基于多交互方式的物流車輛監控系統設計研究

摘要：文章介紹了一種基于多交互方式的物流車輛監控系統的設計和開發，系統以GPS、GIS、GPRS、GSM等技術為基礎，采用了三層B/S和C/S混合的系統體系架構，實現了短信、Web、WAP、普通桌面等多種方式的客戶端對車輛進行的監控、跟蹤、調度、位置查詢、空間分析等功能。與以往交互形式單一的監控系統相比，系統具有更好的交互性、對環境的適應性以及系統擴展的靈活性。

關鍵詞：GPS；GIS；Web服務；WAP；車輛監控

中圖分類號：F506文獻標識碼：A

文章編號：1002-3100(2008)02-0127-04

Abstract: Based on GPS， GIS， GPRS and GSM， this paper expounds the design and implementation of a kind of multi-method vehicle monitoring system which adopts the the mixed 3-tier architecture of B/S and C/S mode. This system can perform founctions which are vehicel monitoring， vehicel position query and spatial-analysis by SMS， Web， WAP and common-client. Compared with those prevenient vehicle monitoring systems， the new one introduced by this paper has better interactivity， adaptability and extensibility.

Key words: GPS; GIS; Web service; WAP; vehicle monitoring

0引言

車輛的位置服務涉及了智能交通（ITS）、物流管理、國防安全、醫療救助等諸多應用領域，是我國交通運輸管理領域最需要迫切發展的，也是最具發展前景的應用產業之一。

目前國內外關于GIS在車輛位置服務方面的研究方興未艾，如戴喜明等（2006年）介紹了一種基于GSM/GPS/GIS車輛狀態監控系統的設計，翟戰強等（2004年）提出了一種基于GPRS/GPS/GIS的車輛導航與監控系統，龍華等（2004年）實現了一種基于Web-GIS的車輛管理系統，汪力等（2004年）介紹了一種基于XML Web服務監控系統的設計與實現。上述文章中闡述的方法較好地解決了車輛監控的問題，在這些系統設計方法中，車載GPS終端同監控中心數據交互主要采用短消息方式和GPRS方式，能夠解決GPS終端數據的上傳和監控中心命令的下發，但是涉及的監控客戶端形式較單一，沒有很好的利用當前的PDA，智能手機等等，造成用戶不能在任意時間、任意地點、任意設備對車輛進行有效管理。

本文設計了一種多交互方式的物流車輛監控調度系統，該系統不僅包含了上述監控系統的主要功能，而且將這些功能從普通桌面客戶端、Web客戶端拓展到了移動客戶端，如智能手機，PDA等，實現了在移動環境下對系統的操作。同時，系統服務器群的設計方法，增強了系統的靈活性和可擴展性。文章詳細論述了系統的構成，并重點分析了系統的關鍵技術和多種交互方式的優點。

1系統體系架構及工作原理

1.1系統的組成與總體架構[1]

本系統由GPS車載終端、監控中心服務器群和監控終端三大部分組成。系統的網絡拓撲結構如圖1所示。

（1）GPS車載終端主要負責對車輛的空間位置信息和狀態信息進行采集和傳輸。

（2）監控中心服務器群包括數據庫服務器和應用服務器兩大類，前者主要是存放移動目標的位置信息、狀態信息以及系統中其它的相關信息；應用服務器包括：通信服務器、短信服務器、GIS服務器、WAP服務器、Web服務器，它們各自相對獨立，共同使用數據庫服務器中的數據，為各項應用提供服務接口。

（3）監控終端包括：普通桌面客戶端、Web客戶端、移動客戶端。普通桌面客戶端即成熟C/S架構下的客戶端，Web方式客戶端是B/S架構下的瀏覽器客戶端，移動客戶端是能同本系統進行文字信息交互或者能夠通過通信網絡對系統進行WAP訪問的手機，PDA等移動設備。系統的邏輯體系架構如圖2所示。

1.2系統的工作原理

整個系統中GPS車載終端進行車輛信息的采集，監控中心服務器群進行信息的處理，監控終端進行信息的展示，系統中信息的傳輸通過有線和無線網絡進行。

（1）GPS車載終端的工作原理：GPS車載終端對衛星信號進行接收，計算出車輛當前位置，然后通過GPRS傳輸方式上傳到監控中心通信服務器，再由通信服務器對原始數據進行邊界處理、有效性過濾處理以及語義解碼后傳給數據庫服務器進行保存。

（2）監控終端和監控中心服務器群的工作原理：

Web客戶端、移動客戶端通過有線或無線網絡訪問對應的應用服務器，再由應用服務器訪問GIS服務器上的對象，對象獲取數據庫服務器上的數據進行處理，并返回計算結果給提出服務申請的應用服務器，最后客戶端顯示結果。如果結果返回到短消息服務器，則由短消息服務期再進行短信的發送。

普通桌面客戶端在監控中心內部使用，采用的是傳統的C/S架構。客戶端從數據庫服務器讀取數據，在客戶端進行處理。

2關鍵技術

本系統的實現涉及到了GPS車載終端，監控中心服務器群，監控終端三個部分。關鍵技術是監控中心服務器群的設計。

監控中心服務器群是整個系統的大腦，擔負著系統各要素之間信息傳遞和計算的重任。好的架構能夠提高系統的運行效率、便于系統的維護、有利于系統的擴展。本系統所服務器群具體的設計可以分Web服務器、WAP服務器、短信服務器、GPS通信服務器、GIS服務器、數據庫服務器六個部分，本文重點闡述GPS通信服務器、短信服務器、WAP服務器、GIS服務器的設計。

2.1GPS通信服務器設計

GPS通信服務器是監控中心同GPS車載終端之間信息傳輸的樞紐，是多交互方式車輛監控系統的基礎。其主要功能有：管理車載終端；接收并處理車載終端上傳的各種數據；下發監控端發出的各種控制命令。整個監控調度系統正常運行的首要條件是通信服務器的正常工作，所以對通信服務器軟件的設計要求非常苛刻，其中又以穩定和高效最為重要。本系統通信服務器軟件采用C#語言.Net開發平臺進行設計，結合多線程和線程池技術，經測試證明，該軟件設計思路能夠符合長連接、高并發、小數據量的網絡通信狀況。服務器軟件的結構框圖如圖3。

UI主線程負責啟動各個工作線程。TCP偵聽線程負責偵聽車載終端向通信服務器發起的TCP連接，當連接建立成功之后，該線程負責將建立起的連接和對應的車載設備序列號插入HASH表中。有效性檢查線程負責對HASH表中的所有TCP連接進行有效性檢查，摒除車載終端連接失效的情況。信息傳輸監視線程負責對HASH中所有的TCP連接進行信息的傳輸檢查，若發現某連接上有數據收發等待，則從工作線程池中觸發一個線程負責該TCP連接的數據的收發、解碼、入庫等處理。UDP偵聽工作線程負責接收并處理車載終端經UDP方式上傳的定位信息和狀態信息。

2.2短信服務器的設計

短信服務器負責接收用戶的查車信息以及各種簡單控制命令的下發。用戶將短信息通過PDU格式發送到監控中心短消息服務器，由短消息服務器進行解析，然后進行相應處理，如向GIS服務器提出實時車輛位置查詢的請求，或者向通信服務器提出發送控制命令請求，GIS服務器將結果返回給短信服務器并進行處理得出要發送的信息。具體的處理流程如圖4。

2.3WAP服務器的設計

WAP服務器主要提供網頁界面展示，而將對應的GIS計算全部交由GIS服務器進行，將展示層同功能層的進一步拆分，提高了WAP服務器的響應速度。WAP服務器提供了網頁形式的服務，本系統采用ASP.NET動態頁面結合MS的IIS6.0提供服務。

移動客戶端通過無線網絡將請求發送給WAP網關，WAP網關將WAP請求轉換成WWW請求，這樣移動客戶端的請求就能到達WAP服務器。WAP服務器響應請求之后，通過WEB Service技術調用GIS服務器上的服務完成計算并取得計算結果，形成WWW內容，如帶地圖展示的網頁，然后將結果遞交給WAP網關，WAP網關把這些結果進行WML轉換和壓縮后傳給客戶端。處理流程圖如圖5。

2.4GIS服務器的設計

GIS服務器是整個系統GIS計算的中心，所有的GIS計算以Web服務的方式部署在服務器上，各類客戶端通過SOAP協議請求服務器上的服務。當Web服務被各類客戶端或其他應用服務器調用，則Web服務主動從數據庫服務器讀相關的數據，GIS服務器將相關數據計算之后，把結果返回給相應的客戶端進行處理展示，如圖6。

GIS服務器是采用組件式和自定義相結合的GIS Web服務來實現的，圖6中GIS組件A是現在市場上通用的GIS組件，實現GIS的大部分功能。GIS組件B是自定義的GIS組件，實現專題的GIS服務，如路徑規劃等等。圖中的“服務使用認證”是實現客戶端在請求服務的時候進行身份的認證，GIS服務器根據客戶端相應的權限提供服務。

3多交互方式下的系統功能及特點分析

3.1系統的主要功能及各類型客戶端能實現功能的程度

系統主要功能包括：實時查詢功能、歷史軌跡回放、車輛跟蹤調度功能、報警功能、斷油電功能、語音通話功能、空間分析功能、系統管理功能等。以上列舉了系統中最主要的一些功能，本系統中各類客戶端實現功能的程度不同，具體如表1。

3.2多交互方式下系統的優點

3.2.1多種交互方式的使用，增強了系統的適應性，拓展了系統的應用空間

系統在已經成熟的C/S和B/S設計架構基礎上，加入了對移動設備，尤其是智能手機、PDA的支持，用戶不僅可以在監控中心、辦公室等有PC機的地方使用系統，而且在移動環境下也能很好對系統進行操作。同時用戶的操作不受時間的限制，只需通過基站或者熱點接入Internet，在進行用戶認證之后就能夠對系統進行操作。多交互方式在系統中的使用，體現了先進的“任意時間、任意地點、任意方式（anywhere、anytime、anyway）”設計理念，讓用戶便捷地享受系統提供的服務。

3.2.2系統面向交互方式進行設計，增加了系統擴展的靈活性

系統中，中心服務器群的設計有很強的松耦合性，每一個應用服務器是一個獨立的功能實體， 面向某一種交互方式，能夠控制自身的業務邏輯，從而實現特定功能，而且應用服務器之間不需要或者只需進行規范的位置數據和控制數據的交互即可，它們之間相互依賴低。同時由于每個應用服務器面向的是某一種交互方式，若干應用服務器之間又可以進行組合，所以系統可以很敏捷地實現交互方式的組合變化。

如WAP服務器面向的是采用WAP方式訪問的客戶端的服務請求，以WAP方式訪問系統的智能手機通過GPRS網絡接入Internet，手機的訪問請求通過WAP網關的轉換，然后到達WAP服務器。這里的手機訪問請求只和WAP服務器產生直接聯系，與其它服務器無關。同樣，Web方式下對系統的訪問，IE客戶端只和Web服務器產生直接聯系。而WAP服務器和Web服務器之間沒有直接聯系。本系統采用面向交互方式的設計思路很方便的將WAP訪問和Web訪問集成到了系統中。更重要的是，如果系統需要增加了新的交互方式，只需要在系統中增添相應的應用服務器即可，不需要對原來的系統進行大的修改，極大提高了系統擴展的靈活性。

4結束語

系統成功實現了短信、Web、WAP和普通桌面等交互方式對系統的訪問。多種監控方式在本系統中的應用，使得系統對物流車輛的監控調度不再局限在監控中心內部，讓用戶可以隨時隨地獲取到車輛的位置和狀態信息；同時多種交互方式的使用增強了系統魯棒性，不會因為某一種方式的失效而導致整個系統失效；三層B/S和C/S混合結構使得系統的伸縮能力增強，在原有系統的基礎上，只要增減相應的應用服務器，就可以增減相應的監控方式。實踐證明，文中的設計思路提高了系統的可用性，增強了系統擴展的靈活性，大大加快了企業物流信息化的進程。

參考文獻：

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