工程車輛的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

賀東梅

摘 要：文中提出建立工程車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，并給出了具體的實踐應(yīng)用。該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以GPS定位、傳感器、RFID射頻識別、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)為支撐，以實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以Web端與Android移動端為數(shù)據(jù)的展示輸出，實現(xiàn)了工程車輛在途運輸環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控，包括車輛的行駛速度、行駛區(qū)域以及行駛時間等。應(yīng)用本系統(tǒng)，可實現(xiàn)對城市工程車輛的統(tǒng)一調(diào)度及運行安全性的實時監(jiān)控，系統(tǒng)的研究成果對于減少工程車輛為城市交通帶來的安全問題具有實際意義。

關(guān)鍵詞：工程車輛；監(jiān)控；監(jiān)測；物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）08-00-03

0 引 言

對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)而言，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系一般可分為三個層次，即感知延伸層，通過傳感器連接事物和感知信息；網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層，融合異構(gòu)的泛在通信網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用服務(wù)層，為各種終端設(shè)備提供應(yīng)用和服務(wù)。

針對工程車輛，按照這三個層次進行系統(tǒng)設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中各子系統(tǒng)的功能見表1所列。

1 物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)計

感知層是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，用以獲取數(shù)據(jù)。感知層主要由硬件組成，對于工程車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)而言，包括定位子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)。

1.1 定位子系統(tǒng)

定位子系統(tǒng)是車載GPS設(shè)備接收機，它將工程車輛動態(tài)位置的實時經(jīng)度和緯度、時間和狀態(tài)等信息，通過無線通信鏈路網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS）發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)層。包括車載定位設(shè)備、無線通信鏈路。定位子系統(tǒng)如圖2所示。

（1）車載定位設(shè)備由定位模塊和無線通信模塊組成。定位模塊接收衛(wèi)星定位信號，計算出車輛當(dāng)前位置。無線通信模塊接入無線通信網(wǎng)絡(luò)，將車輛當(dāng)前位置發(fā)送至應(yīng)用層。

（2）無線通信網(wǎng)絡(luò)。無線通信鏈路連接車輛無線通信模塊和應(yīng)用層，傳遞控制信息和位置信息，系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)為GSM/GPRS。

1.2 門禁子系統(tǒng)

門禁子系統(tǒng)基于RFID技術(shù)，可實時提供車輛和司機的位置信息。RFID射頻識別、應(yīng)用識別裝置通過被識別物品和識別裝置之間的非接觸互動自動獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺計算機處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)操作。包括RFID、RFID Reader和處理單元，如圖3所示。

（1）RFID：為RFID寫入唯一標(biāo)識的車輛編號信息或司機編號信息，系統(tǒng)為車輛和司機分配編號。為每輛車和每位司機單獨配發(fā)電子標(biāo)簽，由車輛或司機隨車或隨身攜帶，以標(biāo)識其唯一身份；

（2）RFID Reader：安裝在車庫門口，在車輛出入庫和司機刷卡時讀取信息并發(fā)送給處理單元；

（3）處理單元：將RFID Reader讀取到的信息進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，通過802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議接入車庫無線接入點，并發(fā)送信息至應(yīng)用層。

1.3 狀態(tài)子系統(tǒng)

利用霍爾傳感器檢測發(fā)動機狀態(tài) 、利用油位傳感器檢測車輛的油量。將檢測結(jié)果通過ZigBee模塊與GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給服務(wù)器，檢測車輛的發(fā)動情況，以獲取其車輛動作的時間長度。 實時檢測車輛的油量、油耗情況，系統(tǒng)自動生成里程、油耗對應(yīng)表，對司機中途偷盜油的行為進行精確統(tǒng)計，便于單位對車輛進行油耗管理，降低單位用車費用。狀態(tài)子系統(tǒng)信息傳輸原理如圖4所示。

2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)層設(shè)計框架

工程車管理系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層是對數(shù)據(jù)進行接收處理、分析顯示的軟件系統(tǒng)，這一層建立的內(nèi)容稱為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，整體又稱為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用管理平臺。

應(yīng)用層接收處理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入SQLServer數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)處理在服務(wù)器端。采用JSP方式開發(fā)客戶端Web界面，進行狀態(tài)顯示。移動端采用Android方式設(shè)計，于移動手機端顯示。

應(yīng)用層實現(xiàn)的功能包括車輛的位置監(jiān)控、車輛的狀態(tài)監(jiān)控、車輛的調(diào)度管理。

（1）位置服務(wù)應(yīng)用：接收車輛返回的位置信息，并向用戶與其他服務(wù)提供相關(guān)位置服務(wù)。將車輛當(dāng)前位置顯示在電子地圖上，利用車輛歷史位置信息監(jiān)控其運行軌跡，為規(guī)范管理和用車計費服務(wù)。

（2）車輛狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用：接收車輛返回的狀態(tài)信息，并向用戶與其他服務(wù)提供相關(guān)的車輛狀態(tài)服務(wù)。將車輛當(dāng)前轉(zhuǎn)速、水溫、油耗等信息顯示在客戶端或手機上，對車輛進行管理。

（3）車輛調(diào)度與分析應(yīng)用：該模塊從前兩個模塊讀取數(shù)據(jù)，獲取車輛的實時位置信息與狀態(tài)信息，對車輛作業(yè)進行統(tǒng)一調(diào)度管理。

應(yīng)用層管理模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5所示。

3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的實現(xiàn)

應(yīng)用層接收處理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入SQLServer數(shù)據(jù)庫中，分別采用客戶端和移動手機端進行顯示。Web采用JSP進行應(yīng)用端界面設(shè)計，數(shù)據(jù)顯示在應(yīng)用端界面，數(shù)據(jù)處理在服務(wù)器端完成。移動端采用Android編程進行設(shè)計，完成移動端信息調(diào)用和顯示。

工程車管理平臺系統(tǒng)包括車輛區(qū)域監(jiān)控管理模塊、單車信息管理模塊、車輛調(diào)度與分析模塊。

3.1 車輛區(qū)域監(jiān)控管理模塊

車輛區(qū)域監(jiān)控模塊可以按照區(qū)域劃分，將在區(qū)域內(nèi)作業(yè)的車輛顯示出來，以詳細定位所在街區(qū)。監(jiān)控列表的圖形顯示界面如圖6所示。

3.2 單車信息管理模塊

用戶點擊車輛列表中某輛車的圖標(biāo)，進入該車的單車信息頁面。單車信息的展示功能包括車輛實況、軌跡回放、車輛報警、作業(yè)違規(guī)、里程油耗、歷史工況。

3.2.1 車輛實況

車輛實況實時展示車輛的狀況，包括頁面左邊的車輛基本信息、中間的地圖與頁面下的實時工況和頁面右邊的儀表盤。車輛軌跡會在地圖上顯示，如圖7所示。

3.2.2 車輛軌跡回放管理

根據(jù)指定時間段回放車輛的歷史軌跡。軌跡回放頁面包括時間段查詢選項、速度和工況變動、播放條變化和軌跡的地圖顯示，如圖8所示。endprint

3.2.3 車輛狀態(tài)實時監(jiān)控

以車輛的里程油耗模塊為例，對車輛的單車?yán)锍毯陀秃倪M行詳細的圖表顯示。在該系統(tǒng)中增加里程油耗功能。里程，可根據(jù)地圖軌跡算出。油耗，按照單位油耗30～40 L/百公里進行計算。

3.3 車輛調(diào)度與分析

3.3.1 車輛調(diào)度

車輛調(diào)度子系統(tǒng)的主要功能是圍繞用戶用車申請，在車輛和人員在位信息的基礎(chǔ)上實現(xiàn)車輛調(diào)度功能，對用車任務(wù)進行調(diào)度和相關(guān)結(jié)算。調(diào)度子系統(tǒng)涉及的相關(guān)功能有：接受用車申請；根據(jù)司機和車輛的在位情況，向用車人員返回車輛在位信息；根據(jù)車輛實時位置實現(xiàn)在線調(diào)度。

調(diào)度總系統(tǒng)由無線通信模塊、調(diào)度模塊和數(shù)據(jù)庫模塊組成。數(shù)據(jù)庫記錄車輛司機的在位信息和任務(wù)相關(guān)信息，無線通信模塊支持GSM和WLAN，調(diào)度模塊可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。

3.3.2 車輛分析

客戶設(shè)定某一周（查詢時間段以一周為單位）的時間段后顯示該周每一天的油耗曲線和里程分析。作業(yè)油耗、行駛油耗、作業(yè)里程和非作業(yè)里程分開展示。

4 結(jié) 語

該工程車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)硬件部分采用GPS定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)實現(xiàn)工程車狀態(tài)監(jiān)測、門禁管理、位置信息采集等。

軟件部分利用數(shù)據(jù)庫管理和調(diào)用技術(shù)對數(shù)據(jù)庫進行管理，利用Web和Android技術(shù)進行界面設(shè)計。設(shè)計的車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)平臺綜合軟硬件實現(xiàn)了電子地圖管理、數(shù)據(jù)分析管理、異常管理、車輛控制、油耗管理、工班控制、圖像管理、語音提示、定點管理、系統(tǒng)管理、任務(wù)管理等。

通過車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)平臺，管理人員可以監(jiān)控名下所有車輛的實時位置、歷史軌跡回訪、定點裝卸、作業(yè)管理、異常狀態(tài)位置連鎖。可對所有車輛進行任務(wù)調(diào)度、任務(wù)狀態(tài)反饋、智能評判、語音提示、工班管理、作業(yè)參數(shù)分析、油耗管理、異常報警管理、圖像數(shù)據(jù)管理、績效分析。

該應(yīng)用平臺系統(tǒng)是在感知延伸和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用服務(wù)層綜合各種采集和識別到的信息，通過泛在網(wǎng)絡(luò)傳輸共享數(shù)據(jù)和資源，并對用戶提供各種應(yīng)用和服務(wù)。該平臺大大提高了城市對特殊車輛的管理能力，對保障城市交通安全具有現(xiàn)實意義。

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