（通信与信息系统专业论文）基于web的gps监控系统设计与实现.pdf

浙江工业大学硕士学位论文 基于w e b 的g p s 监控系统设计与实现 摘要 随着我国经济的快速发展及城市规模的逐渐扩大，汽车已相当的普遍，它已成为我们 工作和生活中常用的一种交通工具。虽然到目前为止国内开发的g p s 车辆监控系统已经很 多，然而基于w e b i n 把m e t 方式的却并不多见。g p s 技术能应用在移动目标的定位、指挥、 调度、和监控，具有很大的发展潜力，在这种形势下，研究与设计该种g p s 监控系统非常 有意义。 本文对基于w e b 的g p s 监控系统设计与实现包括两部分，分别为设备端部分和服务 器端部分。前者在构建的l i n u ) 【软件平台上，利用操作系统资源设计应用程序，实现g p s 数据的获取与处理，同时根据射线法来判断当前的g p s 经纬度是否在服务器端下发的封闭 区域内，并与服务器端相结合实现车辆区域越界报警。后者则是以p 灿o n 开发的w e b 框 架d j a i l g o 为基础，利用开源的j a v a s c r i p t 框架e x t j s 搭建整个架构，后利用j q u e 巧的a j a x 功能，把该车辆对应的i d 发送到后台服务器中，通过操作附h o n 与数据库的接口查询该 车辆对应的经纬度信息并发送至图吧，图吧返回描述地理位置信息的x m l 数据，服务器 端解析这些数据，最后加载图吧的a p i 接口把该点对应的地理位置标注在地图上，实现车 辆的定位。 本文提供了一套切实可行的具有实时监控能力的g p s 监控系统设计方案。它可在智能 交通中担负起重要的作用，同时还可以提供车辆的跟踪，物流车辆调度等多种服务。 关键词：g p s 定位，嵌入式系统，由a n g o ，e x l i s ，a i a x 浙江工业大学硕士学位论文 d e s i g na n dr e a l i z a t i o no fg p sm o n i t o r i n g s y s t e mb a s e do nw e b a b s t r a ct w i t l lt h er a 西dd e v e l o p m e n to fc h i n a se c o n o m i ca 1 1 dt h e 黟o 、i n gs i z eo fc l l i 衄sc i t i e s ，c a r h a sb e c o m et h em o s tp o p u l a rm e a i l so f 咖s p o ni np e o p l e sw o r ka i l dl i f e t h e r ea r eal o to f g p sv e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e mt 1 1 a td e v e l o p e do nt 1 1 ed o m e s t i cs 0f 矗r b u tt 1 1 em o d et h a tb a s e d o nw e b 厂【n t 锄e ta r ef e w g p st e c m o l o g yh a sg r e a td e v e l o p m e n tp o t e 】f i t i a la 1 1 d 谢d e l y 印p l i c a t i o n i i lm 锄ya r e a l s ，s u c ha st h ep o s i t i o n i n g 、m o n i t o r i n 昏s c h e d u l i n go ft l l em o v i n gt a r g e t i i lt l l i s s i t u a t i o n ，r e s e a r c ha 1 1 ds o 小a r ed e s i g nt h i sg p sm o i l i t o r i n gs y s t e mi sm e a n i n g 如l l y i nt h i sp 印e r w ed i v i d et l l ed e s i g i l 锄dr e a j i z a t i o no fg p sm o i l i t o m gs y s t e mb a s e d0 nw e b i n t ot w op a r t s ，o n ei sa ：b o u tt 1 1 e 铡曲i e d d e de q u i p m e n ta n dt 量l eo m e ri sa ：b o u t 也es e r v e 卜s i d e 1 1 l ef o n n e ru s et t l eo p e r a t i n gs y s t 锄r e s o u r c e st 0a c l l i e v et h ea c q u i s i t i o n 觚d p r o c e s so fm ed a _ t ao fg p so nt l l e l i n u xs o r w a r ep l a t f o m l ，a tm es 锄et i m e ，、eu s er a y a l g o r i t t l r nt 0d e t e m l i n e 、7 l ：h e t l l e rt ：h el a | t i m d ea r | 【dl o n g i t u d eo fm ec 眦e n tg p s i si nt i l ee n c l o s e d a r e a 、v ：h e r ei st h es e r v e r s i d ei s s u 【e d ，b yc o m b i n a t i o no ft l l es e r v e r - s i d ew ea c h i e v e dt l l ea l e r to f n l ec a r 、) l 幅c ho u to ft l l eb o u n d s 1 1 1 el a u | e rb a s i n gw e b 鼬n e w o r kd j 锄g ow h j c hd e v e l o p e db y p y t h o n 嬲f o u n d a t i 0 1 l u s i n gj a v a s c r i p tf 锄e 、0 r ke x t j sw i l i c hw 嬲o p e n s o u r c et ob u i l dt h e 朗t i r c s 仇l c t u f e ，m e nw eu s i n gt l l e f m l c t i o no fj q u e r y sa j a xt 0s e n tt l l ei dw h i c hw 硒 c o n e s p o n d i i 培t 0t l l ev e l l i c l et ot h cb a c k g r o u r l ds e r v e r ，a r e rn l a tw eq u e d rt l l e l a t i t u d ea n d l o n 百t u d eo ft l l i sv e l l i c l em o u g ho p e r a t i o nt l l e i n t e a c eo fp y t l l o n 锄dm y s q ld 龇a b a s e ，m e i i l f o n n a t i o no ft h ev e h i c l e 、杭l lb es e n tt 0t h em 印b a r ，i nt l l eo t h e rs i d e ，m 抽a rr e t u mx m ld a t a 砌c hi sa b o u tm ei n f 0 m a t i o no fg e o 伊a p l l i c a lp o s i t i o n w h e i lw el o g i i lt l l ew e b s i t e ，t l l es e e r 、i 1 1 p 孤氍恤d a t aa i l db yl o a d 也em a p b a r sa p ii n t e m c ew em 破e d 此p o i n to f 龇 c o 仃：s p o n d i n gv e h i c l e sg e o 矿印h i c a jp o s i t i o n 0 nt 1 1 e m a p ，t 1 1 u s ，、ea c l l i e v e n l ev e h i c l e s l o c a l i z a t i o n 浙江工业大学硕士学位论文 t i l i st h e s i sp r 0 v i d e sap r a c t i c a lg p sm o i l i t o r i n gs y s t e m 州t i lr e a l - t i m em o l l i t o r i n gf e a t u r e s t 1 1 i ss o 讯v a r ec a nn o to n l yp l a y 锄i m p o r t a n tr o l ei i li n t e l l i g e n tt r a m s p o 眦i o ns y s t e m ，b u ta 】s 0 p r o v i d ev e k c l e 仃a c k i n g ，l o g i s t i c sv e h i c l es c h e d u l i n ga n dm a n yo t h e rs e r v i c e s k e yw d r d s ：g p sp o s i t i o 血r 培，e m b e d d e ds y s t e m ，d j a n g o ，e x 巧s ，匈a x 浙江工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景与意义 改革开放三十年来，我国国民经济飞速发展、市场经济体制逐步建立，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，城市建设日新月异。但是随着人口数 量的快速增长，人们使用交通工具频率的迅速上升，道路增长已跟不上车辆的增长，交 通供需之间的矛盾一天天加剧，交通流量跟以往已经有个明显的上升，特别是在一些经 济比较发达的地区，如美国、日本、中国东部等，道路堵塞、交通拥挤和频繁事故的发 生已经严重影响了人们的正常生活。 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，除了兴建必要的道 路、完善路网布局以及加强对现有车辆系统的管理外，从长远的眼光出发，必须更新思 路，替代那些管理手段、服务方式、通信设施等比较简陋的对城市公共交通进行控制和 管理的方法，而采用现代信息技术对传统运输系统进行改造，最后形成一种信息化、智 能化、社会化、自动化的新型交通运输【l 】。 本文研究与实现的基于w e b 的g p s 监控系统，能够实现车辆正常运行状态以及离 线状态的查询，能实时查看车辆的地理位置，并能结合图吧( m a p b a r ) 实时的在地图上标注 车辆，同时能查询车辆的行驶速度、方向、里程、油耗等，并能根据车辆的当前g p s 信 息给出是否越界的报警提示。这些功能的实现是在g p s 监控设备完善的基础上结合定位 技术和移动通信技术，将车辆的运行状况等信息及时的反馈给系统平台，系统平台将获 取到的信息进行处理，从而实现车辆的管理和调度。 在一些常用的车辆上安装g p s 监控系统设备端后，监控调度中心系统就可以对车辆 进行实时的监控；同时监控调度中心可对正处于抛锚、超速、越界等情况的车辆进行报 警功能，这样可降低交通事故的发生率，对提高交通安全具有积极的意义【2 】。利用车辆位 置跟踪和车辆报警，可以有效减少车辆抢劫，被盗事件的发生，在机动车被盗抢日益严 重的今天，实施安装车辆g p s 防盗系统对社会治安、经济发展都有重要的意义。 现在的国际观察机构普遍认为，2 1 世纪的中国将成为全球最大的信息技术市场，因 此，将车辆监控系统应用于我国的交通运输行业具有重要的意义，可以提高交通运输的 安全性及可靠性、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【3 1 。 1 浙江工业大学硕士学位论文 1 2 g p s 监控系统国内外研究现状与发展趋势 g p s 监控系统是结合了g p s 技术、无线通信技术( g s m g p r s c d m a ) 、图像处理 技术及g i s 技术，用于对移动的人、宠物、车及设备进行远程实时监控的系统。它由g p s 终端、传输网络和监控平台三部分组成，g p s 终端是g p s 监控系统的前端设备，一般安 装在车辆内，对该车辆进行位置及相关状态检测监控。监控平台是远程调度指挥系统的核 心，作为可视指挥和监控管理平台，对所有现场的车辆进行监控，实现音频和视频的双向 交互，监控中心的电子地图上可以显示车辆所在的直观位置，并通过无线网络对车辆进行 监控设置1 4 】。同时可实现监控中心对可控范围的运营车辆进行实时、集中、直观地监控和 调度指挥。传输网络主要用于g p s 数据的上传，并与g p s 终端进行双向数据通讯及g i s 电子地图服务。 g p s 监控系统是i t s 实施中涉及的一个主要应用系统，在国外已经应用比较广泛， 技术最发达的国家是美国、日本和欧洲。在日本，2 0 0 0 底，装有g p s 设备的车辆已超过 7 0 0 万台，现在这个数字肯定是以指数的形式增长，它们为驾乘人员提供很多的便利信息， 其中有相当大的一些设备已经与先进的通信资讯系统相结合，提供实时的关于道路的交通 障碍信息i5 | 。美国的i t s 起始于6 0 年代末期的电子路径导向系统( e r g s ) ，中间停顿了 1 0 多年，8 0 年代中期加利福尼亚交通部门研究的姗f 玳d e r 系统获得成功，此后开 展了一系列的这方面的研究。1 9 9 0 年美国运输部门成立智能化车辆道路系统( i v h s ) 组 织，1 9 9 1 年国会又成立了综合地面运输效率方案( i s t e a ) ，以从根本上解决非效率、混 杂、能源浪费和交通事故等各种问题【6 】。欧洲国家的政府和企业界于1 9 8 6 年开始了名为 尤里卡的联合研究计划，旨在建立跨欧的智能化道路网。1 9 8 8 年欧洲又在1 0 多个国家投 资5 0 多亿美元，联合执行了一项旨在完善道路设施，提供服务质量的d 对v e 计划，现 在已经进入第2 阶段的研究开发工作。计划中包括许多具体项目，如建立全欧“交通服务 无线数据通信网”、“自动道路和驾驶系统 、“跨欧道路交通系统”以及“交通信息系统 笔【7 】 寸。 在我国，g p s 监控系统起步比较晚，在2 0 世纪9 0 年代初，才开始探索利用智能交 通手段解决城市交通这一难题，但是现在已经进入了规模发展时期。在北京、上海等城市 都已建立交通信号控制和电视监控系统以及交通事故、车辆和驾驶员的信息管理系统等。 很多国内知名企业如新科、上广电、康佳、华为、中兴等也纷纷推出了车载定位及监控产 品和开发计划【8 l 。从发展的趋势来看，g p s 监控系统的应用将越来越广泛，涉及到国民经 济的各个领域，将会很快成为2 1 世纪信息的重要来源，成为国家关键的基础设施。 2 浙江工业大学硕士学位论文 g p s 监控系统的良好发展必定能为智能交通系统( i t s ) 的发展做出巨大的推动作用 【9 】。i t s 是一种将先进的信息技术、数据通信传输技术、自动控制技术、计算机及图形图 像显示技术等有机的集成，应用于整个交通运输管理体系。它有很多的子系统，如a t i s 、 触m s 、a p t s 、a v c s 等【1 0 1 。i t s 的发展对公路交通产生的作用是非常明显的，如能提高 公路网络的通行能力、能提高汽车运输生产率和经济效益，并对经济社会发展的各方面都 将产生积极的效应、能提高公路交通的安全性，减少交通拥挤和堵塞，从而提高公路交通 的机动性及通过系统的研究、开发和普及，能衍生出一系列新的产业市场【l l 】。同时g p s 监控系统的良好应用是与g i s 密不可分的，g i s 是以地理空间数据库为基础，在计算机软 硬件的支持下，提供管理、决策等所需信息的技术系统【1 2 1 。现代交通的想要更加智能的 发展，是离不开g p s 监控系统的。 g p s 监控系统现在发展已经有一段时间，但也有它的发展趋势，未来将进一步向以 下几个方面发展【乃】： 数据传输更快。随着基础设施的建设和无线网络的普及，尤其是3 g 网络的发展， 网络的数据通信能力将进一步加大，而这将为g p s 监控系统的发展提供广阔的空间。 定位精度更高。随着g p s 监控应用越来越普遍与广泛，美国也在进一步的开发全 球定位系统的应用权限，提高其定位精度，适应全球发展的需要。未来的应用势必大大缩 减定位的精度。 附加功能更多。将进一步结合g i s 系统，提供语音播报、报警查询、历史轨迹的 查询及更加友好的管理界面，使得出行更加方便，交通监控更加有效。 1 3 本文研究的主要内容及结构安排 本论文以嵌入式平台为基础，应用定位技术与移动通信技术，并结合了网站开发技 术，实现了车辆的定位及车辆区域越界报警。文章的研究内容及组织形式如下： 第一章绪论部分主要提出了论文研究的背景与意义，同时给出了g p s 监控系统在国 内外研究现状与发展趋势。 第二章是设计与实现本课题的相关技术，首先阐述了g p s 监控系统的总体框架，接 着介绍了判定车辆当前g p s 在一个封闭区域内的理论基础；最后介绍了网站开发的知识， 包括开发语言啪n 及w e b 框架d j a n g o ，j a v a s 商p t 框架e ) 【t j s 。 第三章是设备端部分。首先给出了设备端的总体硬件框图，硬件设计以微处理 g m 8 1 8 0 为核心，外扩周边电路。接着介绍了删处理器和操作系统的选择、g p s 模块 浙江工业大学硕士学位论文 的接口电路及g p s 协议。之后是g p s 应用程序设计，包括嵌入式软件开发平台的搭建， 串口编程，g p s 模块数据解析。最后对g p s 模块数据的进行了应用，这也是g p s 监控系 统功能强大的关键。 第四章是监控系统服务器端软件的设计与实现。首先介绍了如何搭建及启动w e b 服 务器以及怎么发布一个服务器。接着给出了实现g p s 定位的总流程。之后对这个总流程 的每一个模块进行了设计与实现，包括表单模块的设计，管理主界面的设计，定位模块 的设计。同时还介绍了m a p b a r 的软件体系、如何加载m a p b a r 的a p i 接口以及如何绘制 一个封闭的区域实现区域报警。 第五、六章是调试、总结与展望。首先介绍了完成该课题所用的调试工具及方法，接 着对本文阐述的内容进行了总结，最后给出了论文可以进一步提高的地方。 4 浙江工业大学硕士学位论文 第2 章设计与实现基于w e b 的g p s 监控系统相关技术 本论文设计与实现的部分主要包括g p s 设备端及服务器端。设备端是利用嵌入式编 程技术实现g p s 数据的获取、分析和应用。服务器端的设计则是利用开源的w e b 框架 搭建一个网站，网站的搭建包括前后台开发技术，如w e b 框架d j a i l g o 、j a v a s c r i p t 框架 e x t j s 等。 2 1g p s 监控系统整体框架 g p s 设备端的应用场合很多，它可以结合很多的实例，比如结合车辆交通应用。典 型的g p s 监控系统结构图如图2 1 所示【1 4 】。它由卫星定位系统、车载终端、通信链路、 s i p ( s e s s i o n “t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 信令服务器及数据库服务器、个人远程监控( 包括电脑和 手机) 、导航终端等部分组成。这几个部分的功能分别如下： 车载终端通过g p s 模块接收卫星定位系统发送的定位数据，如车辆经纬度、速度、 方向等，计算出自身所处地理位置的坐标。并通过通信链路与s i p 信令服务器建立一个 双向数据通道。 数据库服务器通过i 1 1 t e m e t 或者局域网与s i p 信令服务器建立连接，把s i p 信令 服务器上的数据存储到本地，实现数据的永久保存。这些数据包括车辆的位置、状态、 报警信息等。通过数据库服务器可查询用户的原始档案，必要的情况下可把这些信息报 告给公安、交通等执法机构。 电脑监控终端通过i n t e 鼢姬t 可以与服务器建立连接，从而可以执行车辆的监 控、车辆的调度、车辆的管理、参数远程设置、电子地图操作、图片等信息交互功能。 同时通过网站的设计，建立b s 架构可实现车辆历史轨迹的查询，并把处理的信息与g i s 相结合，在浏览器上就能使我们直观的掌握移动目标的动态信息。 手机监控终端可通过无线网络与服务器建立连接，可实现随时随地对远程车辆进 行监控。 导航终端也可直接与车载终端相连，通过车载终端的数据接口为导航终端提供 g p s 数据，供车载导航终端导航。 5 浙江工业大学硕士学位论文 卫星 卫星 导航终端 图2 1g p s 监控系统结构图 s i p 用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话，是一个应用层的信令控制协议。 具体的应用、操作并不在本课题研究的范围之内。 2 2 射线法判断点在多边形内 当车辆在运行过程中，可以根据当前的g p s 经纬度来判断是否在规定的封闭区域内。 其实我们可以假定封闭区域为一个简单的多边形，所以判断车辆是否在一个封闭区域内， 就相当于判定点是否在多边形内。 一个点与多边形的关系有好多种，判断它们之间的关系典型的是采用射线法。该方法 的判断原理是从判断点向左方作一条射线，然后计算该射线与多边形每条边的交点个数， 如果没有交点或者交点个数为偶数，那么点位于多边形外部，如果交点个数为奇数，那么 点位于多边形内部1 1 5 】。对于一般的多边形，利用该判定规则是有效的，如图2 2 所示的( a ) 所示。但是也有例外的情况，如图2 2 中的( b ) 、( c ) 、( d ) 所示，则不能应用该方法。 6 浙江工业大学硕士学位论文 - - - - - p 3 ( a ) 一 一- - 一 p 3 (c)(d) 图2 2 点与多边形的关系图 - 挖 对于图2 2 中的( b ) ，是射线过顶点的情况，从p 1 、p 2 、p 3 分别作射线，则与该多边 形各边都有三个交点，如果按照前面所说的奇偶性来判断，则三个点都在多边形的内部， 但是p 3 却是在外面。这是需要采用另外的方法，首先定义一个规则：边的两个端点中相 对于边在上面的叫上端点，在边的下面的叫下端点，且当射线过下端点时认为射线与边 不相交。所以按照这个定义，p 1 过的顶点都是边的下端点，不能算作相交，因此p 1 与多 边形只有一个交点。p 2 过的顶点都是边的上端点，看做是射线与边的交点，因此p 2 与多 边形有3 个交点。p 3 过的顶点一个是一条边的上端点，一个是一条边的下端点，只能算 作一个，因此p 3 与多边形有2 个交点。按照这个定义规则判断之后，我们再根据奇偶判 断规则就可得出p 1 和p 2 在多边形内部，p 3 在多边形外面【1 6 1 。 对于图2 2 中的( c ) 是点在边上的情况，这时从图中可以看出，p l 与多边形有两个交 点，p 2 与多边形有无穷多个交点。显然用奇偶性来判断是不行的，因此在使用奇偶性来 判断之前，先应用其它的方法排除在边上的点。 对于图2 2 中的( d ) 是射线过水平边的情况，从图中可以看出p l 和p 2 与多边形都有 无穷多个交点，显然也不能用奇偶性来判断。但是如果我们略去水平边，再按照上面定 义的规则，则p 1 与多边形有一个交点，因为p l 有一个不能算作相交的下端点。p 2 与多 边形有2 个交点，因为p 2 也有一个不能算作相交的下端点。之后再按照奇偶判断规则即 可得出p 1 在多边形内部，p 2 在外部。 7 浙江工业大学硕士学位论文 2 3 开发语言p y t h o n p 灿0 n 到现在已经有十多年的发展历史，是一种面向对象的且具有解释性的计算机 程序设计语言，它具有脚本语言中最强大和最丰富的类库，一般可以在所有的操作系统 中运行1 7 1 。p 灿o n 是面向对象的，它的使用和发布是完全免费的，可移植且是可混合的， 能与其他语言编写的组件粘接在一起。 基于p 灿o n 语言的相关技术正在飞速的发展，用户数量急剧扩大，p 灿o n 自身的特 色决定了这一切。如可扩充性，新的内置模块可以用c 或c + + 写成，而我们也可为现成 的模块加上p 灿o n 接口，使用户将精力集中到所要实现的程序任务上，从而避免语法的 羁绊。它是一门清晰的语言，p y t h o n 的作者有意的设计了比较强的限制性语法，这样编 程者坏的编程习惯都不能通过运行，在这之中很重要的一条就是p y t h o n 的缩迸规则。 p 灿o n 可以做如下一些事情：系统编程、用户图形接口、i n t 锄e t 脚本、组件集成、数据 可编程、数值计算和科学计算编程、游戏、图像、人工智能、x m l 、机器人及快速原型 笙【l8 】 可。 尽管p y t h o n 功能很强大，但也有它的局限性： 比起其它脚本语言，运行效率比较低 如果应用对于速度且有着较高的要求，可以考虑用c 编写关键模块，然后用p 州n 调用的方式来实现。 多线程支持不是很理想 虽然p y t h o n 支持多线程，但是运行效率不高。 p 灿o n 变量的无类型 因为这个特点，所以在使用p y t h o n 编程的时候，要对类型做到心里有数。这也使得 p 刊的n 的i d e 工具无法提供便利的自动完成等功能。 根据最新的数据，p 灿o n 在编程领域的占有率排名在第七。前六名分别是j a v a ，c ， v b ，c + + ，p h p 和p e r l 【1 9 1 。它在z o p e 应用服务器、p l o n e 内容管理器、t 丽s t e r 网络应用 程序框架、b i t t o 玎e n t 、t u r b o g e a r s 以及d j a i l 9 0 、e b 框架等中都有应用，著名的搜索引擎 g o o g l e 也大量使用p y t h o n 。其中d j a l l g o 框架是本文开发所用的一个w e b 框架，整个 g p s 监控平台的搭建是建立在这个框架之上的。 2 4 w e b 开发框架d j a n g o d j a l l g o 是使用p y t l l o n 开发的w e b 框架，它提供了所有动态w e b 应用所需的一切 8 浙江工业大学硕士学位论文 必要组件：数据库访问、请求框架、应用程序逻辑、模板系统等【2 0 1 ，多个组件可以很方 便的以“插件 形式服务于整个框架，它有许多功能强大的第三方插件，甚至可以很方 便的开发出自己的工具包。同时，它也努力保持开放：你可以按需要选择或多或少的 d j 锄g o 组件并随时替换为你认为合适的其他工具。传统的w e b 开发方式常常需要编写 繁琐乏味的重复性代码，不仅页面变现与逻辑实现的代码混杂在一起，而且代码编写效 率不高。而d j a l l g o 的核心理念是不重复自己、松耦合与灵活性及快速开发。同时结合 p 汕o n 的灵活、简介和强大，能让我们得以尽快的完成项目，解决特点问题的同时，无 需担心乏味的重复劳动，或所谓的“胶水代码 。基于这些特点功a 1 1 9 0 是现在使用较为 广泛的w e b 框架。 2 4 1d j a l l g o 组件总体框架 图2 3 所示是d j a l l g o 组件的总体框架【2 ，从图中可以看出，最接近浏览器客户端的 是h t t p 通信协议，h t t p 封装了w e b 页面服务的整个过程，它是w e b 的基石，它主 要由请求( 客户端到服务器端) 和响应( 服务器端到客户端) 两个部分组成。请求的核 心就是u r l ，响应主要由一个正文( 通常是w e b 页面的文本) 和相应的包头组成。包 头里是关于所需数据的额外信息，在响应里面非h t m l 的内容可以是纯文本、文档、声 音片段等。通过u i 也，我们可以向d j a l l 9 0 的w e b 应用发送请求，并且在w e b 客户端 接受响应，同时客户端可能还用到了a j a x 技术，利用j a v a s c r i p t 来处理一些非顺序性的 服务器访问。 在图2 - 3 的底部，我们可以看到模型和d j a n g oo 州管理下的数据库持久层存储，它 们通过p y t h o n 的数据库适配器与数据库进行通信。 从图可以看到连接客户端和数据库之间的正是应用程序的心脏d ! i a l l g o 。收到的 h t r p 请求被w e b 服务器转发给d j 锄g o ，d j a i l g o 在请求的中问件层接受它们。随后根据 u i u 的模式匹配分派到适合的视图上去，视图会执行所需工作的核心部分，用模型和或 模板按需要生成响应。随后响应再次穿过中间件层进行最后的处理，最后将h 1 m 响应 返回给w e b 服务器并转发给用户客户端。 9 浙江工业大学硕士学位论文 、阮b 浏览器客户 端 瞻，簋骢 i j 1 月良罗争君导 i 一 请求h r r p 响应 l 请求中间件卜 响应中间件 上 。i 配置u r l 1 |：a 视图间件一卜一 用户视图 模板栈 上 模型栈 o r m 功弛g o 垒 t 数据库适配器 图2 3d ! j 锄g o 组件总体框架图 2 4 2 d j a l l g o 中的m t v 开发模式 软件开发需要一个好的设计模式，设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过 l o 浙江工业大学硕士学位论文 分类编目的、代码设计经验的总结。使用设计模式是为了可重用代码、让代码更容易被他 人理解、保证代码可靠性。m v c 是应用最多的设计模式f 2 l l 。m v c 是m o d e l e w c o n 加l l e r 的缩写，即把一个应用的输入、处理、输出流程按照m o d e l 、e w 、c o n 仃o l l e r 的方式进行 分离，这样一个应用被分成三个层：模型层、视图层、控制层。 视图( e w ) 对于w e b 应用来说，可以是h t m l 界面。模型( m o d e l ) 是业务流程的 处理或者是业务规则的制定。控制( c o n t r o h e r ) 可看成从用户接收请求，将模型与视图匹 配在一起，共同完成用户的请求。 d j a i l g o 遵循了m v c 的设计模式，在d j a n 9 0 中m ，v ，c 分别表示如下f 2 2 】： m ：数据访问部分，通过d ! j a n g o 的数据库层处理。 v ：选择数据并决定怎样呈现的部分，通过视图和模板来处理。 c ：控制部分通过d j a n g o 框架本身的u r l 配置和对p y m o n 方法的调用来处理。 因为c 是d j a n g o 框架本身处理而导致d j a n g o 大部分精彩的东西在于模型、模板和视图。 所以硒a n g o 被称为m t v 框架： m ：代表模型，是数据访问层，它包含了关于数据的一切东西，怎样得到数据， 怎样验证数据，它具有什么行为以及数据之间的关系。它是应用程序最底部的一层，是基 础，是最容易领会同时也是最难掌握的部分。 t ：代表模板，是展现层，它包含了呈现相关的决策，如内容怎样在w r e b 页面中显 示以及其它类型的文档。基本上，模板就是一些输出动态值的经过格式化的h t m l 文本， 支持简单的逻辑结构如循环等。d j a n g o 模板语言的语法可以和其他一些非l 的模板语言 比较起来的区别在于，它没有保持x h t m l 兼容的意思，而是用特殊的字符把模板变量以 及逻辑命令和静态的内容分开。 v ：代表视图，是业务逻辑层，它包含了访问模型的逻辑和选择合适的模板，可以 认为是模型和模板的桥梁。视图的定义实际上很简单：它们是链接到一个或多个定义u r l 的p y 吐l o n 函数，这些函数都返回一个h t t p 响应对象。 2 5 j a v a s c r i p t 框架e x t j s e x t j s 来源于y u i ( y 曲0 0u s e ri n t e r f k e ) ，它是一个使用j a v a s c r i p t 编写的工具和控 件库，是与后台技术无关的前端a j a x 框架，无论从u i 界面上，c s s 样式的应用上，还 是到数据解析上的异常处理，都可算是一款不可多得的j a v a s c r i p t 客户端技术精品【2 3 1 。采 用了e x t j s 后w r e b 应用开发的情况如图2 4 所示。空白的w _ e b 页面之后引入了e x t j s 库， 1 1 浙江工业大学硕士学位论文 再结合h t m l 、j a v a s c r i p t 、c s s 和图片等元素，并最终在浏览器上得到我们想要的w e b u i 。 对于开发者要面对的是u i 组件，只要按照组件的开发规则进行开发即可。 + w e b 贞面 e x t j su i 组件 w e b 页面表现元素 图2 4 采用e x u s 的w 曲应用开发方式 e x t 基本上为客户端开发提供了所有必要的功能，从整体上来讲它可以分为四大模 块，分别为核心、元素、数据和组件【2 4 】。每个模块又可以分成各个小模块。它采用了分 层架构的方式，如图2 5 所示： 图2 - 5e x t j s 架构图 核心功能包含事件处理、模板功能、继承特性、原生对象扩展等。它是e x t 的最底层 1 2 浙江工业大学硕士学位论文 架构，它提供一些通用的方法或属性，所有上层的类及组件的实现都是建立在它基础之 上的，它是为上层服务的。数据处理是客户端的数据统一操作的接口，不管是从服务器 返回的数据还是客户端自行生成的数据，都可以通过该接口来操作。数据处理分成三部 分，s t o r e 是统一对组件开发的接口，它的数据是通过p r o x y 从服务器端或本地的客户浏 览器中获取的原始数据，从原始数据到s t o r c 的统一格式的中间还有一步，那就是对于不 同形式的原始数据( x m l j s o n 等) 进行解析，r e a d e r 负责完成解析功能，通过代理、分 析和储存三步，呈现给开发者的数据就如数据库储存的二维表的结构数据一样，有着排 序、统计、查询、更新的功能。元素扩展主要对以下几部分进行了扩展，扩展c s s 、 d o m 等方面的操作方法，提供了更为强大方便的使用方法。对于d o m 的操作包括如何 对于元素实现创建、插入、删除、复制等方法的操作。对于c s s ，它扩展相对、绝对的 方面的元素定位操作，还提供了如可视、移动、s c r o l l 等方面对于样式上的操作。在 d o m 树中查找需要的元素也是元素扩展中要解决的问题。为了查找方便，e x t 也提供了 c s ss e l e 曲d r 的实现，用来查找d o m 元素。拖拽是原生d o m 元素所没有的功能，它 是事件与元素的结合体。很多功能的完成能通过简单的拖拽来实现。动画是j a v a s c r i p t 中最引人的地方，通过e x t 的动画特效函数，只要一行简单的调用就可以实现动态十足的 效果。为了实现e ) ( t 元素数组特性，它还在e x t 元素的基础上构建一个复合元素，专门 用来对一组元素进行统一的同类的操作。u i 组件实质就是一个h t m l 标签所表现的区域， 然而它使静态标签变成动态的有生命的周期，每个组件都有着其自身的特性和生命周期， 同时每个组件都有着良好的扩展性和易用性。e x t 的组件并不是一个个分散的结构，它采 用继承方式形成紧密关联的倒树结构。e x t 组件是由c o m p o n e m 类定义的，每一种组件都 有一个属性值x t y p e ，通过x 帅e 可以定义一个指定类型的组件或得到一个组件的类型， 组件基本上可以分成三类，分别是基本组件、工具栏组件、元素组件及表单【2 5 】。基本组 件( 如酣d ，p a n e l ，骶e p a n e l ，v i p o r t 等) 是构成w 曲u i 的主体组件，因为这些组件 在其他的开发体系中也都有部分存在；工具栏组件( 如t o o l b 戤t b b u 伽n 等) ，它能够在 w r e b 上构造其表现和功能与桌面软件完全一样的工具栏；表单及元素组件则对普通的 h t m l 的表单进行了封装，不仅提供了更靓丽的外观表现，同时也扩充了功能。 2 6 本章小结 本章是基于w e b 的g p s 监控系统设计与实现的理论基础部分，首先给出了g p s 监 控系统的整体框架，接着介绍了设备端实现当前g p s 在封闭区域内判定的理论基础，采 1 3 浙江工业大学硕士学位论文 用的方法是射线法判定。最后介绍了实现服务器端，也即搭建网站所设计的技术，包括开 发语言p y 也o n 、w e b 框架d j a l l g o 及实现界面的j a v a s c r i p t 框架e x t j s 。后续的设计与开 发中，将基于这些技术实现实际的应用。 1 4 浙江工业大学硕士学位论文 第3 章g p s 监控系统设备端设计与实现 对一个车辆等进行定位的前提是车辆安装了带有定位模块的嵌入式设备，该嵌入式设 备能采集g p s 信息，并把g p s 信息通过通信模块发送到平台上。这样服务器端就能获取 设备上发的g p s 信息，通过对这些信息进行处理，从而实现车辆的定位。本章将介绍g p s 监控系统设备端方面的知识，它是整个g p s 监控系统最底层的部分，也是最重要的部分 之一。 g p s 监控系统设备端的设计包括硬件的设计、操作系统的选择、底层驱动及上层应 用软件的编写、后期的调试等等，一个良好的、稳定的嵌入式设备，不但能为用户提供 便捷的服务，更能从整体上提高g p s 监控的性能，从而为整个交通行业提供更可靠的服 务。 3 1g p s 监控系统设备端硬件电路框架 本课题的g p s 监控系统设备端硬件电路框架如图3 1 所示。整个框架的设计以删 处理器为中心，同时外接很多的外围电路，包括存储并运行代码，保存用户数据的f l a s h 、 s d 洲存储器；用于调试的j t a g 模块；提供整个车载运行所需的电源模块；采集车内 视频的图像采集模块：提供车载时钟的时钟电路；此外还有提供定位g p s 模块及无线通 信模块等。 图3 1g p s 监控系统设备端硬件电路框图 1 5 浙江工业大学硕士学位论文 3 2a 剐处理器与操作系统选择 嵌入式操作系统是嵌入式产品的核心，在软件设计方面，嵌入式操作系统的选择是 至关重要的，系统选择的好坏关系到g p s 监控系统设备端的开发工具选择的难易、关系 到开发周期的长短、更关系到终端的稳定性及应用程序的可移植性1 2 6 1 。根据g p s 监控终 端系统功能的要求，操作系统应选择移植性较好、外围硬件支持程度较广泛、共享资源 丰富、驱动程序支持多、对内存的开销和存储容量等硬件资源要求较低的操作系统。l i n u x 在作为终端的操作系统时，具有多方面的优势，因为它具有开发难度小、源代码开发及 a p i 兼容性好的优点。本论文采用嵌入式操作系统l i n u x 进行系统开发。 g p s 监控系统设备端的硬件电路是以删处理器这个模块为核心的，整个终端的操 作系统移植、驱动程序设计和应用程序开发都是以这个模块为基础的。g p s 监控系统的 应用场合很多，但是与车辆结合使用最为广泛，终端安装在车辆内部时，工作时间比较 长，且温度变化大，因此选择a i 洲处理器的时候要考虑芯片的抗干扰能力、稳定性，同 时也要考虑芯片的价格及背后所拥有的技术支持。 本课题的终端的主芯片选用g m 8 1 8 0 ，它是台湾智原公司推出的一款高性能s o c 芯 片，具有良好的抗干扰性和系统稳定性，片上包含了主频高达5 0 0 m h z 的舢洲9 核以及 h 2 6 4 编解码引擎、m p e g 4 以及j p e g 编解码引擎、拥有3 2 k 的指令c a c h e 和3 2 k 的数 据c a c h e 【2 7 1 。g m 8 1 8 0 集成了许多标准接口，内建了在网络层广泛使用的1 0 1 0 0 m 以太网 媒体访问控制器( m a c ) ；d d r 控制器；f l a s l l s d 黜气m 静态存储控制器；并有能够支持高 分辨率t f t 和低功耗s t n 的l c d 控制器；集成了u s b 2 0 主控制器和设备控制器，在各 种应用中可以通过u s b 接口连接相应的计算机周边设备；2 个c c i r 6 5 6 输入接口和一个 c c i r 6 5 6 输出接口；以及用于加密的a e s d e s 接口。 g m 8 1 8 0 除上述功能外，周围还有以下的片上资源：4 通道通用d m a ，l 通道a c 讹s 控制器，5 通道u 朋玎，l 通道s d 主控制器，1 个看门狗定时器，2 通道智能卡主控制器， 1 通道1 2 s s p i 控制器，2 通道视频采集接口。负责系统运作管理的部件包括内部3 2 位的 系统总线仲裁器和带p l l 的片内时钟发生器。g m 8 1 8 0 内部结构的功能框图如图3 2 所 示。 1 6 浙江工业大学硕士学位论文 r o m s r d d rc c t 一c c i r -l c d3 2 - b i t e t l l e m