（地图制图学与地理信息工程专业论文）车载gps动态监控与智能交通平台研究.pdf

摘要 车载g p s 动态监控与智能交通平台研究 作者简介：萧阳，男，1 9 8 3 年2 月生，师从成都理工大学唐斌教授，2 0 0 8 年6 月毕业于成都理工大学地图制图学与地理信息工程专业，获得工学硕士学 位。 摘要 随着我国汽车市场快速增长，针对车辆的定位、跟踪、导航等位置业务的需 求将越发旺盛，车辆监控系统也日益受到市场的关注。 本文在总结前人的研究成果的基础上，对车辆监控系统及其相关技术进行了 研究，提出了基于g i s g p s g p r s 的车载g p s 动态监控平台。本文主要内容归 纳为以下几点： ( 1 ) 论述了车辆监控系统目前的发展方向和关键技术，对比阐述了车载g p s 动态监控平台集成原理；其是以g i s 作为基础信息系统平台，以g p s 作为车辆 定位手段，以g p r s 作为数据传输手段的集成信息系统； ( 2 ) 在相关理论研究的基础上，对车载g p s 动态监控平台的整体结构进行 设计，并实现了监控中心软件的部分模块。系统强调对g i s 空间分析能力的应用， 大大加强了车载g p s 动态监控平台的实用性。 ( 3 ) 利用w 曲s e r v i c e 技术改良传统车辆监控系统的架构模式。文中针对现 有车辆监控系统的构建模式进行分析，指出了现有平台的局限性。在介绍w r e b s e r v i c e 的基础上，阐述了w 曲s e n r i c e 应用于车载g p s 动态监控平台的可行性。 最后展望了w r e b 技术与新型车载g p s 动态监控与智能交通平台的发展趋势。 在文章的结尾部分，对全文进行了总结，提出了不足之处与改进意见，指出 了车载g p s 监控平台的巨大市场前景。 关键词：动态监控智能交通系统g p sw e b 服务 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho nv b h i c l e - l o a d i n gg p sd y n a m i cm o n i t o r i n ga n d i n t e l l i g e n t1 r a n s p o i t a t i o np l a t l o r m i r 咖d u c t i o no ft l l ea u t h o r ： x i a o y a i l g ，m a l e ，、阮sb o m i nf e b m a 19 8 3 、h o s e t u t o rw 弱p r o f e s s o r1 锄g b i n h eg r a - d u a t e d 行o mc h e n g “u i l i v e r s 埘o ft e c h n o l o g y i nc a r t o g r a p h ya i 】【dg e o g r 印l l i ce n 酉n c e r i n gm 勾o r 锄dw a sg r 觚t e d 吐圮m a s t e r d e g r e ei nj u n e ，2 0 0 8 a b s t r a c t w i t hm er a p i dd e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei na 1 i n a ，t h es e r v i c e st h a ta u t o m o b i l e l o c a t i n g ，m o n h o m ga i l dn a v i g a t i o n 丽l lb e a9 0 0 dp r o s p e c t 触s ot h l ev e h i c l e m o n i t o r i n gs y s t e mw i l lb ea n a c l l i n gm o r ea i l dm o r ei m p o r t a i l c e 7 n l i sp 印e rh a ss t u d i e dt l l ev e l l i c l em o i l i t o r i n gs y s t e ma n di t sr e l e v 锄tt e c l l i l o l o g i e s o nt h eb 嬲i so fp r e v i o u sr e s e a r c hr e s m t s ，a n dp u t sf o 删t h ev e l l i c l e l o a d i n gg p s d y n a m i cm o m t o r i n gp l a t f o 姗b 雏e do ng i s g p s g p r s i t sm a i nc o n t e mi ss 呦e du p a sf o u o w s ： ( 1 ) t h i st h e s i sd e s c 曲e st h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o na i l dp i v o t a lt e c l l n i q u e so f v e l l i c l em o l l i t o r i n gs y s t e m ，c o n t r a s t sa 1 1 de x p o 眦d st h ec o m p o s i t i v ep r i n c i p l eo f v e l l i c l e l o a d i n gg p si l y n a m i cm o n i t o r i n gp l a t f o m l i ti st h ec o m p o s i t i v ei b m l a t i o ns y s t e m 廿l a ta d o p t sg i sa st 1 1 ei n f o 姗a t i o ns y s t e mp la _ t f o 咖，g p sa sv e l l i c l ep o s i t i o i l i n gm e a i l s a n dg p r sa s 、析r e l e s s l a 协t r a i l s m i s s i o nm e a n s ( 2 ) o nt h eb a s i so fr e l e v a n tm e o r e t i c a lr e s e a r c h ，t h e 、7 l ，：h 0 1 ea r c h i t e c t u r eo ft h e v e l l i c l e l o a d i n gg p sd y n 锄i cm o i l i t o r i n gp l a t f o 蛐i sd e s i g n e d ，跚l ds o m es o 小础 m o d u l e so ft 1 1 ec o n t r o lc e n t e rh a v eb e e nr e a l i z e d n l es y s t e mh a se m p h a l s i z e dt h e 印p l i c a t i o no fs p a t i a la i l a l 如c a lc 印a b i l 时i ng i s ，a n ds 骶n g t h e n e d 1 ep m c t i c a b i l i t ) ro f m ev e h i c l e l o a d i n gg p sd ) ，i l 锄i cm o i l i t o r i n gp l a t f b mg r e a t l y ( 3 ) 1 h st 1 1 e s i sm a k e su s eo fw 曲s e n ，i c et e c l l l l i q u et oi m p r o v et h e 位瓶ep a t t 锄 o fc o n v e n t i o n a lv e m c l em o i l i t o r i n gs y s t e m i ta u l a l y s e st l l et m s sp a n e ma i m e da t e x i s t i n gv e k c l em o i l i t o r i n gs y s t e 】n ，跹dp o i i l t so u ti t sl o c a l i z a t i o n i t ，o nt l l eb a s i so f 请的d u c t i o no fw e bs e r v i c e ，e x p a t i a t e st 1 1 ef e a s i b i l i t ) ，o fa p p l y i n gw 曲s e r v i c et 0 v e l l i c l e l o a d i n gg p sd y n 锄i cm o i l i t o 血gp l a 响m a tl a s t ，t l l i sp 印e rp r o s p e c t s 纰 d e v e l o p m e n t a l 仃e n d so fw 曲s e r v i c et e c h l l i q u ea n dn e w s 够l ev e l l i c l e l o a d i l 唱g p s d y n 锄i cm o n i t o r i i 培a n di n t e l l i g e n t 缸s p o r t a t i o np la ：t f 0 姗 i i 成都理j ：人学硕士学位论文 i i l t h e t e 锄i n a l p a n o f 锄s 狐i c l e ，i t 汕姗撕z e s t h i s p a p e f a i l d 研n g s 删t h e s h o n c o m i n g sa i l di m p r o v e do p i n i o n s ，a i l di n d i c a t e s t 1 1 et r e m e n d o u sm a r k e tf 0 螅g r o u n d o fv e k c l e l o a d 吨g p sd y n a m i cm o i l i t o r i n gp l a t f o r m k q 啊o r d s ：d y n 吼i cm o i l i t o 血g i t sg p sw e bs e i c e i i l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都理王太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 糊姗魏扣 矽g 年f 月二日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛都理王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛都理王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 学位论文作者导师签名： 训g 年f 月；j 同 、7 翎唐 第1 章引言 1 1 研究背景 第1 章引言 自2 0 世纪9 0 年代以来，电子信息技术越来越多地进入交通运输部门，并逐 渐形成一个崭新的工程领域，即智能运输系统( i n t e l l i g e n tt r a i l s p o 僦i o ns y s t e m ) ， 简称i t s 。所谓智能运输系统，就是通过采用先进的电子技术、信息技术、通 信技术等高新技术，对传统的交通运输系统及管理体制进行改造，从而形成一种 信息化、智能化、社会化的新型现代交通系统。i t s 强调的是运输设备的系统性、 信息交流的交互性、以及服务的广泛性。 由于i t s 是将出行者、道路和交通运输工具三者作为一个整体系统来综合考 虑，因此使交通运输基础设施得以发挥最大效能，车辆堵塞和交通拥挤得到有效 解决，出行者的安全度和舒适度得到明显改善，并通过节约能源和保护环境使全 社会获得巨大的社会经济效益。由于智能运输系统加速了交通运输进入信息时代 的步伐，因而是2 1 世纪现代化交通运输体系的重要发展方向；而其巨大的市场 容量更决定了这是一项新兴的、大规模的国家产业，必将成为2 1 世纪全球最大 的产业之一。 发展i t s 所需的主要技术有：微电子技术、计算机网络及软件技术、移动通 信技术、系统控制与集成技术等。具体包括：互联网技术、g p s 技术、g i s ( 地 理信息系统) 技术、g s m ( 全球移动通信系统) 技术、光纤网络技术、i c 卡技 术、电子标签技术、信息自动采集技术、航位推算技术、大屏幕显示技术、智能 信号控制技术、信息系统集成技术和网络软件技术等。在上述种种技术中，其核 心部分就是g p s 技术。 1 2 选题依据及意义 随着我国经济改革的不断深入和市场经济体制的逐步建立，公路建设、道路 运输等各项交通事业正在跨越式地向前发展，为了实现进一步管理好运输市场， 保证运输安全等一系列目标，各级交通部门j 下在积极推行“智能交通”：即通 过运用先进的信息、通信、控制等高新技术对传统运输系统进行改造而形成的一 种信息化、智能化、社会化的新型交通运输。 截止2 0 0 7 年6 月，全国汽车5 3 ，5 5 8 ，0 9 8 辆，汽车驾驶人1 0 0 ，2 7 9 ，7 0 1 人，其 中载客汽车保有量为2 9 ，0 2 1 ，3 6 5 辆，载货汽车保有量为1 0 ，1 2 0 ，0 6 8 辆。上半年全 国共发生交通事故1 5 9 ，0 2 9 起，造成3 6 ，9 3 9 人死亡，1 8 8 ，9 7 9 人受伤，直接财产 成都理1 ：人学硕十学位论文 损失5 4 亿元，超速与疲劳驾驶仍是机动车肇事的主要原因1 。 大量的交通事故统计分析表明，在造成交通事故的诸多原因之中，大部分是 驾驶员违章超速或疲劳驾驶造成的。由此可见，要减少交通事故，必须对违章超 速和疲劳驾驶行为进行有效的严格监控，同时，由于汽车的使用过程是在移动中 的，用传统的管理手段，无法详细了解车辆在行驶过程中的动态情况，难以对汽 车进行有效细致的动态管理。 因此，各个汽车运输单位都面临着如何进行有效的安全管理和如何对驾驶员 进行有效监督的问题。此外，公安部门在进行交通事故处理时，也常常因为无法 知晓事故发生时的具体情况，难以进行判定和处理。因此也迫切需要一种科学有 效的辅助手段，对交通事故的处理提供参考依据。 在2 0 0 7 年五一“黄金周 临近之际，福建省唯一的一级客运资质企业 福建省汽车运输总公司( 闽运) 投入资金在3 0 0 多辆长途客车上安装g p s 车载设 备，对公司所属的营运客车进行“超速、超员、超时、超界”远程监控，利用先 进的科技手段对闽运所属的营运客车进行“超速、超员、超时、超界”远程监控， 提高长途车辆的运行安全，并可以有效地制止“三私现象，规范驾驶员的行为， 提高驾驶员的安全行车意识，确保乘客“黄金周出行的安全，提高长途客运的 服务水平。 由此可见，在长途班车、旅游客车、危险品运输等车辆上安装车载g p s 卫星 定位系统后，通过中心监控系统可以对车辆进行实时监控，对管理部门监督驾驶 员超速行车、疲劳驾驶、提高运输生产组织水平等具有积极的辅助管理作用；同 时监控中心可对正处于超速、抛锚等情况的长途营运车实施报警功能，降低交通 事故的发生率，提高运输生产安全具有积极的意义。目前基于g p s g p r s g i s 的 车载g p s 监控平台已被相关管理部门和企业所认识并正在积极推广应用中。 基于g p s g p r s g i s 的车载g p s 动态监控平台就是以g i s 作为基础信息系 统平台，以g p s 作为车辆定位手段，以g p r s 作为数据传输手段的车辆监控系 统，是一个集g i s 、g p s 和g p r s 技术于一体的智能交通信息系统。 本文依托“2 0 0 7 年四川省青年软件创新工程专项，笔者将g p s 定位数据、 g p r s 模块与g i s 系统有机结合，设计出结构化的数据库。在分析现有车辆监控 系统的基础上，笔者将w r e bs e i c e 技术融入到传统车辆监控平台中，并在设计 与实施的过程中，对g i s 平台架构、空间数据挖掘等关键问题进行了重点性研究 与探讨。 车载g p s 动态监控与智能交通平台的成功开发，将大大提高车辆运行的安 全性，增强处理突发事件的能力；增强客、货运输业的竞争能力，有效降低车辆 空载率，提高车辆的运营效益，具有显著的社会效益和经济效益。 1 据四川科泰智能电子有限公司车辆行驶记录仪行业调查报告 2 第1 章引言 1 3 国内外研究现状及发展趋势 1 3 1 国内外研究现状 车辆监控调度系统是智能交通系统( i t s ) 的重要组成部分，智能交通系统 就是在以车辆监控基础上发展起来的。i t s 是将通信、导航、控制和计算机等现 代信息技术集成应用于交通运输领域，加强人、车、路三者之间的联系，从而形 成一种实时、准确、高效的智能交通系统。总体来说，自上世纪8 0 年代中期， 美、英、以色列以及r 本相继在这方面的做了研究工作，推出了几种定位技术方 案及相应的产品，我国研究车辆监控调度系统也有十几年，下面就从三个方面进 行阐述。 ( 1 ) 在发展历程方面 在国外，同本是当今车辆监控与导航系统和智能交通系统发展最为成功的国 家之一，它的研究计划始于1 9 7 1 年的综合车辆交通控制系统( c o m p e r h e n s i v e a u t o m o b i l et r a 伍cc o n t 】的1s y s t e m ，c a t c s ) ，8 0 年代，同本生产了配有彩色显示器 并使用c d r o m 存放数字地图和基于无线通讯技术的自主式引导系统。此后随着 g p s 、地图匹配、语音引导等新技术的应用，各种各样的车载监控与导航系统产 品被推向市场乜1 。1 9 9 9 年底，日本国内装有导航仪的车辆已经超过5 0 0 万台， 2 0 0 0 年同本的车载g p s 导航产量到达2 0 0 万套，年增长率为3 3 3 。此外，新 加坡三大出租汽车公司也已经完成了卫星定位组网工程。 在欧洲，2 0 世纪8 0 年代名为c a r i n 和e v a 的车辆导航系统先后推出。 c a 对n 是第一种使用c d r o m 存储数字地图的导航系统，它使用推算定位和地 图匹配技术，并采用彩色显示地图；e v a 早在1 9 8 3 年就成功地进行演示，除了 推算定位和地图匹配技术外的，它还可以用图形化指令和合成语音为司机提供路 径引导。2 0 世纪8 0 年代中期，两项智能交通系统试验计划先后开展：欧洲高效 交通及安全系统规划( p r o g r a m m e rf o rae u r o p e a i lt 斌i cw i t l lh i 曲e s te 伍c i e n c ya 1 1 d u n p r e c e d e n t e ds a f l e t y ) 和欧洲红外道路交通安全体系( d e d i c a t e dr o a di n f r a s 仃u c t l j r e f o rv e m c l es a f e t yi ne u r o p e ，d 砌v s e ) 开始在欧洲大规模实施。进入2 0 世纪9 0 年代中期开始，p r o m e t h u s 演变为欧洲交通系统规划，而d v s e 也变成了 交通电信技术应用规划，主要开发电信技术在交通系统及坏境中的应用项目口1 。 在国内，从上世纪9 0 年代初期开始，我国车辆监控与调度系统应用进入了 起伏而缓慢的发展道路。1 9 9 仁1 9 9 5 年间是第一波，当时有上百家公司争相 抢占g p s 车辆跟踪系统市场，其中有几家具备经济实力的公司，但真正成功者 不多，究其原因一是市场尚未形成，用户还没有迫切需求；二是技术途径尚不完 成都理：1 ：人学硕士学位论文 善，还达不到商品化程度的产品。此外当时国内通讯手段不够先进，满足不了系 统定位信息交换的需求。现在，随着中国移动的g p r s 网络和中国联通的c d m a 网络的建成，以及美国国防部取消对g p s 的s a 政策，为我们研制新一代的车辆 监控与调度系统提供了良好的契机心1 。 经过多年的发展和培育，我国g p s 车辆监控市场现在已进入规模发展时期， 尤其是从2 0 0 6 年开始，北京市奥运及物流配送推动的g p s 车辆跟踪市场的发展， 同时几家大公司进入这一行业，若干较为成熟的产品推向市场，各城市的公交车 和出租车项目有所启动，特别是长途运输车辆的监控应用项目的实施，车辆监控 市场将有可能出现爆发性增长的势头。以长途运输为例，我国有4 3 0 万辆货运车 和1 7 0 万辆客运车，这是g p s 在物流运输管理上能发挥重大作用的领域，其应 用市场需求迫切，潜力巨大。从实际情况来看，近年来我国运输市场持续升温， 各种物流系统均显示出对g p s 车辆监控管理系统的明显需求。 ( 2 ) 在技术应用方面 据欧美国家的i t s 应用统计，国外车载g p s 应用系统大多是以g p s 为基础 的道路导引车辆导航系统，并占据了全部i t s 用户支出的2 9 h 1 。而国外g p s 车辆监控系统的大体发展分为两大流派：美国派和欧洲派。美国派主张利用各种 无线网络，如常规( v h f 加h f ) 、集群( t n m k e di 硼i o ) 、卫星通信系统和标准的蜂 窝网或c d p d ( c e l l u l a rd i g i t a lp a c k e tda ：t a ) 等手段；而欧洲派则主张采用 g p s g s m 系统5 1 。 国内车载g p s 应用系统从技术方向上，主要包括车载g p s 监控系统和车载 g p s 导航系统。由于通信上的技术瓶颈，国内车载g p s 导航系统发展相对缓慢， 部分系统以移动端存储特定地区电子地图的方式提供简单的区域导航功能，电子 地图数据的实时更新尚难以实现。现在国内的车载g p s 应用系统多数为车载g p s 监控系统。 ( 3 ) 在软件产品方面 目前，很多国家投入大量的人力、财力进行车辆导航与监控系统的研究和开 发，其中做的比较成功的系统有法国雷诺的c a 珊i n a t 车辆定位与调度系统；美 国g e n e r a lm o t o r 公司研究实验室研制的t r a v t e k 车辆定位与调度系统；日本 s u m i t o m o 电子公司研制的c r u i s e m a t e 汽车电子导航系统及v i c s 系统；德国 的a l i s c o u t 系统以及国内灵图公司推出的s m a n g p s 产品1 。 1 3 2 存在问题分析 上述系统在定位和监控方面的共同特点是能够提供精确、连续的车辆定位， 定位与调度系统的稳定性和可靠性也比较高。然而，现阶段国内还存在许多阻碍 车载g p s 监控系统发展的技术问题，笔者总结如下： 4 第1 章引言 ( 1 ) 各类相关产品，特别是中心软件产品无相关的国家标准可以参考，各 g p s 应用系统提供厂商各自规划研发，中心系统之间，移动终端之间，中心系统 与移动终端之间很难做到系统功能和技术指标上的真j 下兼容。这样就整个车载 g p s 行业而言，很难形成系统、产品的规模化，更难做到市场上的良性竞争，也 很难做到对应用系统质量和售后维护的有效控制，不利于用户的比较选型。 ( 2 ) 电子地图依然是制约车载g p s 应用系统应用发展的瓶颈。目前，我国 各系统提供厂商大多使用自己开发制作的电子地图。这些电子地图内容各异，一 般相互不兼容；由于保密、主权、产权等方面的原因，电子地图的制作要受到诸 多限制：其制作成本高，周期长，难以适应城市建设发展较快的客观情况，造成 地理信息难以适时颁布，这已成为车载g p s 应用系统在各领域推广应用中的首 要技术瓶颈。目前，国际上制作电子地图通用的标准是i s o 制定的g d f 4 o 。美 国、日本根据此标准制定了自己国家标准，它们的电子地图生产也基本遵循了 g d f 4 o 规范。i s ot c 2 0 4 小组正对g d f 4 0 进行扩展编辑工作，即将发布最新的 x g d f 标准。 ( 3 ) 在实施上，各地区缺乏统一的规划，重复建设现象较为普遍，资源率不 高。对于一定区域的专网g p s 系统而言，系统需要占用一定数量的无线电频率资 源，如果没有统一规划，每建立一个系统，就要占用一些频率资源，而在地区和 行业重复建设，频率资源不能共享，将会造成无线电频率资源的浪费，在一定时 期后可能出现无可用频率的现象。更严重的是如果频率使用的不合理，有些系统 可能对民航通信和其他通信系统的正常通讯造成严重干扰，给国家财产和人民的 生命安全构成巨大威胁。 ( 4 ) 无线数据传输的时间延迟。目前，车辆监控调度系统中车载终端与监控 中心之间通讯链路多数已经过渡到g p r s c d m a 上，但是当监控车辆较多时， 仍不可避免的产生时间延迟，从而导致监控中心收到的车辆监控数据不能真实反 映移动车辆的实时状态。 ( 5 ) 定位精度问题。目前为解决g p s 信号遮挡及无基准站时定位精度问题， 通常采用的方法是结合航位推算( d r ) 技术来解决信号遮挡问题，但由于惯性 传感器的误差累积及监控目标移动的不规则性( 如轮胎打滑) ，因此信号遮挡时 间越长时航位推算技术误差就越大。而在高楼林立的城市，信号遮挡成为一个不 可避免的问题。 ( 6 ) 国内产品功能不丰富，大部分是g i s 功能单一、结构简单的低端系统。 纵观我国现用的车载g p s 监控系统的应用，在系统功能上主要包括定位、报警、 调度等三大类。g i s 往往作为一种电子地图的展示手段，功能仅限于地图显示查 询、g p s 点位显示、简单的路径分析等，对g i s 空间分析功能挖掘不够。 ( 7 ) 监控平台的构架模式不够完善。一般来讲，实现车辆跟踪监控可以采用 成都理：i ：人学硕士学位论文 客户机服务器模式( c s 模式) 或浏览器服务器模式( b s 模式) 来开发。由 于受当时的软硬件环境的限制，此前开发的一些系统大都采取c s 模式开发， 即是以面向对象的程序设计语言( 如s u a lb a s i c ，s u a lc + + 等) ，基于g i s 控 件来开发实现的。采用c s 模式各具利弊，如开发成本较高、对客户端软硬件 要求较高、移植困难、维护复杂、升级瓶颈等，这对于那些用户群体不固定( 比 如在平台上进行注册就可以进行跟踪的物流公司的车辆) 的监控应用来说有诸多 不便。随着各种技术，尤其是w e b g i s 的发展，给监控系统采用b s 模式开发 创造了很好的条件。然而对于复杂的g i s 空间分析，b s 模式难以实现。基于此， 目前应用平台构建多采用c s + b s 模式，但此模式一则搭建系统过程复杂、组织 管理困难；二是对于特定应用项目既要处理基础空间数据与专题属性数据，又要 重复编写代码，造成人力、财力的巨大浪费且项目开发进度缓慢。 1 3 - 3 发展趋势 在国外，g p s 车辆导航系统正在从长途卡车公司业已确立的地位向运输市场 的新部门过渡。这些部门如商业车辆、旅游车、公交车、私人豪华轿车等。目前， 该系统在长途运输业中的深入程度已超过2 0 。进入2 l 世纪后，由于流动性成 为职业生涯中正在增长的共同特点，人们对“虚拟办公室”的兴趣同益递增。在 这一变化的工作环境下，i t s 产业预计将对车载用户产品提出更为迫切的要求。 在国内，随着乘用车市场销售量及保有量逐年激增，中国的g p s 市场潜力也 j 下在吸引众多厂商的目光全国3 0 0 0 万的汽车保有量、仅2 0 0 6 年上半年乘用 车销量就超过3 0 0 万辆。面对如此广阔的随市场，国内车载g p s 动态监控平台亦 逐渐运用到广大商业车辆及私家车辆当中。此外随着电子技术的不断发展和消费 水平越来越高，汽车用户对现有的车载电子产品已经不在满足于如今仅有的单一 功能或是几个产品简单的功能设备组合。如何将这些功能有机的结合起来，做成 一个完善的车载电子系统，提供多位一体的智能平台，已成为车载电子产品的发 展趋势和消费者的呼声。将逐步成熟的w 曲s e r v i c e 技术引入车载智能平台之中 将是一个重要的研究方向。 1 4 研究思路 车载g p s 动态监控与智能交通平台主要由车载终端、监控中心系统和数据中 心系统三大部分组成，如图1 1 所示。 6 第1 章引言 图卜1 技术路线图 f i g 卜1r o u t ec h a r to ft e c h n o i o g y 车载终端由汽车行驶记录仪( k e t - 9 l ) 、g p s 接收和g p r s 通信三个模块组成： 汽车行驶记录仪模块负责记录和控制车辆行驶过程中的速度、刹车、转向、油门、 喇叭等状态信息；g p s 模块负责接收g p s 卫星定位信息；g p r s 模块负责向监控系 统远程无线发送机车状态信息、g p s 定位信息和接收监控系统发送的反控命令。 监控系统是一个中心控制平台，它基于g i s 平台，集中管理、监控所有在线 车辆和发布信息服务。车辆管理包括所有汽车信息的查询、修改，根据车辆当前 位置计算最优路径等；车辆监控包括接收车载终端发回的车辆状态信息和向车辆 发送反控命令等。 数据中心系统是一个高度集成化的数据管理台，它由基础空间数据库、车辆 信息数据库和消息数据库三个主要部分组成。数据中心系统向监控系统提供所有 信息服务所用到的数据。 1 5 论文研究主要内容 1 5 1 数据库设计与建设 数据是一个系统的核心。根据车载g p s 动态监控与智能交通平台建设的需求 7 成都理i ：人学硕+ 学位论文 和目标，系统数据包括地理空间数据和非空间数据以及实时g p s 数据，因此建立 了三个数据子库分别是地理空间数据子库、属性数据子库和g p s 消息数据子库。 上述三个数据库，在逻辑上是相互独立又相互联系的，在数据库建设中，将 三个数据库一体化，是此次数据库建设中的一个重点。三个数据库的数据内容皆 以表的形式存放在关系数据库( s q ls e r v e r ) 中，以空间数据引擎s d e 为中间件， 通过它从关系数据库中读取和存储地理空间数据。 1 5 2g p s 车辆管理模块 此模块主要从车辆的定位、跟踪方面进行管理，对被监控车辆接收移动端发 来的位置、速度等信息以图形方式显示在地图上，并以文本方式做详细记录；依 据记录的数据在需要时进行回放，回放功能的设计上包括开始、暂停、继续、结 束四个状态。另外还包括基本的车辆信息查询处理功能，如车辆信息查询、驾驶 员信息查询、车辆监控查询、车辆调度等。 1 5 3g i s 分析管理模块 此模块主要在a r c e n g i n e 基础上集成二次开发，除了实现g i s 的基本功能， 如地图放大、缩小、漫游、查询、距离测量等，还将实现g i s 空间分析功能，重 点突出交通事故分析功能、路径规划功能、紧急援助功能、行车安全管理功能等。 交通事故分析功能指利用系统中保存的车载g p s 信息，可将曾经发生过的交 通事故重现出来，管理人员可根据当时车辆的行驶路线、方向，速度等得出事故 发生的原因，加快事故的确认和处理，使受阻的路段尽快恢复通行，提高道路交 通运营能力。路径规划功能指输入起始点、终止点、要经过的地点或者路段，系 统计算出符合使用者要求的路径供用户参考，并且在行驶过程中提示用户行驶方 向。行车安全管理功能指通过对g p s 位置信息的显示分析，能对道路上一些不 安全的行为进行记录，以便事后及时处理与纠正。 1 5 4w e bs e r v i c e 技术 w e bs e r v i c e 技术，采用) 【m l 语言的协议来描述要执行的操作或者要与另一 个w e b 服务交换的数据，转向了松耦合应用程序。由于w e bs e r v i c e 技术是在近 几年才发展成熟，所以以往的车辆g p s 监控系统对w e bs e r v i c e 技术运用不多。 本文进行尝试性研究，拟将w e bs e r v i c e 技术融入到传统车辆监控平台中。 8 第1 章绪论 1 6 论文章节组织 本文是在前人研究的基础上，通过深入理解与思考信息化技术在智能交通行 业的应用特点，将现行的g i s 技术、g p s 技术、g p r s 、海量数据库技术、i n t e r n e t 技术等多学科的知识综合，利用s q ls e v e r 2 0 0 5 、a r c s d e 对车辆信息数据进行建 库，前期工作主要准备车载终端、相关数据的收集处理及建库，后续的工作将主 要涉及核心功能模块的研究与关键技术的运用。本文的章节安排如下： 第一章：前言 主要介绍论文的研究背景及意义、国内外相关研究现状及发展趋势、本论文 的主要研究内容及研究思路。 第二章：车载g p s 监控平台集成原理 本章主要介绍平台构建所运用的定位技术、数据通讯技术、车载终端及g i s 技术在车辆监控中的应用，最后阐述了各种技术如何集成为车载g p s 监控平台。 第三章：车载g p s 监控平台数据库建设 主要介绍车载g p s 监控平台数据库的构成情况，包括：需求设计、系统目标 与设计原则、数据库特性及设计原则、数据库软件选择和数据库详细构成。 第四章：车载g p s 监控平台设计 对车载g p s 监控平台搭建的具体实施情况做一详细介绍，内容主要有：系统 设计原则与具体结构设计、系统的工作流程以及系统功能的具体设计实现。 第五章：车载g p s 监控平台软件实现 对车载g p s 监控平台软件开发环境进行介绍，并重点阐述平台中关键的子系 统的设计实现。 第六章：监控平台前沿问题初探 分析了主流车载g p s 动态监控平台的构架，指出了平台基于w e b g i s 技术的 局限性，阐述了w e bs e r v i c e 应用于车载g p s 动态监控平台的可行性。 第七章：结论与讨论 对全文进行总结概括，对实施过程中的一些新的进展做一简要介绍，提出目 前研究中还存在的问题并对今后的工作提出一些参考建议。 9 第2 章车载g p s 监控平台集成原理 第2 章车载g p s 监控平台集成原理 作为车载g p s 监控平台，关键是解决定位数据的采集与传输、动态显示车 辆运行轨迹等问题。因此研究定位技术、通讯技术及g i s 技术在车载g p s 监控 平台中的运用具有重要意义。 2 1 车载g p s 监控平台中的g i s 应用 2 1 1 地理信息系统与心c g i s 地理信息系统( g e o g r 印h i ci n f o m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是在计算机硬件、 软件系统支持下，对整个或部分地球表层( 包括大气层) 空间中的有关地理分布 数据进行采集、存储、管理、运算、分析和可视化表达的信息处理与管理系统h 1 。 在g i s 支持下，提供给使用者的信息产品不再局限为简单的文字和数据，还 有一幅幅空间矢量图形或栅格图像。地理信息系统中空间数据是分层的，各个层 单独保存，可单独访问，方便修改和管理。地理信息系统可以使用各种坐标系统， 可以自定义独立的坐标系统，也可以采用全球统一的坐标系统。此外，利用地理 信息系统的空间分析和统计运算功能作为决策支持系统的平台，能对已有空间和 属性信息进行加工处理，得出科学的结论，避免因人而异的主观随意性，有利于 科学推断和决策。 目前，市场上商用的地理信息系统软件比较繁多，例如a r c i n f o 、m 印i n f o 、 m a p g i s 、s u p e r m a p 等。然而，其中最为成熟的仍属e s 对公司的a r c g i s 产品 系列。 a r c g i s 家族是建立在工业标准上的完整的g i s 软件产品体系，不仅易学易 用，而且功能强大。心c g i s 体系的建立，是e s r i 软件发展史上重要的里程碑。 它除了具有地图生产、高级特征建构工具、动态投影、将矢量和栅格数据存储在 数据库管理系统( d b m s ) 中等基本特征外，互联网技术的应用还使a r c g i s 拥 有了许多绝无仅有的特性聃1 。其体系结构如图2 1 ，图2 2 所示。 a r c g i s 9 系列是基于一个共享的公共库a r c o b j e c t s ，主要包括了以下4 个内 容： 桌面g i s ：一系列g i s 高级应用程序； 嵌入g i s ：嵌入g i s 包括了一个可以用c + + 、c o m 、n e t 、j a 、，a 来开 发应用程序的组件库； 服务端g i s ：一组共享程序库，可用来开发运行于企业和w e b 计算环境 中服务端程序；同时支持基于s o a p 的w | e bs e i c e s 、基于n e l a s p l o 成都理j 1 ：人学硕士学位论文 的互联网程序和j a v a j s p 这三种开发环境； 移动g i s ：利用开放的互联网协议来进行地图、数据和元数据的发布。 雪星囊拜鐾j 蕤一易。一。? 一 j 婴蓬巨爿鹾腿霎 禽黧罐量篓萋l 离醺纛基。i 图2 1a r c g i s9 的体系结构1 f i g 2 1t h ef r a m e w o r ko fa r c g i s 9 其中，a r c g i se n g i n ed e v e l o p e rk j t 是一个组件式2 的g i s 软件开发工具。它 可以帮助用户开发g i s 或者制图的应用程序产品，并进一步帮助用户进行软件分 发。a r c e n 西n e 由d e v e l o p e rk i t 和r u n t i m e 两大部分构成。a r c g i se n 西n e d e v e l o p e r 鼬t 并不是提供给最终用户的产品。他专门帮助开发人员进行应用程序 的开发。e n g i n e 的核心功能是a r c o b j e c t 所提供的。a r c o b j e c t 能够提供多种语 言的接口( n e t ，j a v a ，c o m ，c + + ) 。a r c g i se n g i n e 可以在多个操作系统中开发 各种类型的g i s 应用程序旧1 。 a r c g i se n g i n e 作为一种高阶的开发组件，其允许开发者在客户化的环境中 获取并利用a r c g i s 的功能。客户化环境可以是一个已有的应用程序，也可以是 一个自主开发的独立应用程序。为了达到这个目标，e s r i 为开发人员提供了制 图控件和框架控件。制图控件是主要实现数据的绘制，交互和分析功能的可视化 控件。具体包括：m a p c o n 仃o l ，p a g e l a y o u t c o 蛐r o l 和s c e n e c o n n i o l 。框架控件是 1 图2 1 据a r c g i s 用户手册 2 组件式：组件就是对象，是对数据和方法的简单封装。组件可以有自己的属性和方法。属性是组件数据 的简单访问者。方法则是组件的一些简单而可见的功能，使用组件可以实现拖放式编程、快速的属性处 理以及真正的面向对象的设计。 l l 第2 章车载g p s 监控平台集成原理 与制图控件协同工作的可视化控件，包括t o o l b a r c o n t r 0 1 和t o c c o n t r o l 。如果 与m a p c o n t r o l 协同工作，t o c c o n t r o l 可以显示地图文档的内容且能够迅速控制 图层的可见性。t o o l b a r c o n t r 0 1 包含一系列的命令和工具，可以与可视化控件 及数据进行交互。如工具栏包含的导航命令允许用户进行放大、缩小或者漫游地 图等。 a r c a i s c i k n t a p p 精c ：甜o ，1 s r v 尊r 事 霜 p 。嚣。o l i a r c o b j c t 图2 2 基于a r c o b j e c t s 的a r c g i s9 产品示意图3 f j g 2 2t h es k e t c h 哟po fa r c g i s9b a s e do na r c o b j e c t s a r c g i se n g i n e 开发包包括三个关键部分：控件、工具条和工具及对象库。 控件是a r c g 工s 用户界面的组成部分，你可以嵌入并在你的应用程序中使用。例 如：一个地图控件和一个内容表控件可以加在应用中来展示和交互式运用地图。 工具条是g i s 工具的集合，在应用程序中用它来和地图和地理信息交互。如，工 具包括：平移、缩放、点击查询和与地图交互的各种选择工具。工具在应用界面 上用工具条的方式展现。通过调用一套丰富的常规的工具和工具条，建立定制应 用的过程被简化了。开发者可以很容易的将选择的工具拖放到定制应用中或创建 自己定制的工具来实现与地图的交互。对象库是可编程a r c o b j e c t s 组件的集 合，包括几何图形到制图、g i s 数据源和g e o d a t a b a s e 等一系列库。在w i n d o w s ， u n i x ，和l i n u x 平台的开发环境下使用这些库，程序员可以开发出从低级到高级 3 图2 2 据a r c g i s 用户手册 1 2 蘑丫 ；一懿髫f 黑 成都理i ：大学硕士学位论文 的各种定