随着经济的高速发展，车辆的数量日益增多，交通拥挤和交通阻塞现象日益严重，交通污染与交通事故也日渐频繁，道路网络的通行能力已经不能满足交通量增长的需求。在这种情况下，智能交通系统应运而生。作为智能交通系统的重要组成部分，车辆监控系统在缓解交通压力、保障交通安全、提高运输效率等方面具有广阔的市场前景和极高的应用价值。
1.1 智能交通系统概述
智能交通系统(Intelligent Transportation System, ITS)又称智能运输系统，是目前交通运输领域研究的前沿课题。它是在比较完善的道路设施基础上，将先进的计算机技术、数据通讯技术、电子控制技术等有效地综合应用于整个交通运输管理系统。其实质就是利用高新技术对传统的交通系统进行改造和提升而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通系统，是城市交通进入信息时代的重要标志[1]。智能交通能够有效地缓解交通压力、减少交通事故，建立舒适安全的交通环境[2]。
智能交通系统主要有以下几个发展方向：先进的交通管理系统(ATMS)、先进的交通信息系统(ATIS)、先进的车辆控制系统(AVCS)、先进的公共交通系统(APTS)、货物和流量管理系统(FFMS)、异常交通紧急救援系统(SEVMS)、交通设施管理系统（TIMS）等。
由于智能交通系统具有很好的经济和社会效益，它正成为21世纪交通发展的方向。目前,很多国家和地区纷纷成立各种组织对智能交通系统展开研究开发工作,其中，美国、日本和欧盟等国家的ITS发展处于领先地位[3]。美国的ITS America、日本的VERTIS和欧洲的ERITCO成为国际上推动ITS的三大组织。
日本是最早开始进行ITS研究的国家，早在1973年就进行了名为汽车交通综合控制系统CATCS(Comprehensive Automobile Traffic Control System)的项目研究，20世纪80年代后期，日本的上百个汽车和电子业公司会同大学和研究所进行了近14个项目的联合开发研究。日本研究ITS的目标是在未来30年内大幅度的减少道路交通的肇事次数，减少由于道路阻塞而引起的汽车燃油等资源浪费及对环境造成的污染。日本的ITS推动委员会由政府的5个部门于1993年成立，该组织于1995年制定了日本推动ITS发展的原则和方针，并于1996年完成了日本综合发展规划，作为日本发展ITS的蓝图。日本的智能型车辆道路及交通协会(Vehicle Road and Traffic Intelligent Society，VERTIS)由部分企业和学术团体于1994年组成。
VERTIS在推动日本ITS发展方面发挥了极其重要的作用，其主要任务是推动ITS的开发和研究，与各企业及学术机构间联合和协调一些技术上的问题，以及支持ITS的相关标准化活动等。
欧洲的ITS研究开发是由官方与民间并行进行的。由于欧洲的国家大部分很小，因此ITS的开发与应用是与欧盟的交通运输一体化建设进程紧密联系在一起的。1969年，欧共体委员会就提出要在成员国之间开展交通控制电子技术的开发。自1986年以来，西欧国家主要在欧洲高效安全交通系统计划(PROMETHEUS)和保障车辆安全的欧洲道路基础设施计划(DRIVE)的指导下开展交通运输信息化领域的研究、开发与应用。
1991年，欧盟各国的相关制造业、汽车业、通讯业，以及学术研究机构和政府部门等共同组成了欧洲智能交通协会 (European Road Transport Telematics Implementation Coordination Organization，ERTICO)。ERTICO的使命是促进和支持 ITS在整个欧洲的应用，创造一个更令人满意的交通环境，并取得良好的经济回报。通过 ERTICO，企业及机构没有部门及国家的限制，能更有效地合作，共同创建一
个成功的欧洲 ITS大市场。
美国在 ITS的试验研究和实践应用上处于国际领先地位。美国非常重视 ITS系统即将形成的巨大市场，对其进行了广泛而深入的研究。 1991年，美国国会通过了综合地面运输效率法案，其目的就在于要发展经济上有效、环境上完善的国家级综合地面运输系统，以便能够高效率地运送人员和货物。 1992年，由美国交通部、联邦顾问委员会和美国智能交通协会联合制定了智能交通系统发展战略计划。 1995年 3月，美国交通部正式出版了国家智能交通系统项目规划。 1996年，美国亚特兰大市交通局运用已有的智能交通系统的科技成果开发了奥林匹克交通控制管理系统，为第 26届奥运会提供了有效的服务。美国交通部是推动美国 ITS工程的核心机构，而 ITS技术的研究和开发则主要由美国智能交运系统协会 (ITS America)来完成。 ITS America成立于 1994年 9月，其宗旨是协调和加速美国的先进运输技术的发展，
该组织致力于用 10年时间将全美 75个大城市区域的行车时间缩短 15%以上，在全美 450个行政区域内的公路网上建设智能工作点，并与大城市的系统联网。在美国政府大力支持下，ITS America发展十分迅速，目前已在国际 ITS组织中占据了关键的地位。
智能交通系统 ITS是交通运输现代化的必然产物，它的实施必将大大改观交通运输系统的面貌，对促进社会进步、经济发展将起着极其重要的作用。与发达国家相比，目前我国经济和交通运输发展水平尚有较大差距。我国现在不但存在着交通设施短缺的问题，而且现有交通设施的技术水平和自动化程度都比较低，不足以满足越来越高的路网通行能力的要求。国内对 ITS的研究现处于初级阶段，在 ITS的各系统中，我国只在高速公路上使用了通信系统、监控系统和收费系统。因此，我国交通运输业面临着空前严峻的挑战。
我国 ITS研究刚刚起步，基本上处于对国外研究成果的介绍、学习阶段。虽然我国关于ITS的基础研究很薄弱，但是随着科学技术的进步和社会的发展，开发研究 ITS已具备了技术基础、国家政策倾斜和一定的市场需求。 20世纪 90年代以来，有关部门正组织中国 ITS发展战略研究、全球定位系统在公路信息系统中的应用研究与开发、公路货运站场及运输网络系统关键技术研究等陆续开始的科研项目。
智能交通系统的研究要分清层次，有所侧重，进行多元化发展。根据我国的实际情况，应综合考虑城市交通、公路、铁路、水运和航空等多种运输方式，制定出分阶段、目标及优先研究领域。就目前而言，中国 ITS的研究应分成如下两个部分：一是以提高现有交通设施利用效率为主要目标的先进交通管理系统、信息服务系统、自动收费系统和实现合理交通结构为中心的先进的公共交通系统等近期内可以实现的部分；二是以实现先进的车辆控制系统和先进的公路系统为目标的未来部分。
总之，智能交通系统的开发和应用是改造中国传统交通运输产业的一个重要手段，同时它还将为中国高新技术产业创造一个巨大的潜在市场，发展前景十分诱人。智能交通系统 ITS必将在提高运输效率和安全性、减少资源浪费、减轻对生态环境破坏等方面发挥重大作用。智能交通系统技术的开发和应用将使各交通要素相互协调，从而达到交通系统化以建立起快速、准时、安全、便捷的交通运输体系[4]。
1.2 车辆监控系统简介
车辆监控系统是智能交通系统的重要组成部分，它集定位技术、无线通信技术以及计算机技术于一体 ,能够对车辆进行实时定位、监控和调度，在提高运输效率和保障车辆安全等方面发挥着巨大作用。全球定位系统（Global Positioning System , GPS）能够为用户提供位置、速度和时间等信息，并且具有精度高、速度快和成本低的特点，已经广泛应用于诸多行业和领域，车辆监控系统自然也在其中。现在所说的车辆监控系统一般是指 GPS车辆监控系统。
GPS车辆监控系统主要有车载移动台、监控中心和移动通信网络三部分组成。车载移动台可以通过其 GPS接收模块获得自己的精确的位置信息，并能够利用移动通信网络将其位置信息以及其他车辆状态信息发送至监控中心。监控中心能够通过移动通信网络接收车载移动台发送来的车辆信息，并且将车辆实际行驶的轨迹在电子地图上正确地显示出来。这样监控中心就能够时时刻刻监视车辆的状态，并且可以根据需要向车载移动台发送相关命令。
在车辆的运输过程中，为了提高运输效率，减少车辆事故，并对事故及时处理，车辆管理部门需要对车辆合理调度，严密管理和监视。汽车司机需要选择交通情况良好的最短行驶路线，乘客需要及时了解公交车辆的到站时间。警用车辆、运钞车辆要求调度、指挥和控制。车辆被盗，车主希望及时发出报警，报告车辆所在位置和车辆的动向。这些都要求实时测定和显示车辆所在位置，并将车辆位置及其他信息及时报告给有关部门，这都离不开车辆监控系统。
目前，少数发达的国家，例如美国、日本、意大利、新加坡、加拿大等国家，普遍应用GPS车辆监控系统，其应用的行业多数集中在出租车调度管理、医疗急救调度、特种及危险车辆管理、公众车辆的安全救护和自主导航等。
在国内， GPS车辆监控系统主要应用于特种车辆的管理和调度，因为运钞车、急救车、救火车、巡逻车、迎宾车等特种车辆一般要求实现全程监控、调度和指挥。国内很多银行和公安部门都纷纷构建自己的车辆监控系统。 GPS车辆监控系统在物流运输、公共交通等行业的应用也开始出现，它能够有效地对车辆实施调度和指挥，极大的提高了运输效率，有效的保障了行车安全。随着社会的发展， GPS车辆监控系统也将普遍应用于普通车辆，它能够为车辆提供紧急报警、远程控制、引导行驶等服务，为车辆出行提供了方便。此外， GPS车辆监控系统为交通部门实现公路管理信息化提供了强有力的技术支持。
GPS车辆监控系统主要具有以下几个作用：
(1)以车辆监控系统为核心，组成货物运输车队的遥控指挥系统，监控中心根据每辆车的实时位置与货物的起始点对车辆的行驶路径进行综合规划，从而提高车辆利用率，降低成本，最大限度地减少车辆在路上的时间，提高道路利用率。
(2) 以车辆监控系统为核心，进行适当地改造，实时地将道路堵塞情况通知给移动车辆，使系统内的用户能免及时调整最佳运行路线，为城市内各条道路的交通流量实现自动调节，从而达到提高道路通行能力的目的。
(3 )车辆监控系统可以使监控范围内发生事故的车辆及时得到抢救，并通知相关部门以最快的速度排除道路故障，使交通秩序由事故引起的混乱时间尽可能缩短。
衡量 GPS车辆监控系统的优劣，首先要考虑系统的实用性、可靠性以及工程的实际造价等。其次，还应该主要考虑系统实时性能、报警反应时间、系统容量、监控范围等性能指标。此外，电子地图与车辆行驶轨迹的吻合程度也是衡量 GPS车辆监控系统的优劣的一个标准。
GPS的应用领域中，车辆应用所占的比重最大，约占总数的 50%，其中 GPS车辆监控系统在 GPS车辆应用系统的一个重要部分。中国 GPS车辆监控系统的应用，走过了起伏而缓慢的发展道路，经历了几起几落的艰难历程。现在中国 GPS车辆监控已经发展到了关键时刻。随着无线通信技术的不断发展，车辆监控系统中的通信问题基本得到了解决。在 2000年底，全国累计有近 300个左右的车辆监控网络，入网车辆达五六万辆。如果把特种车辆的应用扩展到私家车辆和公众车辆的应用，特别是运输车辆的应用，则在未来的几年之内，入网车辆将大幅度增加，每年的相关产值将达到 7-10亿元[5]。
总之，随着新技术的不断出现、 GPS车辆监控系统的性能将不断提高，其应用范围也将越来越广泛。
1.3 课题的研究意义与论文的内容安排
目前，GPS车辆监控系统已经备受关注，但是在国内的应用还不够广泛。车辆监控系统采用的通信网络主要有公用无线通信网和专用无线通信网两大类。目前国内的 GPS车辆监控系统主要采用公用无线通信网络（例如 GSM、GPRS等）进行数据传输，这就需要向移动通信运营商支付大量的通信费用，而普通用户很难接受如此昂贵的费用，同时，使用公用无线通信网络的车辆监控系统的业务发展受到公用网络所提供业务类型的限制。采用专用无线通信网络的车辆监控系统的监控范围和用户容量一般较小，很难满足用户需求。因此， GPS车辆监控系统的推广受到了很大阻碍。
本文介绍的基于 GPS的车辆联网监控系统将使用专用无线通信网与公用 Internet网相结合的方式来实现车辆状态信息的传送，它利用专用无线网络进行数据传输，不再需要向移动通信运营商支付巨额通信费用。同时可以用 Internet连接各个监控中心，以扩大监控范围，增加用户容量，解决了专用无线通信网络覆盖面积小和系统容量小的问题。
本文内容共分为六章，
第一章，《前言》，简要介绍智能交通系统和车辆监控系统的概念以及在国内外的发展应用状况。
第二章，《全球定位系统》，主要介绍全定位系统的构成和工作原理。
第三章，《GPS车辆监控系统中的通信网络》，主要介绍目前可以应用于车辆监控系统的通信网络的种类和各自的特点。
第四章《基于 GPS的车辆联网监控系统的通信网络》，主要介绍基于 GPS的车辆联网监控系统的通信网络的构成。
第五章《基于 GPS的车辆联网监控系统的实现》，主要介绍基于 GPS的车辆联网监控系统软硬件结构。
第六章《车辆监控系统的展望》，介绍新技术在新的车辆监控系统的应用。
