燃運車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)分析

徐海霞

（新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新疆 832000）

0 引言

石河子天富燃料運輸有限公司（簡稱為燃運公司）的主要任務(wù)是拉運燃煤，確保石河子四個熱電廠和供熱公司燃煤的采購供應(yīng)運輸，轄區(qū)內(nèi)農(nóng)牧團(tuán)場的集中供暖、農(nóng)工生活用煤。近幾年，燃運公司車輛增多，路橋費用、運輸車輛私用率以及車輛油耗增加，運輸公司車輛運營成本和管理難度大大增加。原先管理模式已不適應(yīng)燃運公司經(jīng)營現(xiàn)狀，燃運公司車輛的現(xiàn)代信息化管理變得尤為重要。本為以燃運公司為原型，設(shè)計燃運公司車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)運輸車輛在途定位與監(jiān)控等功能。

1 燃運車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體架構(gòu)設(shè)計

圖1 系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)

根據(jù)燃運公司的規(guī)模特點構(gòu)建了基于C/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計圖，如圖l所示。燃運車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、GPRS網(wǎng)絡(luò)和車載終端三部分組成。其中監(jiān)控中心負(fù)責(zé)整個監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有流動數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)工作，GPRS網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)GPS信息的運輸，車載終端負(fù)責(zé)接收GPS衛(wèi)星定位信號和自身車輛運行狀態(tài)的采集。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

燃運車輛的車載終端接收 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位信息，并依據(jù)NMEA-0183協(xié)議把這些定位信息分析出車輛的位置、和方位等數(shù)據(jù)，再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將車輛的位置、運動速度和方位等數(shù)據(jù)用已協(xié)議好的編碼格式發(fā)送給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的通信服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并解碼后，將數(shù)據(jù)按照類型存入數(shù)據(jù)庫中，同時給監(jiān)控終端發(fā)消息通知有新的數(shù)據(jù)存入庫。

監(jiān)控終端通過網(wǎng)絡(luò)與通信服務(wù)器連接，實時接收通信服務(wù)器的信息，通過訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，不斷的將車輛移動的位置數(shù)據(jù)投射至監(jiān)控終端的電子地圖上。監(jiān)控終端就是通過電子地圖這種可視化的載體，顯示移動車輛的實時位置，達(dá)到監(jiān)控終端掌握行駛車輛的動態(tài)位置信息的目的。并且在監(jiān)控終端上可查詢車輛的相關(guān)信息以及某段時間內(nèi)車輛的歷史行駛軌跡[1]。

GPRS網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)車載終端與監(jiān)控中心之間通信網(wǎng)絡(luò)的建立以及交互信息的發(fā)送與接收。而插在車載終端上 SIM 卡作為車載終端與GPRS通信網(wǎng)絡(luò)接入的唯一標(biāo)識，車載終端利用SIM卡與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立通信關(guān)系，可以接收或發(fā)送信息。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)與關(guān)鍵技術(shù)

2.1 監(jiān)控中心組織結(jié)構(gòu)

車輛監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分是監(jiān)控中心，其主要任務(wù)是對車輛的車載終端傳回的信息進(jìn)行處理和分析，作出響應(yīng)，并將傳回的信息數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲。車載終端通過接收監(jiān)控中心發(fā)送的信號得到相關(guān)的指令。通過這種信息數(shù)據(jù)的交互，監(jiān)控中心可完成移動車輛的監(jiān)控。

圖2 監(jiān)控中心組織結(jié)構(gòu)

如圖2所示，監(jiān)控中心由通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控終端三大部分組成，并且為一個局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控中心與外部網(wǎng)絡(luò)的連接點設(shè)在通信服務(wù)器上，通信服務(wù)器通過DDN專線方式接入 GPRS網(wǎng)絡(luò)。在監(jiān)控中心內(nèi)，通信服務(wù)器與監(jiān)控終端通過局域網(wǎng)連接，通信時遵守TCP/IP協(xié)議，通信服務(wù)器與監(jiān)控終端向數(shù)據(jù)庫存取數(shù)據(jù)時，通過數(shù)據(jù)庫訪問接口ADO來實現(xiàn)。監(jiān)控中心內(nèi)各個組成部分通過協(xié)議和數(shù)據(jù)交換方式協(xié)同工作。

監(jiān)控終端以電子地圖及應(yīng)用管理軟件為軟件平臺，以圖型工作站作為硬件支持。不僅可在監(jiān)控終端的電子地圖上顯示車輛行駛的方向、速度、車輛位置、車輛本身的狀態(tài)等信息，還可方便地查閱系統(tǒng)內(nèi)車輛的歷史信息并進(jìn)行軌跡回放。電子地圖可深入分析圖層信息，提供圖層管理與修訂功能，可使在電子地圖中所顯示的車輛與實際車輛運動情況隨時保持匹配，不間斷修改和更新[2]。

數(shù)據(jù)庫對用戶的資料、車輛信息、車輛行駛數(shù)據(jù)和駕駛員記錄等進(jìn)行保存和管理，同時接收系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)使用請求，為監(jiān)控終端的歷史記錄回放提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

通信服務(wù)器是系統(tǒng)功能核心，在系統(tǒng)運行過程中不斷與車載終端和監(jiān)控終端交互，是監(jiān)控系統(tǒng)通信、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的樞紐。負(fù)責(zé)整個監(jiān)控中心數(shù)據(jù)與車載終端數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)工作。

2.2 通信服務(wù)器功能實現(xiàn)

監(jiān)控終端與車載終端通信的實現(xiàn)主要靠監(jiān)控中心的通信服務(wù)器中轉(zhuǎn)。在安裝軟件系統(tǒng)平臺的監(jiān)控終端中，雖然可以隨時看到車輛運行狀況，但實際上是不能直接和車載終端進(jìn)行通信。通信服務(wù)器從監(jiān)控終端接收用戶對車輛的管理命令，并向車載終端轉(zhuǎn)發(fā)。同時，通信服務(wù)器負(fù)責(zé)從GPRS中接收解釋并存儲信息，處理各移動終端目標(biāo)回報位置信息和報警信息為監(jiān)控平臺提供車輛的實時位置和狀態(tài)數(shù)據(jù)。

監(jiān)控終端和通信服務(wù)器通過局域網(wǎng)用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信。通信服務(wù)器中保存所有監(jiān)控終端連接的數(shù)據(jù)信息鏈表，每個監(jiān)控終端的連接對應(yīng)到通信服務(wù)其中的一個 Ccomsocket通信類對象。通信服務(wù)器與監(jiān)控端的通信過程為：首先在通信服務(wù)器端開啟一個端口（socket）用來偵聽控制終端的連接，當(dāng)偵聽到有連接請求時就動態(tài)創(chuàng)建一個Ccomsocket類對象，并將其加入到排隊鏈表中等待監(jiān)控終端發(fā)送的登錄請求，如未收到登錄請求并超出等待時間的情況下，后臺就將該監(jiān)控終端連接從排隊鏈表中刪除。如果收到登錄請求，后臺會根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲的用戶名和密碼驗證監(jiān)控終端是否為合法用戶，如不是，首先給監(jiān)控終端發(fā)送登錄失敗和失敗原因的回復(fù)數(shù)據(jù)并將該客戶連接從鏈表中刪除。如果登錄成功，等待監(jiān)控終端發(fā)送控制命令，并對控制命令作出相應(yīng)的操作和回應(yīng)[3]。如圖3所示為監(jiān)控終端與通信服務(wù)器端以流式套接字進(jìn)行連接的示意圖。

圖3 流式套接字進(jìn)行連接的示意圖

2.3 監(jiān)控中心安全

由于燃運車輛監(jiān)控系統(tǒng)中的運輸車輛特殊性和運載安全性原因，該系統(tǒng)應(yīng)具備一定的安全保障。因此在數(shù)據(jù)與通信系統(tǒng)中為保證通信的安全可靠采取了以下措施：

SIM 卡的唯一性。用戶 SIM 卡是插在車載終端上負(fù)責(zé)與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立通信使用的，卡號已經(jīng)預(yù)先注冊。在系統(tǒng)組建時進(jìn)行鑒別授權(quán)，對SIM卡號和數(shù)據(jù)接入點（SGSN）綁定，規(guī)定了用戶可接入某系統(tǒng)的范圍，只有屬于指定監(jiān)控系統(tǒng)的SIM 卡號才能訪問GPRS通信系統(tǒng)的專用數(shù)據(jù)訪問接入點，而非監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)SIM卡號被拒絕接入[4]。

監(jiān)控中心采用 DDN專線接入方式，專線接入到移動公司的 GGSN 設(shè)備上，由中國移動分配為監(jiān)控中心的通信服務(wù)器分配內(nèi)部固定的IP地址。

在監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)接入時在通信服務(wù)器中安裝軟件防火墻，過濾非法連接與不良信息。

3 系統(tǒng)監(jiān)控效果

在監(jiān)控系統(tǒng)平臺上，可以看到燃運車輛的具體動態(tài)，根據(jù)燃運車輛運行的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)等投射在電子地圖上，車輛的車牌、GPS時間、經(jīng)緯度，都會在地圖上面顯示出來。這樣用戶就可以知道車輛具體的位置信息。如圖4所示，為具體的車輛定位信息。

圖4 車輛定位

監(jiān)控端只要設(shè)置好通信服務(wù)器的IP和端口后，各個客戶端只要輸入通信服務(wù)器IP和端口，就可以進(jìn)行通信。圖5中的下載端口，是指連接的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端口，如需調(diào)用車輛的歷史行駛記錄，可從數(shù)據(jù)庫中下載相應(yīng)數(shù)據(jù)，將歷史行車數(shù)據(jù)映射至電子地圖上。如圖5所示。

圖5 監(jiān)控端通信設(shè)置

4 結(jié)論

運輸燃煤的車輛安裝了GPS定位終端，監(jiān)控中心可對車輛實時監(jiān)控。解決了這些車輛在運輸途中的監(jiān)督和管理問題。在燃煤運輸中，避免了運輸途中倒煤、飛煤、摻假事件的發(fā)生，有效減少了運輸風(fēng)險，增加公司盈利能力。

本系統(tǒng)適合于中小型運輸企業(yè)，考慮到燃煤運輸車輛多在偏遠(yuǎn)地區(qū)行駛的情況，在監(jiān)控系統(tǒng)更加穩(wěn)定成熟后加入導(dǎo)航等一些輔助功能模塊。

[1]宋鳳珍.基于 SuperMap的電動汽車運行監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)[D].首都師范大學(xué)學(xué)位論文.2009.

[2]許建峰.基于 GPS/GPRS的車輛管理系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].南京理工大學(xué)學(xué)位論文.2008.

[3]黃光玉，沈占鋒.車輛監(jiān)控的信息管理系統(tǒng)設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)分析[J].測繪科學(xué).2007.32（1）：100-102.

[4]陳妍.GPS車載定位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)[D].中山大學(xué)學(xué)位論文.2009.