隨著機動車輛規模的快速增長，道路堵塞、交通事故、環境污染、能源浪費等現象變得越來越嚴重，采取手段改善日趨嚴重的交通狀況就愈顯迫切。GPS，GIS，3G等新技術在車載導航和目標監控領域的應用使得研究智能交通系統(Intelligent Transportation Systems，ITS)不斷獲得突破，作為ITS的關鍵之一：客運車輛監控系統發展也極為迅速，但研究成果表明，在目前該類車輛監控產品的使用和測試中還存在諸如定位不夠準確、終端和監控中心數據實時傳輸困難、精度不高、價格昂貴等問題。針對以上關鍵技術及難題，本文設計了一種基于差分GPS定位及中國聯通3G通信技術的客運車輛視頻監控系統。
1 客運車輛監控系統解決方案
1．1 客運車輛監控系統架構
基于GPS定位及3G通信的客運車輛監控系統在客運車輛上安裝車載終端主機、車載攝像機、無線網傳模塊等，對車內外情況進行實時監控；監控指揮中心對前端獲取的實時數據進行分析，系統結構如圖1所示。
1．2 系統各組成部分說明
1．2．1 車載視音頻監控模塊
在車輛進出口及重要位置安裝視頻攝像機，獲取車內外的視頻信號，并傳輸給車載終端主機；車載視頻監控終端負責采集視音頻數據、數字化壓縮處理，并進行數據實時保存在車載終端的硬盤內。
1．2．2 信患交互模塊
車載終端主機可通過3G無線網絡(中國聯通WCDMA)與中心平臺進行交互上傳車內外視頻圖像信息及報警信號；GPS衛星定位數據以及語音信息等交互功能。
1．2．3 GPS定位模塊
車載終端主機可采集GPS衛星定位信息，并通過3G無線網絡(中國聯通WCDMA)上傳至與中心平臺；中心平臺屏幕顯示車輛所在位置、速度、方向角等信息；并可實現車載電話功能。
1．2．4 中心管理平臺
通過3G無線網絡(中國聯通WCDMA)對車載終端主機進行集中管理；中心管理平臺具備車輛調度、車輛報警處理、遠程指揮等功能。
1．2．5 車載終端主機說明
組成：需要定位、跟蹤的車輛需安裝車載單元稱為車載終端。車載終端組成包括主機(由GPS接收機、WCDMA收發模塊、數字視頻服務器等構成)、顯示設備、其他數據采集設備如攝像頭等。
功能模塊：車載終端是客運車輛監控調度的重要部件，GPS接收機完成GPS衛星信號的分析計算，通過WCDMA通信模塊發送給GPS調度管理中心。顯示設備可收發消息、實現調度功能、發出提示信息，攝像頭可拍照并由主機將數據上報到中心。
2 系統關鍵技術分析
2．1 差分GPS定位技術
差分GPS(Differential GPS，DGPS)定位需要至少2臺GPS信號接收機，分別安放在運動載體(客運車輛)和基準站(已知點位坐標)上，前者稱為動態GPS信號接收機，后者稱為基準GPS接收機。二者同步地對一組在視GPS衛星進行觀測，基準接收機為動態接收機提供差分改正數，并稱為DGPS數據，動態接收機利用自己的GPS觀測值和來自基準接收機的DGPS數據精確地解算出運動實體的三維坐標。只有一臺基準接收機用來發送“偽距校正值”的DGPS測量模式叫做單基準站偽距DGPS測量，其工作原理可通過圖2直觀表示。
實際操作中把基準接收機設在監控中心，動態接收機則放于客運車輛上，經測試，DGPS測量可以把單點動態實體定位精度提高到10 m之內，也可以較好的解決GPS靜態定位漂移的問題。
2．2 WCDMA無線數據傳輸技術
第三代(3G)無線通信技術中寬帶碼分多址(Wideband Code Division Multiple Access，WCDMA)技術是全球商用時問最長，技術成熟、可演進性最好的。具有網絡速度快、支持業務廣、終端種類多、國內覆蓋范圍廣的特點，這也是本文采用此技術的原因。
WCDMA采用直接序列擴頻碼分多址(DSCDMA)、頻分雙工(FDD)方式，碼片速率為3．84Mc／s，載波帶寬為5 MHz。基于Release99／Release 4版本，可在5 MHz的寬帶內提供最高384 Kb／s的用戶傳輸速率。WCDMA能夠支持移動／手提設備之間的語音、圈像、致據以及視頻通信，速率可達2 Mb／s(對于局域網而言)或384 Kb／s(對于寬帶而言)。輸入信號先被數字化，然后在一個較寬的頻譜范圍內以編碼的擴頻模式進行傳輸，窄帶CDMA使用的是200 kHz寬度的載頻，而WCDMA使用的則是一個5MHz寬度的載頻。
2．3 視頻傳輸流量控制方法
為了實現3G環境下視頻傳輸系統工作的的穩定，采用了如下方法，基本工作原理如圖3所示。核心思想是在處理器端增加了視頻傳輸流量控制模塊，并增加了監控端接受緩沖區尺寸變化的反饋。根據監控端所占用的緩沖區大小就可以近似的知道當前傳輸的速率是否合適，當接收緩沖區之中的內容比較多時說明視頻幀有堆積現象，此時應減少視頻傳輸的幀數，并以合適的時延調節以獲得較好的傳輸質量；相對應的在接受緩沖區中積累的數據較小時可以適當增大傳輸數據的幀數。
3 基于GPS定位及3G通信的客運車輛監控系統實例分析
基于以上系統設計及關鍵技術方法說明，實現了一個基于GPS定位及3G通信的客運車輛視頻監控系統：系統中有效利用現有的公共通信網絡中國聯通WCDMA網絡作為移動通信鏈路，在WCDMA網絡上建立公交數據專用網絡VPDN；考慮到車內的無線和強電磁干擾，采用數字化解決方案，選用無線數字網絡監控終端進行視頻處理傳輸；每輛車內安裝攝像機、無線數字監控終端，視頻服務器，通過WCDMA無線通信鏈路將視頻信號及GPS信息遠程傳送至中心監控管理平臺；監控中心服務器用于接收車輛的位置、速度、司機的反饋信息等，進行分析和計算，實時動態地報告被監測點的情況，及時發現問題并進行處理，并告知執行一些監控中心分配下來的任務。系統主監控界面效果圖如圖4所示。
系統主要功能有：遠程實時監控和調度；錄像、回放及報警；GPS定位；雙向視頻通話等。
經為期3個月的測試及反饋信息發現此系統主要具備以下特點：
系統具備電信級處理能力，可實現較大規模數據即時處理和響應、確保系統無故障運行；
定位精度高，在原有類似產品基礎上有了明顯的改善；
由于采用WCDMA的3G通信技術，無線通信高速、穩定、實時性好；
高度的開放性和強大的可擴展性，可根據用戶需求實現功能擴展。
4 結語
基于GPS定位及3G通信的客運車輛視頻監控系統設計中綜合應用了差分GPS定位技術、WCDMA的3G無線通信技術、視頻傳輸流量控制技術及先進的無線互聯方法，經測試所構建的客運車輛監控系統可實現視頻實時瀏覽、車輛定位管理、多種報警等各種功能，提高了客運車輛運行的安全保障、乘客的滿意度、管理效率，同時也降低了運行成本。今后的工作將集中在研究更為先進的GPS定位技術、3G網絡技與“物聯網”的結合及在車載導航、交通事故應急響應等方面的應用，為發展智能交通系統提供參考。