（控制理论与控制工程专业论文）车辆监控系统上层软件设计.pdfVIP

南京理工大学硕士学位论文车辆监控系统上层软件设计 摘要 城市规模的不断扩大和车辆的日益增多，使得交通运输的合理调度和管制日益成 为社会的一个重要问题。通过智能化的车辆监控系统，可以极大地提高移动目标的运 行效率，降低管理开支。 针对此背景，本文设计和探讨了一个融合了g p s 定位技术、地理信息系统( g i s ) 、 g p r s 无线通信技术和计算机技术的车辆监控系统，并具体完成了该系统监控中心软 件的设计与实现。 根据项且要求，本文主要完成了以下工作： 1 ) 阐述车辆监控系统的总体设计与组成。 2 ) 分析该系统监控中心软件设计的相关技术。 3 ) 设计并编制监控中心软件，包括监控中心人机界面的设计、g i s 功能的实 现、数据库的设计、监控中心与车辆终端通信的实现等。 关键诃：车辆监控，地理信息系统，g p r s ，g p s 第1 页 望望坚一 塑主鎏奎 - _ _ _ _ - _ _ _ _ - - - _ - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ _ _ _ _ - _ - _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - - - 一一一一一。 a b s t r a c t t h ea t t e m p e r m e n ta n dm a n a g e m e n to fv e h i c l eh a sb e c o m ea n i m p o r t a n t q u e s t i o no fs o c i e t ya l o n gw i t ht h es p r e a do fc i t ya n dt h ei n c r e a s eo fv e h i c l e t h ev e h i c l ec o u l db em a n a g e dw i t hal i t t l ec o m m a n db y i n t e l l i g e n tv e h i c l e s u p e r y i s a ls y s t e ms ot h a tt h er u n n i n ge f f e c to f m o v i n go b j e c tc o u l db ei m p r o v e d g r e a t l ya n dt h ee x p e n s eo ft h em a n a g e m e n tc o u l db ec u td o w na tt h es 锄et i m e b a s e do i lt h es t a t u sl i k et h i s ，t h ev e h i c l es u p e r v i s a ls y s t e mc o m b i n e dw i t h t e c h n o l o g yo fg p s ，g i s ，g p r sa n dc o m p u t e rs y s t e m ，w h o s es o f t w a r eo fs u p e r vis a l c e n t e ri sm o s t l yr e s e a r c h e d ，i sd e s i g n e di nt h et h e s i s a c c o r d i n gt ot h er e q u e s to ft h ep r o j e c t ，t h ef o ll o w i n gw o r kh a sb e e nd o n e ： 1 ) d i s e u s s e dt h ew h o l ed e s i g na n dc o m p o s i n go ft h ev e h i c l es u p e r v i s a l s y s t e m 2 ) a n a l y z e dt h ec o r r e l a t i v et e c h n o l o g yo fd e s i g nf o rt h es o f t w a r eo f t h es u p e r vis a ic e n t e r 3 ) c o m p l e t e dt h ed e s i g nf o rt h es o f t w a r eo fs u p e r v i s a lc e n t e ri n c l u d e s t h ed e s i g nf o rc u s t o m e ri n t e r f a c ea n dd a t a b a s e ，r e a l i z a t i o no ff u n c t i o n so f g i s ，c o m m u n i c a t i o nb e t w e e ns u p e r v i s a lc e n t e ra n dt h ev e h i c l et e r m i n a l k e y v o r d s ：v e h i c l es u p e r v i s a l ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ，g e n e r a l p a c k e tr a d i os e r v i c e ( g p r s ) ，g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ( g p s ) 第n 页 y f 5 3 “2 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：珈以年6 月雳日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名。f 年6 月璐日丛年b 月琳日 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控篆统上层软件设计 l 绪论 1 1 课题背景 机动车辆的出现，给人们的生活带来了很多方便，同时也带来了很多棘手的问题。 进入二十世纪九十年代以来，汽车保有量的大幅度增长，仅几个发达国家的汽车保有 量已有数亿辆，2 0 0 5 年中国汽车产量将达到5 0 0 万辆 1 】。同时，随着社会、经济、城 市、道路建设的快速发展，交通紧张的状况不断加剧，世界各国都存在着不同程度的 交通拥挤和堵塞的现象，交通事故与日俱增，车辆分散不易管理，车辆盗窃，车辆遇 抢，环境污染等问题都严重影响着社会经济发展和人民生活。如何使车辆的管理科学 化和提高车辆的运营安全，已经成为一个亟待解决的重大课题。 在研究这一问题的过程中，i t s 嘲智能交通系统应运而生，i t s 是一个综合性的网 络，它的思想是从系统的观点出发，把车辆和道路综合起来考虑，并将先进的信息技 术、数据通信传输技术、自动控制技术、导航定位技术、图像分析技术以及计算机网 络和处理技术等有效地综合应用于整个交通管理体系，建立起一种在大范围内，全方 位发挥作用的、实时准确高效的运输管理系统。 车辆监控系统是i t s 的重要组成部分，而几乎所有的车辆监控系统都在很大程度 上依赖g i s ( 地理信息系统) 数字地图、g p s ( 全球定位系统) 技术和通信技术。g i s 条件下的电子地图数据库为车辆监控提供了存放和管理监控信息的一个可视化载体。 g p s 定位技术使车辆监控中的实时跟踪成为可能。通信技术则在g i s 与g p s 之间建立 了一座数据通信的桥梁，使得对车辆的远程监控成为可能。通过准确的定位，配合通 信技术以及数字地图，车辆监控系统可以对车辆进行实时路线监控，从而引导车辆避 开拥塞路段，提高道路通行能力，缓解交通拥挤和堵塞。 综上所述，将车辆监控导航运用于我国的交通运输行业具有重要的现实意义。它 可以提高交通运输的安全性、可靠性，改善服务质量，提高运输管理水平，创造良好 的社会效益和经济效益。 1 2 国内外车辆监控系统的现状及其相关技术的发展状况 1 2 1 国外车辆监控系统发晨现状 二十世纪8 0 年代后期，西欧、北美和日本等发达国家竞相发展智能交通系统 ( i t s ) ，来减少交通阻塞、增加车辆机动性和路面运输效率、增强安全性、节约能源 第1 页 堑! l 塑圭堕苎 以及保护环境。其主要途径是利用信息、通信、定位和控制技术将车辆和公路集成在 一个可以安装在车辆上的信息网络中，同时，将整个公路系统的车辆流量进行优化以 增加交通容量，提高车辆的运行安全系数，改变传统的交通运输状况。目前，国外 i t s 智能交通系统的研究主要集中在：交通控制与管理、车辆安全与控制、交通中人 的因素、交通模型开发、行政和组织问题、通信与广播技术或系统等方面。研究成功 并己投入使用较多的是汽车自动定位和导航系统。日本、德国、荚国等国家的豪华轿 车已经安装g p s ( 全球定位系统) 车辆自动导航系统，日本已有5 0 万辆以上的汽车 装有自动导航系统，美国计划到2 0 1 0 年将达到1 1 0 0 万辆。 1 2 2 目内车辆监控系统发展现状 我国的i t s 智能交通领域的研究虽然起步比较晚，但是其研究和发展得到了政府 部门的高度重视，科技部已经把i t s 列入了中国高新技术开发和产业化的计划，同时 协同交通部、公安部、建设部、铁道部、信息产业部和相关的高校等科研机构进行共 同的研究和开发，并且在智能交通系统的开发和应用方面已经取得了相当的进步。 1 2 3 车辆监控系统相关技术发展状况 车辆监控系统是i t s 智能交通系统的重要组成部分，是集g p s 、g i s 和现代通信 技术于一体的高科技系统，而对车辆监控系统中这些重要技术的研究与应用在国外早 已开始并且取得了一定成果。 作为车辆监控系统的定位部分，目前g p s 跟踪定位技术最发达的地方是美匿、曰 本和欧洲等地区，它的现状代表了该领域研究和应用韵发展方向。美国的g p s 跟踪定 位技术的应用星现货运调度、车辆导航、货物跟踪等多方面发展的趋势。在货运行业， 运输业的旗舰企业u p s 公司已经在其所属的1 0 万辆卡车上安装g p s 设备，进行长途 运输监控、市内配送调度，同时允许货主随时了解装运货物车的所在位置。在英国， 议会已经要求所有道路运输车辆必须具备g p s 功能。而德国的奔驰、宝马等车辆在多 年前从出厂时就已经内置有g p s 车辆导航设备了。 g p s 跟踪定位系统在我国的发展主要是从9 0 年代初期开始的，至今有十几年的 时间，在这期间g p s 移动跟踪系统的发展经历过两次起落：第一次在1 9 9 4 1 9 9 5 年， 由于市场尚未形成，技术尚未成熟，在这一阶段g p s 的应用一直束形成规模效应；1 9 9 9 年开始出现了第二次浪潮。与欧美不同，我国目前的交通运输行业，一方面基础设施 短缺，需要加快建设，另一方面也存在着交通设施利用率低、管理技术落后、交通安 全形势严峻等问题。我国使用车载g p s 接收机进行自主导航的车辆很少，但是g p s 车辆调度指挥系统正在兴起，尤其在特种车辆、出租车上己开始推广应用n 如上海、 第2 页 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控系统上层软件设计 北京等城市将在出租车上大规模应用g p s 作为车辆监控系统的信息发布部分 建立出租车的管理调度网络。 地理信息系统( g e o g r - r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t 鲫简称g i s 是一颈以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发 和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术系统。它可 以对空间数据按照地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种 空间实体及其相互关系。通过对多项因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需 要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。随着地理信息系统的技 术日趋成熟，其应用也越来越广泛。目前己成功地应用到了包括资源管理、自动制图、 设施管理、城市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、 军事等九大类别的一百多个领域。在交通行业，道路的规划、设计、管理以其鲜明的 地学特征与g i s 有着天然的联系。将g i s 技术应用于道路建设和管理中，是高效建设 现代化道路的一项重要的基础工程，是推进道路建设、管理现代化的重要手段之一。 在美国及发达国家，地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统，社会对其的认识 普遍提高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大和深化。地理信息系 统的应用遍及环境保护、资源保护、灾害预测、投资评价、城市规划建设、政府管理 等众多领域，己列入美国政府制定的“信息高速公路”计翔。 近年来，国内经济建设的迅速发展，使得地理信息系统应用的进程明显加快，且 在城市规划管理、交通运输、测绘、环保、农业、制图等领域发挥了重要的作用，取 得了良好的经济效益和社会效益。1 9 9 8 年以来，国家基础地理信息中心和交通部就 有过许多合作。国家基础地理信息中心曾经和交通部交通科学研究院、中国交通信息 中心等单位合作，利用全国一比百万地形图数据库及一比二十五万地形图数据库，结 合交通部在全国进行的公路普查结果，建立全国的交通数据库，为交通规划、设计、 管理服务，即交通电子政务服务，也可以称为交通地理信息系统。应用在车辆监控方 面，利用电子地图结合g p s 可以实时显示出车辆的实际位置，查询车辆状态，以便进 行合理调度和管理。现在不少城市如上海、武汉、杭州、宁波、绍兴等都在利用g i s 系统建立不同行业的车辆监控系统，北京已建起了l l o 报警指挥系统。g i s 在我国交 通领域的应用正呈逐年上升趋势，预计到2 0 0 5 年底将达2 0 0 亿元，市场潜力很大。 车辆监控系统的通信平台有常规通信网、集群通信网、g s m 网、以及g p r s 网等 多种方案渤。常规通信网信道利用率低，通常采用大区制，覆盖范围小，仅适用于构 建小系统，而集群通信网虽然信道利用率有所提高，但是信道建立需要时间，系统在 时分多址传输模式下，容量过大时系统的实时性得不到保证，并且误码率相对较高。 g s m 短消息业务的通信方式是目前用的较多的一种，因为其覆盖范围大，并且可以全 国漫游。但是，时延问题是系统的瓶颈所在，特别是网络短信中心负荷过重，严重阻 塞时，车辆监控系统的实时性能得不到保证。综合传输速率、频率利用率、网络时延、 第3 页 硕士论文 覆盖范围等多方面的因素，g p r s 网络作为通信平台克服了电路交换型数据传输速率 低、资源利用率差的缺陷，也不象短消息那样仅适合于少量突发数据应用。 通用分组无线业务g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 作为第二代移动通 信系统向第三代的过渡技术，是在现有的g s m 系统上发展出来的一种新的分组数据承 载业务h 。g p r s 的现状已经非常成熟，目前全世界已有近百个运营商开通了g p r s 商 用系统。从1 9 9 9 年开始，英国的b t c e l i n e t 、德国的tm i b l i e 、荷兰的t e l f o r t 以 及法国、西班牙、意大利、俄罗斯、澳大利亚、新加坡、菲律宾等国家和地区的运营 商，纷纷在其g s m 网叠加发展g p r s 。在国内，中国移动通信集团1 9 9 5 年开始大力发 展g s m 数字移动通信系统，g s m 网已经覆盖全国，在此基础之上，中国移动通信集团 于2 0 0 2 年5 月开始正式投入使用g p r s 网络。目前，国内的g p r s 主要应用于通讯业、 运输业、金融证券业、商业、公共安全业等。除了向个人用户提供文件传输、数据查 询、短信息等业务之外，还向集团用户提供特殊业务，例如，应用于车辆及智能调度、 流动银行、实时股市动态或天气预报的发布、随时随地的接入远程数据库等等。本系 统即利用g p r s 无线网络实现了车载终端和监控中心的通信。 g p s 、g i s 和无线通信技术相结合在国内己开始广泛应用于运钞车的报警、定位 监控，警车、消防车、救护车的指挥调度，有些城市的出租车、租车服务、物流配 送等行业己经开始对车辆进行监控跟踪、调度管理，合理分布车辆，以最快的速度 响应用户的乘车请求，降低能源消耗，节省运行成本。综上所述，在我国交通运输 和道路工程中，车辆监控系统应用市场完全有形成一个大产业的需求潜能，并且已 经到了开始大规模发展的关键时期，而车辆监控技术在交通运输和道路工程中将会 起到举足轻重的作用，随着设备成本的降低，该项技术的应用将会越来越广泛。 1 3 本文研究的内容 下 本文研究的内容是车辆监控系统监控中心软件的设计和开发，本人所作的工作如 1 ) 监控中心与车载终端通过g p r s 网络进行数据通信的实现 2 ) 地理信息系统g i s 功能实现； 3 ) 数据库的设计开发； 4 ) 监控系统人机界面的实现。 第4 页 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控系统上层软件设计 1 4 小结 本章首先提出了本车辆监控系统的研究背景，进一步阐述了研究该课题的目的和 意义，其次分析了国内外车辆监控技术的现状及发展情况，最后说明了该课题中本人 的主要工作。 第5 页 车辆监控系统的总体介绍 硕士论文 2 车辆监控系统的总体介绍 2 i 车辆监控系统概述 随着改革开放和经济的高速发展，人民的生活水平大幅度提高，很多个人、单位 都配备了汽车。同时，社会治安也面临许多新局面，危害社会治安、影响社会稳定的 各种矛盾和纠纷剧增，劫车、盗车等各种现象逐年上升。实时对车辆的位置、状态等 动态信息进行跟踪监控，及时排除车辆遇到的问题，可以大大提高车辆的利用效率， 保障司机以及车辆的安全。近年来由于全球定位系统技术的发展，使得移动目标的实 时定位成为可能，同时无线通信技术的也得到了长足进展，使我们对移动目标进行远 程跟踪管理成为可能。 车辆监控系统可以远程跟踪管理所有在g p r s 网络覆盖范围内的车辆运行状态， 同时车辆的各类数据和信息通过g p r s 网络传送至监控中心。车辆的位置、运行方向 等状态在监控中心的电子地图上直观地显示出来，监控中心可对任意车辆进行实时监 控、锁定车辆位置、反控停车等操作，从而使用户随时掌握被控车辆的实时状态。 本系统是单机版的车辆监控系统，适用于小集团( 或个人) 车辆管理的车辆定位 监控系统，目的是保障单位( 或个人) 车辆安全。用户可以通过计算机的电子地图看 到自己管理车辆的行驶方位，及时了解车辆的运行状态。系统的优点在于定位准确、 实时监控、反应速度快、设备简单、易于操作，无需特殊培训，只要会电脑即可以进 行对车辆的监控。另外系统运行成为较低，用户只在连线后才会产生费用，不连线则 不会产生任何费用。通讯方式也非常稳定，在g p r s 网络覆盖的范围内，就可以监控 到车辆的位置和轨迹。 2 2 车辆监控系统的组成 车辆监控系统由车载终端、通信链路、监控中心组成。监控中心通过6 p r s 向车 辆终端发送请求，车载终端利用6 p s 接收机来实现自身定位，通过g p r s 网络按照监 控中心所请求的信息把自身的位置和状态等数据信息发送到监控中心，监控中心收到 信息后，将解析后的数据存入数据库并且在地图上显示车辆的位置以及在列表和状态 栏上显示相关信息。本车辆监控系统的总体结构如图2 2 1 所示： 第6 页 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控系统上层软件设计 导航卫星 移动公共网 移动车载终端 监控中心 图2 2 1 车辆监控系统总体结构图 2 3 车载终端功能 车载终端的结构如图2 3 1 所示，由g p s 模块、中心控制模块以及g p r s 模块组 成。车载终端主要有以下功能同： g p s 天线 图2 3 1 车载终端结构图 1 ) 定位功能 车载终端上的g p s 模块自动捕获卫星，当捕获到的卫星数量大于等于4 颗时就能 计算出自己的方位。 2 ) 报警功能 当车辆在电压不足、水位水量或油量低于预设值、进入设防状态以及遭受抢劫 或需要紧急救援时，向监控中心发送报警信息。 3 ) 车辆死锁功能 当出现下列情况时，监控中心可以遥控锁死车辆终端： 用户未在规定的时间内交费； 用户未在规定的时间归还车辆； 车辆不在预定的地区范围内。 第7 页 弋 车辆监控系统的总体介绍 硕士论文 4 ) 收发数据功能 根据监控中心的指令和请求收发数据或主动向监控中心上报数据，并且能对收、 发的信息进行分类管理，提供查询，删除，保存等功能。 2 4 车辆监控系统通信平台 本系统是通过g p r s 无线d d n 传输业务来实现车载终端和监控中心的无线数据传 输的。基于g p r s 网络平台的无线d d n 是以中国移动的g s m g p r s 网络为平台，采用 锄s 、g p r s 等方式，通过特定的行业数据终端( d t u ) ，为行业用户提供的机器到机 器( m a c h i n et om a c h i n e ，凇m ) 无线数据传输业务。该业务具有“组网迅速灵活、 网络覆盖范围广、安全保密性能好、电路永远在线、按流量计费、用户使用成本低” 的优点，特别适合移动车辆传输的应用。 g p r s 无线d d n 系统由数据中心、数据传输通道( g p r s 网络) 、用户数据终端单 元( g p r sd t u ) 构成。d t u 可直接与用户设备通过r s 一2 3 2 或r s - 4 8 5 接口连接，数据 中心的组网略微复杂一些，根据数据中心接入方式的不同可分为专线接入、g p r s 按 入和i n t e r n e t 接入： 专线接入是指用户数据中心通过数据专线连接至移动运营商的g g s n ，移动运营 商在g g s n 上为用户分配一个专用的a p n 接入点，从而在数据终端和数据中心之间构 成一条无线虚拟专网( v p n ) 通道。 g p r s 接入是指用户数据中心向移动运营商申请a p n 服务，获得g p r s 内部网固定 i p 地址，通过g p r s i i o d e m 拨号上网。所有的数据终端不必持有固定i p ，但在拨号上 网后必须将获得的动态i p 向数据中心的监控软件进行注册，以便实现数据中心至数 据终端的通信。 i n t e r n e t 接入根据i p 地址可以分为固定i p 地址接入和动态i p 地址接入。固定 i p 地址接入是指利用一台连接到i n t e r n e t 网络并具有固定公网i p 地址的服务器与 数据终端建立信道；动态i p 地址接入是指数据中心的i p 地址不固定，在与数据终端 建立信道前必须先将该i p 地址告知数据终端。 以上接入方式中，采用专线接入需要向电信申请专线且需要一台支持g r e 隧道功 能的路由器，投入成本比较高；采用g p r s 接入需要向电信申请a p n 服务，传输带宽 受到限制；而采用i n t e r n e t 接入成本较低，且不存在跨区域的问题。通过上述分析， 考虑到本系统服务器具有固定i p 地址，因此采用固定i p 地址i n t e r n e t 接入。 第8 页 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控系统 二层软件设计 2 5 监控中心计算机系统的构成 2 5 1 监控中心的组成 本车辆监控系统的监控中心由一台服务器和监控端计算机构成，如图2 5 1 1 右 边的虚框所示，服务器和监控端计算机由局域网连接。由于本系统采用i n t e r n e t 固 定i p 按入的g p r s 无线组网方式，系统的服务器有固定的i p 地址，但是考虑到服务 器的稳定运行问题通常不允许在服务器上安装其他应用软件，所以系统数据中心也不 允许安装在该服务器上，为了解决这问题，在服务器上进行必要的设置，利用端口 映射功能，将局域网内监控端主机的假i p 地址映射成一个真i p 地址，使之能对外部 提供w w w 服务，g p r s 终端模块的数据经过i n t e r n e t 传输以后能够传输到这台装有 g p r s 数据中心软件的监控端主机上。 图2 5 1 1 监控中心馒件组成 监控中心的软件采用v i s u a lb a s i c 作为开发环境，主要包括6 1 s 模块、监控管 理模块以及数据库模块组成。其中，g i s 模块主要是进行地理空间和属性数据的管理 维护，直观的显示车辆的位置信息；监控管理模块主要实现与用户的交互以及利用 g p r s 进行数据的收发；数据库主要用来存储从车载终端接收到的信息以及一些车辆 维护和用户的信息。监控中心的软件结构如图2 5 1 2 所示。 第9 页 车辆监控系统的总体介绍 硕上论立 2 5 2 监控中心的主要功能 监控中心的主要功能如下； 1 ) 基本g i s 功能 地图放大、缩小：可对当前的地图进行无级放大与缩小操作，以便了解某个 移动目标所在位景的详细情况或了解更大区域或全局的整体情况。 地图漫游：可利用鼠标的移动来实现地图的漫游( 地图显示画面随鼠标的拖 动自动快速更换) 。 g i s 地物查询：根据用户输入的地物的名称，可以在电子地图中醒目的显示 图层中的地物。 鹰眼功能：显示当前窗口在全图中的位置，当前窗口切换时候，鹰眼自动的 进行相应的变化。鹰眼中的地图本身也可以放大、缩小。进行左右的漫游。 通过鹰眼中窗口的位置框的尺寸以及位置也可以改变相应的主窗口的地图显 示区域。 2 ) 车辆监控和调度功能 车辆监控：根据车载终端上传的经度和纬度坐标在电子地图上实时地显示出 车辆运行的位罱和运行状况，形成直观的运行轨迹。根据需要，车辆的运行 状态( 运行、停止、油量、水位、温度速度等) 也能显示。 车辆跟踪：向车载终端发送一个车辆跟踪指令，让车辆按一定的时间问隔发 回车辆的位霞和车辆运行状态的数据。 报警处理：在车辆出现异常情况时，车载终端向监控中心发送报警信号，监 控中心报警指示灯会以红色显示，同时在屏幕上显示出该移动目标的资料， 例如车辆位置、时问等信息，为车辆运营管理者进行事故处理提供决策依据。 3 ) 数据信息管理功能 车辆资料管理：数据库中有车辆及车主的详细资料信息。可方便地对这些资 料进行修改、查询等。 第1 0 血 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控系统上层软谇设计 车辆运行历史轨迹回放：可随时查询某具体车辆的位置回报记录、并可选定 菜车某时间段的位置记录进行轨迹回放。 车辆报警数据管理：对车辆的报警信息情况进行存储和管理。 系统运行日志：对系统运行的操作进行存储和管理。 2 6 小结 本章介绍了车辆监控系统的总体结构，对该系统的主要组成部分车载终端、通信 链路、监控中心的结构和功能作了较详尽的阐述。 第l l 页 车辆监控系统通信平台的设计 硕士论文 3 车辆监控系统通信平台的设计 3 1g p r s 技术分析 在过去的十年里，通信产业成为发展最迅速、最具活力的产业之一，其中蜂窝移 动通信尤其生机勃勃。中国的移动通信发展更是超过了人们的想象，据相关部门统计， 到2 0 0 5 年底，中国的移动电话用户总数将超过4 亿。另一个发展最快的通信领域当 属互联网，移动代表了个人文化的发展，互联网代表了信息多样化的趋势，二者的结 合使人们能随时随地得到语音、文本、图像等各种信息服务，必将带来巨大的市场前 景。为适应这种发展趋势，人们期盼着能提供移动多媒体业务的第三代移动系统( 3 g ) 的出台，但为了尽快的推出移动数据业务和平滑的向第三代演进，g s m 网络又推出了 2 5 代系统g p r s 系统。可以说，g p r s 是移动通信向i p 网络演进的起始点，是向 3 g 平滑演进的重要一环。目前中国移动的g p r s 覆盖范围在中心城市几乎达到了1 0 0 ， 在边远地区也达到了8 0 以上，特别适合像金融交易、远程监测等行业各种中、低速 率的突发通信需求，取代过去传统的有线m o d e m 、x 2 5 、数传电台、短信等通信方式。 3 1 1g p r s 技术的优势 g p r s 技术由英国b tc e l l n e t 公司在1 9 9 3 年提出，1 9 9 7 年成为g s mp h a s e 2 + 规 范的内容之一【7 1 。g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 是通用分组无线业务的简 称，是一种基于g s m 系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线i p 连接， 能提供比现有g s m 网9 6 k b i t s 更高的数据传输率。g p r s 采用与g s m 相同的频段、 频带宽度、突发结构、无线调制标准、跳频规则。因此，在g s m 系统的基础上构建 g p r s 系统时，g s m 系统中的绝大部分部件都不需要作硬件改动，只需要作软件升级。 欧洲电信标准协会( e t s i ) 指定了g s m g o o m h z 、1 8 0 0 m h z 和1 9 0 0 妊 z 三个工作频 段用于g s m ，其中g s m 9 0 0 m h z 频段还包含g l ( e g s m ) 频段和p 频段。相应地，g p r s 也工作子这三个频段，包括g s m g o o m h z 的g l 频段和p 频段，当然，g p r s 也可以限制 每个小区只工作于p 频段。 g p r s 网络是在g s m 网络基础之上，新增两个节点g p r s 服务支持结点( s g s n ， s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) 和g p r s 网关支持结点( g g s n ，g a t e w a yg p r ss u p p o r t n o d e ) 而形成的移动分组数据网络，它的技术核心是在g s m 网络中传送分组数据业务， 它的技术优势主要体现在两个方面：实现了用户数据与无线网络资源的最佳结合；实 现了i p 协议的透明传送。与原有的g s m 比较，g p r s 在数据业务的承载和支持上具有 篱1 2 页 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控系统上层软件设计 非常明显的优势9 ： 1 ) 通过多个g s m 时隙的复用，支持的数据传输的速率更高，理论峰值达到1 7 1 k b p s ： 2 ) 不同的网络用户共享同一组g p r s 信道，但只有当某一个用户需要发送或接收 数据时才会占用信道资源。这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用了无线网络 信道资源，特别适合突发性，频繁的小流量数据传输，很好地适应数据业务的突发性 特点； 3 ) g p r s 计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费： 4 ) 与无线应用协议( w a p ) 技术不同，g p r s 能够随时为用户提供透明的i p 通道， 可直接访问 n t e r n e t 中的所有站点和资源( w a p 用户只能访润特定的w a p 服务器) ； 5 ) 采用信道复用技术，每一个g p r s 用户都能够实现永远在线；另外，g p r s 还 能支持在进行数据传输的同时进行语音通话等等。 综上所述，g p r s 的优点在于： 1 ) 传输速率高，最高可达到1 7 1 k b p s 。 2 ) 永远在线，可以实时传输数据。 3 ) 按流量收费，价格合理。 4 ) 基于i p 协议可以访问整个i n t e r n e t 。 3 1 2g p r s 数据传输 g p r s 网络系统结构如图3 1 2 1 所示。g p r s 网络阎是架构在现有g s m 网络上， 增加了对分组数据的支持，同时考虑了网络能够平滑向3 g 过渡。其网络结构如图 3 1 + 2 1 所示，g p r s 是在现有g s m 网络中增加g g s n 和s g s n 来实现的，用户能够在端 到端分组方式下发送和接收数据。 s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ) 的主要功能是对移动终端进行鉴权和移 动性管理，建立移动终端至6 6 s n 的传输通道，接收从基站予系统传送来的移动终端 分组数据，通过g p r s 骨干网传送给g g s n 或者将分组发送到同一服务区内的移动终端。 s g s n 还可以集成计费网关、边缘网关( 负责实现g p r s 网络之间的互连) 和防火墙的 功能。 g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r tn o d e ) 是连接g p r s 网络与外部数据网络的节点。 对于外部数据网络来说，它就是一个路由器，负责存储已经激活的g p r s 用户的路由 信息。g g s n 接收移动终端发送来的数据，转发至相应的外部网络，或接收来自外部 数据网络的数据，通过隧道技术，传送给相应的s g s n 。另外g g s n 还具有地址分配、 计费、防火墙功能。 第1 3 页 车辆监控系统通信平台的设计 硕士论文 用户设备g p r s 媳端 g s m b t s b s c 其它g p r s 网络 i n t e r n e t ( t c p i p ) b t s ： 基站收发信台 b s c ：基站控制器 s g s n ：服务支持节点 g g s n ：网关支持节点 图3 1 2 1g p r s 网络结构 s g s n 和g g s n 两节点可分可合，即它们的功能既可以由一个物理节点全部实现， 也可以由不同的物理节点来实现。它们都应有i p 路由功能，并能与i p 路由器互连。 s g s n 和g g s n 利用g p r s 隧道协议( g t p ) 对i p 或x 2 5 分组进行封装，实现二者之间 的数据传输。 如图3 1 2 1 中，用户设备通过串行或无线方式连接到g p r s 终端上，g p r s 终端 与g s m 基站通信。与电路交换式数据呼叫不同，g p r s 分组是从基站发送到g p r s 服务 支持节点( s g s n ) ，而不是通过移动交换中心( m s c ) 连接到语音网络上，s g s n 与g p r s 网关支持节点( g g s n ) 进行通信，g g s n 对分组数据进行相应的处理，再发送到目的 网络，如i n t e r n e t 或x 2 5 网络。其具体的数据传输流程为： 1 ) g p r s 终端通过接口从容户系统中取出用户数据； 2 ) 处理后以g p r s 分组数据的形式发送到g s m 基站( b s s ) ； 3 ) 分组数据经s g s n 封装后，发送到g p r si p 骨干网； 4 ) 若分组数据是发送到另一g p r s 终端，则先发送到目的s g s n ，然后经过基站 予系统发送到g p r s 终端；若分组数据是发送到外部网络( 如i n t e r n e t ) ，则将分组数 据包经g g s n 进行协议转换后，发送到外部网络。 3 2g p r s 终端模块介绍 g p r s 采用t c p i p 协议，非常容易和现有i n t e r n e t 技术及应用平台整合，将各种i p 技术与服务同移动通信技术相结合，为客户提供各种高速高质的移动数据通信业务。 本系统采用了宏电公司h 7 0 0 0 系列g p r sd t u ( d a t at e r m i n a t i o nu n i t ) ，该g p r s 终端模块有以下特点i l l j ： 1 ) 无需后台计算机支持。h t 0 0 06 p r sd t u 内疆自动网络连接和协议处理模块， 无需后台计算机支持，应用开发时不必关心g p r s 网络协议、t c p i p 协议等。 2 ) 透明数据传输。h 7 0 0 0g p r sd t u 直接提供r s 一2 3 2 4 2 2 4 8 5 接口，为用户的 数据设备提供透明传输通道。 第1 4 页 南京理工大学硕士学位论文 车辆监控系统上层软件设计 3 ) 点对点、点对多点、对等、实时数据传输。h 7 0 0 0g p r sd t u 可以实现点对点、 点对多点、中心对多点的对等数据传输，传输时延一般小于1 秒。 4 ) 永远在线。h 7 0 0 0g p r sd t u 开机就能自动附着到g p r s 网络上，并与数据 中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据。 5 ) 按流量计费。h 7 0 0 0g p r sd t u 一直在线，按照接收和发送数据包的数量来收 取费用，没有数据流量的传递时，不收费用。 6 ) 高速传输。g p r s 网络传输速度最快将达到1 6 0 k b p s ，速率的高低取决于移动 运营商的网络设置，根据中国移动的网络情况，目前可提供2 0 - - 4 0 k b p s 的稳定数据 传输。 7 ) 组网简单、迅速、灵活。h 7 0 0 0 移动数据通信系统可以不依赖于运营商交换 中心的数据接口设备，通过i n t e r n e t 网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数 据通信专用网络。 3 3 监控中心与1 1 7 1 1 2 cg p r s 模块的通信 h 7 1 1 2 cg p r s 模块是深圳宏电技术开发公司h t 0 0 0 无线d d n 通信系统推出的系列 模块之一，该公司专门为该通信系统系列模块的使用提供了函数开发包，主要是 d s c ( d a t as e r v i c ec e n t e r ) 软件。d s c 和d t u 之间通讯使用开发包动态库 g p r s d 1 1 ，d l l ，该文件包括和d t u 通讯所需要的全部a p i 函数，包括服务的启动、数 据发送、数据接收、关闭服务等，d s c 实际上是架构在g p r s _ d 1 1 d l l 所提供的功能 之上的数据处理软件，需要完成的功能如下n ”： 1 ) 调用a p i 启动服务和停止服务； 2 ) 调用a p i 接收数据和向d t u 发送数据，并且对数据作进一步处理。 因本系统使用v i s u a lb a s i c 作为软件开发的平台，而、，b 作为一种简单易用的 w i n d o w s 开发环境，它的可视化和易于理解的编程法提高了编程效率，但同时也使开 发人员失去了许多访问底层a p i 函数和直接与w i n d o w s 交互的机会。动态链接库是 w i n d o w s 的重要特点之一，d l l 的特性使它成为v b 的一个极为有力的补充。由于d l l 过程存在于v i s u a lb a s i c 应用程序之外的文件中，在使用时必须指定过程的位置和 调用参数，在声明了d l l 过程之后，就可以把它当作自己的过程使用了。 3 3 iv i s u a lb a s i c 平台调用服务 要在v b 中声明一个d l l 过程，首先需要在代码窗口的通用( g e n e r a l ) 部分增 加一个d e c l a r e 语句。如果该过程返回一个值，应将其声明为f u n c t i o n ； d e c f a r ef u n c t i o np u b l f c n a m el i b ”l i b n a m e ” a l i a s a l i a s 3 ( e b y v a l 3 第1 5 页 车辆监控系统通信平台的设计 硕士论文 v a r i a b l e a st y p e ， b y v a v a r i a b l e a st y p e ) a st y p e 如果过程没有返回值，可将其声明为s u b ： d e c l a r es u bp u b l i c n a m el i b9 1 i b n a m e a l i a s a 】i a s ” ( b y v a l v a r i a b l e a st y p e ， b y v a l v a r i a b l e a st y p e ) j 其中l i b 子旬是用来告诉v i s u a lb a s i c 如何找到包含过程的d l l 文件的，可以 在l i b 子旬指定文件的路径。在本系统中，g p r s d 1 1 d l l 文件储存在e x e 文件所在 的目录，不需要l i b n a 皿e 的路径，v i s u a lb a s i c 可以直接在e x e 文件所在的目录下 查找到该文件；a l i a s 子句是一个可选的部分，用户可以通过它所标识的别名对动态 库中的函数进行引用。通常只有在处理使用字符串的系统w i n d o w sa p i 过程、函数名 不标准或者d l l 过程使用讯号标识时，才需要使用a 1 i a s 子旬，而g o r s d 1 1 d l l 库 中的a p i 函数都未涉及到这以上三种情况，所以在声明这些函数时没有使用该字句； b y v a l 是一个关键字，表明使用值传递方式来传递参数，在缺省的情况下，v b 以引用 方式传递所有参数( b y r e f ) ，该方式只传递了数据的3 2 位地址。 本系统在标准模块中声明d l l 过程，可以在应用程序的任何地方调用它。如果在 其它类型的模块中定义的d l l 过程则是模块私有的，必须在它们前面声明p r i v a t e 关键字，以示区分。 正确的函数声明是v b 中调用动态连接库的前提，但要想在v b 中正确使用动态库