车辆信息动态管理系统定稿.doc

车辆信息动态管理系统项目研制单位重庆国人电讯产业有限公司2007年4月目录一、 车辆信息动态管理系统的研制背景2二、 车辆信息动态管理系统的网络结构32.1 管理中心32.2 无线网关42.3 车载终端6 三、车辆信息动态管理系统功能与技术参数63.1 功能63.2 技术参数7 四、无线星型网络技术与其它技术比较8 五、车辆信息动态管理系统的应用95.1车辆信息动态管理系统的应用优势-10 5.2车辆信息动态管理系统应用举例10六、车辆信息动态管理系统的应用扩展11 一、 车辆信息动态管理系统研制背景车辆信息动态管理系统是车辆身份识别、运行状态跟踪、车辆控制及定位的低成本、高性能、具有自主知识产权的、兼容其它车载终端的网络系统。在本文中也简称为车辆管理系统.。该系统的研制是根据重庆市道路运输、车辆管理的客观要求，利用国人公司自主知识产权先进的无线星型网络技术来完成的。未来五年，重庆市道路运输管理将遵循“先易后难，先急后缓，先平台后系统”的原则，建立健全以市道路运输政务管理的综合信息系统。该系统主要包括：运管局网站系统、货运交易系统、客运联网售票管理系统、GPS车辆监控管理等系统。该系统依托的公用信息平台，实行行业动态管理和持续跟踪服务，全面实现全市范围内信息共享和综合应用。作为一个重点，重庆市运政管理信息系统要求实现以下“五化”的要求： 1、行政管理网络化。2、数据资源共享化。开放系统包含的应用数据通道。实现运政管理信息系统与其他系统的对接（如与GPS系统对接，客运联网售票系统及货运交易系统对接），最终将整个系统连接成重庆市道路运输信息网。 3、数据采集多样化。随着GPS信息系统、客运联网售票系统的建立，通过运管通系统与这些系统的对接接口，能够动态实时获取行业的运量数据，进而为决策数据的最终建立提供数据采集的手段，为行业的可持续发展制定切实可行的配套政策。实现运力和运量的最优分配比。 4、统计分析灵活化。数据库的构建上实现单位数据的唯一性和组合数据的多样性。不同的业务管理人员可以通过不同的方式、不同的角度和视点查阅数据，以报表和图表的方式将分析结果展现给用户，使统计分析更加“灵活化、立体化、精确化”。 5、运行成本低廉化。通过兼容不同的网络供应商，实现业务办理方式的多样性的同时，逐步降低整体系统的通讯成本费用。 通过分析，上述“五化”中至少有3条：资源共享化、采集多样化、成本低廉化与系统硬件平台有关；必有相应的技术才能满足其要求。利用国人自主知识产权的无线星型网技术建立和完善车辆管理系统最能体现“五化”的要求。因为，国人无线星型网具有：自主知识产权、无线双向可靠传输、车辆控制、终端快速移动以及成本低廉等技术特点。GW网关TMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTMTM移动移动移动通信范围图无线星型网示意图那么什么是国人的无线星型网技术呢？简单说来，无线星型网技术就是由一个网关GW和多个终端TM组成的无线星型通信网。如图1所示，某一时刻、在网关GW与终端TM无线通信范围内，GW与TM组成的点到多点无线双向通信的星型拓扑网络。GW处于星型网的逻辑中心；终端TM处于网络的周边并可快速移动。网络半径通常不大于100米。有限的通信半径非常适合终端TM的定位，因为在大多数情况下，网关GW的位置是已知的。如果某终端TM与某一网关GW建立了联系，那么该TM就应在这个GW的附近。TM的位置也就确定了。二、 车辆信息动态管理系统的网络结构根据管理网络化、资源共享化、采集多样化、分析灵活化以及成本低廉化这“五化”的要求，采用无线星型网技术的车辆管理系统主要由管理中心、无线网关以及车载终端TM三部分组网构成，如图2所示。车载终端由无线星型网终端TM构成，无线网关由无线星型网网关GW构成，管理中心由电脑服务器、通信接口设备等构成。管理中心电脑与无线网关电脑通过LAN网或其它网络，如互联网、GPRS、Wi-Fi以及ADSL等网络相互连接。网关GW与终端TM之间通过UHF射频信道相互连接。2.1 管理中心：管理中心的主要功能为：提供人机操作和界面，向无线网关发出控制命令；记录、统计和处理来自无线网关的各种数据，按要求的格式显示、打印等。无线网关和管理中心之间的数据交换一般是由局域网LAN完成。如需要，也可由GPRS或Wi-Fi无线LAN接口来完成。总之，无线网关与管理中心这一层的网络通信技术是相当成熟的，能够采用的技术很多。相反，无线网关和终端部分可用技术相对较少。管理中心可以有多个，这样方便数据备份，增加系统的可靠性和灵活性。图2 车辆信息动态管理系统网络示意图无线星型网2.2 无线网关无线网关向上连接管理中心，向下连接车载终端TM。根据与管理中心联系方式、放置位置区分不同的网关GW，参见图3。一种是仅有LAN接口（RJ45接口）的GW（图c）；只能通过有线LAN网或ADSL连接到管理中心，通常固定于路口，这种GW成本最低：一种是带有GPRS的GW（图b），一般也置于路口；第三种是个人携带的PDA无线网关（图a），该网关除了与管理中心GPRS联网外，自己还具备一些数据处理能力和显示能力。第四种是车载式无线网关（图d），这种车载网关数据处理能力和显示能力已经相当强，完全能独立应用，甚至可以不连接管理中心，当然，通过GPRS与管理中心连接是很容易的。网关GW一方面通过UHF无线电讯号与车载终端TM进行数据通信，另一方面通过GRPS、LAN接口连接管理中心。GW与TM的无线通信速率可达250kbps。无线工作频段可以是：315MHz、433MHz、868MHz、915MHz以及2.4GHz中的一个；或根据用户要求确定工作频段。TM与GW的无线数据通信采用最小相移键控调制，即MSK调制。与通常的FSK比较，MSK大幅提高了通信质量和速度。再加上系统采用无中继的星型网络拓扑，减少了通信的中间环节。这样，最大限度地增加系统的可靠性。加上国人无线快速连接建立技术，使终端TM的高速移动成为实际可能。无线GW内核GPRS模块图b GPRS连接网关GW无线GW内核LAN接口图c LAN连接网关GW无线GW内核RS232接口图d 车载网关GW无线GW内核USB接口PDA图a 个人便携式网关GW图3 四种类型网关2.3 车载终端TM车载终端TM由无线星型网络终端构成。TM置于车辆内。TM拥有较多用户接口，这给用户功能扩展带来方便，参见图4。用户应用接口UHF信号到车载终端TMRS232接口LCD接口8位数字I/O口I2C接口2路AD接口图4 终端TM结构框图终端TM与网关GW实行无线数据通信。在用户应用端，则有多种类的接口：一个RS232异步数据通信串口，一个8bit数字输入输出口以及AD变换模拟输入口等。若有必要，还可增加I2C总线和LCD显示。终端除了向GW发射终端的车辆身份标识外，用户还可向GW或管理中心传送车辆的各种运行数据，甚至来自传感器的模拟信号。同时亦可将管理中心的控制命令经无线网关无线转发给TM，由8bit数字I/O口输出，最终到具体的控制执行器。例如：汽车熄火命令可从管理中心到GW再传递到TM的I/O口，若I/O口已连接到汽车的点火开关，即可控制汽车熄火。由于本系统（GW和TM）采用了性价比很高的低功耗MCU，因此系统功耗低、智能化水平高，性价比也很好并可制作成便携式卡片终端。三、 车辆信息动态管理系统功能和技术参数3.1功能车辆身份识别：只要将车载终端置于车辆内，即可通过无线网关判定高速运动车辆的身份信息，如：车主名、车牌号、所属公司、税费完成状况、年检日期、运营扣分记录等。读取信息无须停车检查。运行状态跟踪：可将运动车辆运行状态数据，如：车速、GPS位置、载油量、发动机温度、车胎压力等物理参数传送到无线网关，通过管理中心数据处理后，形象显示和打印。车辆控制：根据车辆身份识别和运行状态跟踪的结果分析，如果车辆有不正常违规之处，管理中心可立即发出控制命令，迅速停止车辆行驶并作相应处理。车辆定位：通过道路边上安装的无线网关和移动PDA网关，由网关的位置即可计算出车辆的位置。这种定位方式成本低廉，不受GPS信号的影响，如某种原因GPS卫星信号受到干扰和中断，GPS就无法定位，但本系统不会因此而中断定位工作。3.2技术参数接口种类：RS232串口、RS485总线。LAN接口，外接转换器GW串口参数：8位数据，1位停止，无校验位；波特率9.6-115.2kbpsGW与TM无线频率：315MHz、433MHz、868MHz、915MHz、2.4GHz 可选调制方式：MSK最小相移键控无线通信的方向性：定向、全向，用户可选数据传输速度：250kbit/s无线发射功率：30、20、10、5、0、5、7、10 dBm 可选无线通信距离：小于100米（发射功率0dBm时）数据采集与控制帧长度：24 个字节（可扩展到48 个字节）终端ID长度： 5 个字节（可扩展到8 个字节）网关同时容许终端数：255终端可移动速度快：100km/h网关工作电压：直流3V网关工作电流：小于25mA终端工作电流：小于0.4mA（身份识别模式），小于3.5mA（传输控制模式）终端工作电压：直流3V终端数据通信接口类型：异步串口，CMOS电平终端串口参数：8位数据，1位停止位，无校验位；波特率9.6-115.2kbps终端I/O接口：4通道8通道，二进制开关量输入输出接口，CMOS电平终端AD接口：2通道，分辨率为10位的模数变换接口四、 国人无线技术与其它技术比较国人无线星型网技术是我公司利用最新一代一体化全频段射频芯片，采用自主、符合车辆管理的通信协议而研发的一种无线星行网络通信技术。与现有的可用于车辆管理的无线通信技术相比具有车辆运行控制、双向数据传输、高速移动识别，系统成本低，维护升级容易等优点。下面进一步详述无线星行网的技术优点：存储数据较长：终端TM可存储256字节的内容。RFID存储内容要少很多。双向数据传输：TM与网关GW能够进行异步双向数据通信。RFID不能。结构简单可靠：星型网结构，MSK调制使系统抗干扰能力强。终端可快速移动：无线星网采用快速连接技术，因此，终端移动速达100km/h。低功耗：TM供电电压3V，电流小于0.4mA。低成本：国人无线星网技术是公司自己研制生产。生产成本低。具有自主知识产权：这给产品的升级换代，功能增减，技术服务带来方便。兼容性良好：通过TM串口，可把TM与其它车载终端设备相连。做到资源共享。现有的可用于车辆信息管理的无线通信技术主要有RFID、蓝牙和Zigbee技术，这些技术存在一些问题和不足，详情参见表1。RFID的主要弱点是传送信息有限，读卡器复杂、成本较高，通信距离短。RFID只能传送固定的96位信息。而国人无线技术一个数据包传送的信息至少有192位，每次通信至少可传送3个数据包，而且，如果需要还可连续不断地传送数据包并且其数据长度实时可变；数据多时多传，数据少时少传，依实际情况而定；不影响系统效率。网关成本低廉；通信距离比RFID要长很多。蓝牙（Bluetooth）的主要弱点是：系统容许的通信终端数目少，系统结构复杂、成本很高，通信距离较短，移动识别不好。移动识别的好坏，主要决定通信建立的快慢和数据传输速度。从表1可以看出：国人无线技术，传输速率是比较快的，加上星型结构简单，通信可靠便捷，能很快建立通信联系。与之相反，虽然蓝牙传输速度更快，但由于传输通道有部分要用来作语音通信，实际数据传输率受到一些影响，另外蓝牙协议很复杂，通信建立的时间很长，所以，总的来讲，蓝牙的移动识别并不好。表1 国人无线系统与其它技术比较表国人无线技术RFID(1)篮牙(2)ZIGBEE(3)通信终端（1个网关）256407256工作频段（MHz）300、400、800、900、240013.56、860、930、24502400800、900、2400通信距离(m)100 3 - 1010100传输速率250kbit/s16kbit/s1Mbit/s64kbit/s速据安全性好好好好控制输出口有无无无双向数据口有无无无组网难易容易难难容易系统成本低低高高移动识别好较差差好终端移动速度100km/h20km/h5km/h100km/h系统升级容易难难难Zigbee是用于传感器网络的新技术，但也存在自身的缺陷：系统结构更复杂、成本比蓝牙还要高，系统协议核心不容易掌握，通信速度较慢，等得。相反，国人公司对无线星网技术拥有完全的知识产权；修改、升级技术核心非常容易；便于向用户提供开放的软件平台和积极的技术支持与良好的服务并且具备成本上的优势。五、 车辆信息动态管理系统应用重庆运政信息管理软件系统和GPS车辆监控管理系统的成功建设，促进了国人车辆信息动态管理系统的诞生。虽然GPS系统定位准确，但存在执法方面的不足。因为GPS是单向通信系统，无法对车辆运行进行控制，不能达到应有管理效果。相反，国人车辆信息动态管理系统能够方便执法人员现场或远距离对车辆进行查询并控制车辆运行，且能与GPS 和运政管理系统软件配合发挥效力；因此我们在设计“车辆信息动态管理系统”时考虑帮助客户充分发挥已有先进系统的作用，与之协调、兼容，构筑多部门、多技术、多应用的开放平台。5.1 车辆信息动态管理系统的应用优势国人系统的优势就是同时具有以下5个特性。研究发现，车辆管理系统同时具备以下特性，才能保证系统的可行性和先进性，因为很多技术构成的车辆管理系统只具备其中几项特性而无法同时具备以下特性：1、 对合法车辆的正常作业无干扰，正常行驶、迅速通过。车辆经过检查站无线网关时不需停车、减速。车辆能自动上报车辆身份和车辆状态信息；并可对违规车辆提出警示，甚至控制停车。2、 采集信息可靠无误，无漏报误报。3、 无线网关在车道和路卡等场所安装方便快捷，无需对现有设施进行大量改动，并可安装到移动车辆中作为流动无线网关或个人PDA无线网关。4、 车载终端成本低廉、能迅速推广。5、 具有一定车辆定位功能，为将来管理的信息化智能化发展提供实现手段。结论：车辆、道路管理部门急需一种不停车、远距离、非接触、自动读取其车辆身份等信息。对无身份、身份信息或其它信息有误的车辆，可即时发出报警；对于经过无线网关的合法车辆，能上报车辆故障、定位、呼救等信息；并且要求管理系统技术成熟、成本低廉、安装便捷。国人无线车辆管理系统完全能够满足这些要求。5.2 车辆信息动态管理系统应用举例1 车辆身份识别 国人无线网络技术完全允许在车辆身份信息中包含多种内容，如：车牌号、所属公司、税费完成状况、年检日期、驾驶员信息、运营扣分记录等可读取信息。白板车，克隆车等非法车没有车载终端TM，当行驶到道路一侧安装有网关GW的附件或遇到使用带GW的PDA巡查人员时，网关GW无法读出数据，无线网关将会自动报警。那些困扰全国的黑车问题不是有很好的解决方案了吗？。 2 车辆安全信息追踪 例如，我们可以在车辆轮胎中安装轮胎压力传感器，一旦轮胎压力不正常，威胁行驶安全，传感器立即发信号给车载终端TM，报警提示驾驶者。如果这种情况持续，驾驶者未能及时处理，在车辆经过无线网关或者携带监控PDA的执法人员时，会自动向管理中心报警。管理中心立即给予处理。大大减少由此引起的车辆安全事故。3 车辆运行状态控制 在出厂或者年检时让车载终端的控制输出口和车钥匙电路或喷油控制电路连接。管理中心和执法人员就随时可以发出指令，让辖区内的某些违规车辆停止或无