基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與發(fā)展

高山

摘要：通過GPS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛信息實(shí)時(shí)位置的采集，文章按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟對(duì)基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方面的研究，并結(jié)合GIS技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)對(duì)未來車輛監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：GPS；車輛監(jiān)控；指揮系統(tǒng)；交通擁堵

1車輛擁堵問題研究背景

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，車輛逐漸成為人們不可或缺的交通工具之一，隨著車輛的逐漸增多也給城市交通帶了越來越多的問題，比如交通擁堵問題，肇事逃逸問題等，這些問題嚴(yán)重地影響了人們的出行，給人們帶來諸多的不便。而GPS技術(shù)不同于傳統(tǒng)角度下的應(yīng)用為這一問題的解決帶來了技術(shù)方案。傳統(tǒng)的GPS技術(shù)主要是通過結(jié)合衛(wèi)星定位技術(shù)結(jié)合電子地圖為用戶提供導(dǎo)航服務(wù)。而通過GPS應(yīng)用角度的轉(zhuǎn)換，如在政府或者交通相關(guān)職能部門的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)安裝GPS相應(yīng)的車輛的實(shí)時(shí)定位和監(jiān)控。如果通過相關(guān)的立法使得所有的車輛都必須安裝GPS，并且為每個(gè)GPS設(shè)備提供統(tǒng)一的編號(hào)和標(biāo)示與個(gè)人車輛的車牌進(jìn)行綁定。那么就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每輛登記的車輛實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的定位監(jiān)控。對(duì)各車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)在現(xiàn)實(shí)中有很多重要的應(yīng)用，比如通過對(duì)每輛車實(shí)時(shí)位置的監(jiān)測(cè)可以有效地提取每條路線每條路段實(shí)時(shí)的交通狀況，為人們提供實(shí)時(shí)的路況信息。并且在發(fā)生交通肇事逃逸之后通過該監(jiān)測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)肇事車輛位置實(shí)時(shí)的定位與追蹤。此外在一些車輛運(yùn)營(yíng)公司比如出租車運(yùn)營(yíng)企業(yè)以及公交車運(yùn)營(yíng)企業(yè)和長(zhǎng)途汽車運(yùn)營(yíng)企業(yè)可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)每輛車所走路線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所運(yùn)營(yíng)車輛的調(diào)度。所以通過GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景，有必要對(duì)基于GPS的車輛指揮監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的研究。

2基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)

2.1需求分析

基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要首先進(jìn)行系統(tǒng)分析，詳細(xì)全面的系統(tǒng)分析可以有效地幫助設(shè)計(jì)者較為全面的對(duì)系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析，防止系統(tǒng)開發(fā)和實(shí)現(xiàn)后期的返工與重新設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的GPS車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)涉及的各種車輛不單一局限到某種車輛，監(jiān)控指揮系統(tǒng)的使用者主要為交通部分，主要用于對(duì)轄區(qū)所涉及路線車輛信息的監(jiān)測(cè)。通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算出實(shí)時(shí)的路況信息并通過衛(wèi)星通訊及時(shí)地將信息傳輸給相應(yīng)的設(shè)備為用戶提供路線路面狀況的實(shí)時(shí)信息，提醒用戶有效地避免擁堵路況達(dá)到順利通行的目的。在每輛登記過的車輛都已經(jīng)將GPS設(shè)備與車牌綁定在了一起，并且已經(jīng)通過相關(guān)的立法規(guī)定每輛車的實(shí)時(shí)位置信息都可以被交通部門所直接接受和獲取的前提下，系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)主要為GPS數(shù)據(jù)和一些實(shí)時(shí)矯正地理位置和參數(shù)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的輸出主要為每輛車的實(shí)時(shí)位置信息，并且通過一定的技術(shù)手段來對(duì)每段路況進(jìn)行相關(guān)車輛數(shù)量的統(tǒng)計(jì)并按照一定的等級(jí)來對(duì)上述路況信息進(jìn)行分級(jí)，然后將實(shí)時(shí)的路況信息在系統(tǒng)上反映出來并用不同的顏色顯示。并且在系統(tǒng)中每輛被實(shí)時(shí)監(jiān)控的車輛可以都用一點(diǎn)或者是規(guī)則多邊形來進(jìn)行表示，不同的車輛可以采用不同的多邊形來表示，通過點(diǎn)擊每個(gè)實(shí)時(shí)位置上的車輛可以詳細(xì)地顯示車輛的所有的相應(yīng)信息以及車輛所有人的相關(guān)信息。且要求車輛的實(shí)時(shí)位置還要和城市交通燈系統(tǒng)結(jié)合起來，如果車輛闖紅燈可以將違反交通規(guī)則的車輛信息實(shí)時(shí)的記錄下來，反饋到違規(guī)交通信息管理系統(tǒng)中。

2.2面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)

接下來要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)上述的系統(tǒng)的需求分析大致可以將系統(tǒng)分為硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分，其中硬件部門主要通過GPS終端與衛(wèi)星之間的相互信號(hào)的傳送可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車載設(shè)備的GPS的定位，這是第一個(gè)功能；在定位之后還需要將車輛的定位信息通過GPS終端設(shè)備以及與衛(wèi)星之間的通信將位置信息傳輸?shù)浇煌ú块T的公共信息平臺(tái)上，這是硬件的第二個(gè)主要作用，因而硬件中的GPS終端設(shè)備必須要具有信號(hào)的收發(fā)功能以實(shí)現(xiàn)位置信息的傳輸。從硬件所具備的基本功能來看，硬件終端設(shè)備可以使用當(dāng)前較為成熟的GPS信號(hào)接收和發(fā)送模塊，也可以使用當(dāng)前市場(chǎng)上較為成熟的GPS終端設(shè)備。此外硬件部分主要包括位置信息的存儲(chǔ)、處理和顯示設(shè)備，這個(gè)設(shè)備要配置在交通部門的指揮調(diào)度室內(nèi)。主要用于對(duì)相關(guān)車輛信息的調(diào)度和顯示，對(duì)路況信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。用于控制顯示設(shè)備的計(jì)算機(jī)還可以用于位置信息的存儲(chǔ)以及處理。這是系統(tǒng)硬件的主要組成部分，系統(tǒng)硬件的組成部分與相互之間的連接如圖1所示。

接下來是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)備主要涉及以下幾個(gè)方面：（1）實(shí)時(shí)定位模型與實(shí)時(shí)位置信息的存儲(chǔ)（2）每輛車實(shí)時(shí)位置信息向公共監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)備之間的傳輸，該環(huán)節(jié)傳輸可以采用衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)也可以通過移動(dòng)3G或者是4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)或者是基于GPRS的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)，隨著WIFI的普及以及互聯(lián)網(wǎng)+汽車的出現(xiàn)未來很可能可以采用互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)上述車輛實(shí)時(shí)位置信息的傳輸，傳輸?shù)念l率由交通部門根據(jù)實(shí)際的情況和設(shè)備所能夠容納的最大數(shù)據(jù)量和所允許的處理的速度容忍度來進(jìn)行確定。（3）劃定統(tǒng)計(jì)路段每間隔一定的時(shí)間就對(duì)上述路段的車流量情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的統(tǒng)計(jì)然后將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在交通部門所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。（5）最后一個(gè)環(huán)節(jié)為現(xiàn)實(shí)將采集到的路況信息以及車輛的實(shí)時(shí)位置信息以及車輛的綜合信息來構(gòu)建地理信息系統(tǒng)服務(wù)平臺(tái)。其中車輛的信息可以采用0維矢量或者是二維矢量來進(jìn)行表示，如果采用0維矢量則不考慮具體的車型的信息，如果考慮車輛的具體型號(hào)信息則可以考慮用不同形式的多邊形來表示不同車輛信息即在這種情況車輛用二維矢量來進(jìn)行表示。然后采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)來為每個(gè)監(jiān)測(cè)對(duì)象建立一個(gè)二元組，其中每一行代表一個(gè)具體的車輛對(duì)象，對(duì)應(yīng)改行的每一列代表車輛的屬性信息比如車輛的類型、車輛的顏色、車輛的型號(hào)、車輛的所屬人、車輛的是否具有違章信息等等。通過在地理信息系統(tǒng)中的查詢包括關(guān)于位置的查詢與關(guān)于屬性的查詢操作可以較好地查詢到滿足條件的車輛或者是滿足一定屬性的車輛信息。

2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要包括系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及各個(gè)功能模塊之間的連接，模塊之間的連接主要是為了數(shù)據(jù)的傳遞和信息的傳輸。大致包括客戶終端的軟硬件設(shè)計(jì)、服務(wù)器端的軟硬件設(shè)計(jì)具體的實(shí)現(xiàn)方式如下：車載GPS信號(hào)收發(fā)模塊（主要功能實(shí)現(xiàn)車輛定位與定位信息的發(fā)送，信息傳輸?shù)姆绞揭蛩扇〉膫鬏斒侄尾煌煌热缧l(wèi)星通信、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或者是互聯(lián)網(wǎng)）；服務(wù)器端位置信息的接受模型如果采用衛(wèi)星通信設(shè)備則需要相應(yīng)的信號(hào)接收硬件模塊，如果采用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸方式需要在發(fā)送和接收端都有相應(yīng)的移動(dòng)信號(hào)的發(fā)送和接收模塊。接著是GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目的是為了存儲(chǔ)每輛車輛的位置和屬性信息，由于每輛車是一個(gè)很自然的對(duì)象，因而非常適合采用關(guān)系模型建立二元組來存儲(chǔ)每個(gè)車輛的相關(guān)的位置信息和屬性信息，通過GIS系統(tǒng)中的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和處理以及空間分析功能可以較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中基于位置的車輛查詢以及基于屬性的車輛查詢和基于空間位置和拓?fù)潢P(guān)系的查詢等。

3基于GPS車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)的發(fā)展

隨著GIS技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，目前在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中采用GIS技術(shù)和GPS技術(shù)結(jié)合的車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控與指揮系統(tǒng)是目前較為成熟的一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，并且隨著GIS空間建模和分析功能的不斷完善，后期基于GPS與GIS的基于位置的相關(guān)衍生的服務(wù)和產(chǎn)品會(huì)越來越多，逐漸地向功能全面化和復(fù)雜化以及智能化的方向發(fā)展。

4結(jié)語

GPS與GIS技術(shù)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛地理位置信息的采集、存儲(chǔ)、處理與顯示相關(guān)的功能，且能夠使得車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)完成日趨復(fù)雜的和多樣化的功能，朝著基于位置的多功能衍生服務(wù)的方向發(fā)展。