái)的信號(hào)偽距信息計(jì)算得出當(dāng)前被定位終端所在的可用地理位置信息，并最終啟動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊將可用地理位置信息送遠(yuǎn)端后臺(tái)服務(wù)器；此外，主控CPU外部連接有一個(gè)緊急按鈕，當(dāng)被定位終端發(fā)現(xiàn)無(wú)法找到車(chē)主終端，或出現(xiàn)其他緊急狀況時(shí)，可通過(guò)該按鈕通知主控CPU發(fā)送緊急信息至后臺(tái)服務(wù)器，則服務(wù)器可立即通知車(chē)主終端當(dāng)前緊急狀態(tài)。

2.1.2 定位終端特色：周期性傳送定位的位置信息

為了達(dá)到即降低芯片功耗，延長(zhǎng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)間，又可有效保障緊急狀態(tài)下車(chē)主終端能夠快速準(zhǔn)確查找到被定位終端所在位置，設(shè)置了如下三種芯片終端工作模式：

（1）芯片終端共有如下三種工作模式：睡眠模式：當(dāng)車(chē)主終端認(rèn)為當(dāng)前不需要對(duì)被定位終端實(shí)施追蹤時(shí)，后臺(tái)服務(wù)器可通知主控CPU將終端當(dāng)前工作狀態(tài)設(shè)置為待機(jī)模式。此時(shí)，GPS+北斗射頻前端模塊與基帶接收模塊處于完全斷電狀態(tài)，數(shù)據(jù)傳輸模塊及主控CPU自身則處于低功耗待機(jī)狀態(tài)，等待后臺(tái)服務(wù)器隨時(shí)喚醒，從而達(dá)到節(jié)電、延長(zhǎng)系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間的目的。

（2）間歇模式：當(dāng)車(chē)主終端認(rèn)為當(dāng)前需要對(duì)被定位終端實(shí)施一般監(jiān)控，例如：判斷被定位終端是否遠(yuǎn)離車(chē)主終端等情況時(shí)，車(chē)主終端可通過(guò)后臺(tái)服務(wù)器通知被定位終端內(nèi)的主控CPU將系統(tǒng)置為間歇工作模式，同時(shí)車(chē)主終端可通過(guò)按鈕設(shè)定自身的終端為間歇工作模式。

此時(shí)，雙方終端內(nèi)的模塊，包括GPS+北斗射頻前端模塊、基帶接收模塊、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊以及CPU自身都處于低功耗工作狀態(tài)，并間隔10～30秒發(fā)送一次車(chē)主終端及被定位終端地理位置信息至后臺(tái)服務(wù)器。

（3）正常模式：當(dāng)車(chē)主終端認(rèn)為當(dāng)前需要對(duì)被定位終端實(shí)施緊密監(jiān)控時(shí)，車(chē)主終端可通過(guò)后臺(tái)服務(wù)器通知被定位終端所攜帶的終端將所有功能全部置為正常工作模式，同時(shí)車(chē)主終端可通過(guò)按鈕將自身終端置為正常工作模式。

此時(shí)，車(chē)主終端與被定位終端將各自每隔0.5～1秒上報(bào)一次地理位置信息至后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器將根據(jù)兩者地理位置信息計(jì)算出兩者間的最短路徑，并將兩者目標(biāo)位置及路徑顯示于車(chē)主終端的顯示屏上。

2.2 應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)

電動(dòng)車(chē)定位終端采集完車(chē)輛的位置及狀態(tài)信息后，通過(guò)其無(wú)線模塊把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)用服務(wù)平臺(tái)。只要是安裝了定位終端的電動(dòng)車(chē)，其實(shí)時(shí)或歷史的位置、狀態(tài)信息都將被記錄在應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。車(chē)主只要通過(guò)移動(dòng)終端或PC登錄平臺(tái)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)GPS定位、實(shí)時(shí)報(bào)警、定位追蹤、研判取證、信息查詢(xún)及遠(yuǎn)程控制等功能。電動(dòng)車(chē)如被盜（如發(fā)生車(chē)輛異常震動(dòng)、位移告警），服務(wù)平臺(tái)會(huì)第一時(shí)間將位置和信息發(fā)送到車(chē)主手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛隨時(shí)隨地的監(jiān)控。

2.3 移動(dòng)終端追盜軟件

手機(jī)版平臺(tái)界面如圖5所示。

移動(dòng)終端追盜軟件是車(chē)主或管理員用來(lái)查看電動(dòng)車(chē)位置及狀態(tài)的工具，一般安裝在手機(jī)上。主要功能如圖5所示，其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)追盜的工作原理如下：（1）啟動(dòng)移動(dòng)終端追盜軟件，選擇自動(dòng)追蹤菜單后，進(jìn)入自動(dòng)追蹤導(dǎo)航狀態(tài)；（2）移動(dòng)終端從定位后臺(tái)獲取當(dāng)前被定位終端位置（被盜車(chē)輛位置）；（3）移動(dòng)終端獲取自身當(dāng)前位置（追盜人位置）；（4）移動(dòng)終端軟件根據(jù)被盜車(chē)輛位置和追盜人位置，計(jì)算出兩者之間的最佳路徑，同時(shí)將路徑顯示在移動(dòng)終端電子地圖上，移動(dòng)終端開(kāi)始從追盜人位置進(jìn)行導(dǎo)航；（5）導(dǎo)航過(guò)程中，應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)定時(shí)下發(fā)被盜車(chē)輛實(shí)時(shí)位置到移動(dòng)終端；移動(dòng)終端計(jì)算最新收到的被盜車(chē)輛位置與上一次位置之間的位移，若位移大于預(yù)設(shè)置距離，則依據(jù)最新接收到的被盜車(chē)輛位置和移動(dòng)終端之間的位置信息，重新計(jì)算被盜車(chē)輛和移動(dòng)終端之間的最優(yōu)導(dǎo)航路徑并顯示；若位移小于預(yù)設(shè)置距離則維持上一次計(jì)算所得的路徑導(dǎo)航。

三、總結(jié)

從社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，電動(dòng)車(chē)防盜在我國(guó)未來(lái)10年內(nèi)還會(huì)是一項(xiàng)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。本系統(tǒng)的提出和開(kāi)發(fā)旨在解決這一問(wèn)題，將物聯(lián)網(wǎng)中主導(dǎo)的定位 技術(shù)與移動(dòng)通信有效結(jié)合，通過(guò)平臺(tái)支撐的方式，不但可以加強(qiáng)電動(dòng)車(chē)主對(duì)車(chē)輛的管控，更能為公安部門(mén)提供有效數(shù)據(jù)和追盜手段。從而對(duì)這類(lèi)違法犯罪行為起到很好的威懾作用，將電動(dòng)車(chē)輛犯罪率有效降低。目前，該系統(tǒng)已在成都、重慶、上海、無(wú)錫等地進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，并逐步推廣。相信隨著硬件成本的不斷降低，基于該技術(shù)的系統(tǒng)必將得到大規(guī)模的應(yīng)用。