（计算机软件与理论专业论文）基于gpsgprswebgis的车辆监控系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要 随着经济的高速发展和汽车保有量的不断增加，交通运输的压力越来越大， 如何有效地对车辆进行合理调度与管理就成为政府和公众急切关注的一个热点 问题。为了有效地解决这一问题，作者设计了这套基于g p s g p r s 、砸b g i s 的 车辆监控管理系统，本文详细讲述了这套基于g p s g p r s w e b g i s 的车辆监控 管理系统的设计与实现。 本系统是一套通过i n t e m e t 来实时监控车辆的大型系统，综合应用g p s 、 g s m 、g p r s 、w e b g i s ，以及计算机网络等技术，为用户提供丰富的功能，如 车辆监控，车辆定位，车辆报警等，以及电子地图的放大、缩小，浏览全图和 测距等功能。 一 本系统采用j a v a 语言开发了g p r s 服务器，采用j s p 技术开发w e b 应用程 序，结合s q ls e r v e r2 0 0 5 数据库，采用m a p l n f o 公司的m a p x t r e m e j a v a 作为地 图驱动引擎，应用t o m c a t 作为网络服务器开发完成。由于采用j a v a 语言和j s p 技术，因此具有跨平台的特点，本系统不仅能够在w i n d o w s 操作系统下运行， 而且可以方便地移植到u n i x 、m a co s 及l i n u x 操作系统下运行。 本系统主要是由g p r s 服务器，w e b 服务器，g p s 终端等组成。本文重点设 计和实现了g p r s 服务器，以及客户端应用程序，车载终端模拟器，另外结合 w e b g i s 技术，使用户只需打开w e b 浏览器，就可以方便地在网上进行车辆定 位，车辆监控，地理信息查询等功能。 关键字：g p sg p r sw e b g i s 车辆监控 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ei n c r e a s eo fv e h i c l en u m b e r , t h e p r e s s u r eo ft r a f f i ct r a n s p o r t a t i o ni sg r e a t e r h o wt om a n a g ev e h i c l e se f f e c t i v e l yi st h e f o c u so ft h eg o v e r n m e n ta n dt h ep u b l i c t os e t t l et h eq u e s t i o n , t h ea u t h o rh a s d e s i g n e dt h ev e h i c l em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng p s ( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ) ，g p r s ( t h eg e n e r a lp a c k e tr a d i os y s t e m ) a n dw e b g i s ( w e b g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，i nt h i sp a p e r , t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f t h e v e h i c l em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ng p s ，g p r sa n dw e b g i si s d e s c r i b e di nd e t a i l t h es y s t e mi sal a r g e s c a l es y s t e mt h a tm o n i t o r sv e h i c l e so nl i n e ，c o m b i n e dt h e t e c h n o l o g i e so fg p s ，g s m ，g p r s ，w e b g i s ，a n dc o m p u t e rn e t w o r ka n ds oo n i th a s m a n yf u n c t i o n s ，f o re x a m p l e ，v e h i c l em o n i t o r i n g ，v e h i c l ep o s i t i o n i n g ，z o o m i n gi n ， z o o m i n go u t ，e x p l o r i n ge l e c t r o n i cm a pa n dm e a s u r i n gd i s t a n c ea n ds oo n t h es y s t e mm a k e su s eo fj a v al a n g u a g ea n dd e v e l o p sg p r ss e r v e r , a n dm a k e s u s eo fj s p , j a v aa p p l e t s ，j a v a s c r i p ta n dd e v e l o p sw e ba p p l i c a t i o np r o g r a m ，c o m b i n e d s q ls e r v e r2 0 0 5d a t a b a s e ，a n dt h em a p d r i v e ri sm a p x t r e m e j a v ao fm a p l n f oc o r p ， a n dt h en e t w o r ks e r v e ri st o m c a t t a k i n gt h ej a v al a n g u a g e ，j s pa n dj a v a s c r i p t l a n g u a g e ，t h es y s t e mc a nb et r a n s p l a n t e dt om a c o sa n dl i n u xe x c e p tr u n n i n go n w i n d o w s t h es y s t e mi sc o m p o s e do ft h eg p r ss e r v e r , w e bs e r v e ra n dg p st e r m i n a l i n t h ep a p e r , t h ea u t h o rd e s i g n sa n di m p l e m e n t st h eg p r ss e r v e r , t h ea p p l i c a t i o n p r o g r a mo fc l i e n t ，a n ds i m u l a t i n gg p r st e r m i n a lo fv e h i c l e c o m b i n e dw e b g i s t e c h n o l o g i c t h eu s e rc a nm o n i t o ra n dp o s i t i o nv e h i c l e o nl i n e k e y w o r d ：g p s g p r sw e b g i sv e h i c l em o n i t o r i n g i i 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：赵多崎 硼年箩月2 乡日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导i i i t l 导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名： 恕么峥 劢场年j 月2 1 弓日 第一章引言 第一章引言 第一节项目背景及选题的意义 近年来，随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，车辆在经 济和社会生活中的地位越来越重要。由于车辆数量的急剧增加以及市场流通带 来的车辆跨地域作业需求的增加，如何有效地对车辆进行合理调度与管理就成 为政府和公众急切关注的一个热点问题。特别是对于长途运输企业、出租车公 司、汽车租赁公司、公共汽车公司、警用车辆、1 2 0 救护车辆等来说，如何有效 对车辆进行合理调度与管理就成为运营单位和管理机构亟待解决的一个重要问 题。这些行业都需要实时向总部汇报自己所在的位置和运营情况，或者总部实 时地询问各车辆的位置和状态，以便及时指挥车辆，灵活处理所遇到的情况。 只有对车辆进行有效的管理，才能提高有限资源的有效利用率。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，保障司机的人身安全。 g p s 卫星监控系统非常适合用于车辆监控，可为公安警车、巡警、银行运钞 车、1 2 0 急救车、豪华直通车、出租车、巡逻艇、船只以及其他重要交通工具 和人员快速定位及调度监控、营救等提供重要保证。假如你是汽车租赁公司的 经理，你可以在电脑上随时查看你租赁出去的汽车所在位置，如果客户延期没 有归还汽车，可以马上查车，如果感觉异常可以立即驱车寻车，避免丢车风险。 假如你是一家物流配货公司的经理，你就能随时掌握你可以调配的车辆具体在 哪里，你可以通知最近的货车去客户哪里提货，或许你有一辆长途客运汽车， 你可以随时知道汽车已经行驶到那个城市。 目前，g p s 定位信息传输系统已经广泛应用在生产生活的各个领域。但这些 c p s 定位系统的信息传输大都是基于手机短信息( 即g s m 业务的) 。虽然它已经被 广泛使用，但是这种业务还存在着一定的缺点。事实上，除了费用较高之外， 其最大缺点是延迟时间太长，因而可能产生较大的误差，甚至可能导致事故的 发生。 近年来，我国移动通信业获得了极大的发展。基于无线新技术的增值服务 第1 页 第一章引言 悄然地改变着城市的面貌、改变着人民的生活方式。无线应用不仅美化了城市、 增添了生活现代感、而且能改善投资环境、增加安全性，为我们带来巨大的社 会、经济效益；另外，无线应用也是展现一个城市现代化、国际化水平的重要 标志。无线应用现已成为城市生活中一个不可缺少的重要组成部分。 如今，随着g p s 技术的成熟和中国移动g p r s 业务的推出，已经完全有可能 实现基于g p r s 的g p s 信息传输系统。利用g p r s ，使得人们能够对移动目标进行 全国范围、实时、全天候的监控调度。g p r s 是目前解决移动通信信息服务的一 种较完美的业务，它是以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快。 当g p r s 建立可靠的数据链路以后，就相当于使用专线直接接入i n t e r n e t 网络， 使用可靠的网络协议进行数据传输，保证了数据的稳定可靠和迅捷。g p r s 的推 出，为行业和企业用户开展无线办公提供了基础设施平台，为推动移动办公的 应用和发展创造了有利条件。与有线网络相比，g p r s 网络具有租用费用低、移 动办公，不受地域制约等优点。g p r s 的出现为企业和行业用户开展无线办公提 供了一种新的选择。 g p r s 与原始传输方式( g s m ) 对比，行驶中的车辆上的位置信息传送到中心必 须依赖于无线传输系统，现在覆盖范围最广的是g s m 系统，所以目前市场上的 大多数车载定位终端都采用g s m 通信模块作为数据传输的载体，利用g s m 提供 的短消息功能传输车辆的位置数据到控制中心。但是实际使用中发现，利用短 消息传输数据存在两个主要缺点： ( 1 ) 传输速度慢。一般情况下，采用扩展短消息实体的方式直接连接到短 消息中心可提高短消息传输的速度，实际测试结果发现车辆的位置信息从车载 设备发送到中心正常时需要3 5 秒，在短信中心忙的状态下还达不到这个速度。 相对于车速正常为6 0 8 0 公里小时的车辆，中心收到数据的实际误差可能达 到8 0 1 2 0 米。 ( 2 ) 传输费用高。短消息的收费是按发送短消息的条数计费，一般情况下 是0 1 元条，对于大业务量可适当的优惠，但是即使这样其费用也无法满足实 际应用中随时监控车辆的需求【l 】。 对于一般单位车辆采用g p s 系统应用于车辆管理方面，那么上面两点缺点 可能影响不大，但是对于实时性要求较高的车辆，关键时刻需要尽可能准确的 位置信息才能正确定位车辆并采取必要的措施。采用g p r s 传输数据则不存在这 些缺点。g p r s 通信模块一旦接通就永远在线，在线时数据的传输速度在1 秒以 第2 页 第一章引言 下。这就是说车辆的位置信息发送后中心在1 秒钟之内就可以在电子地图上显 示出来。而且g p r s 一般采用包月制或按流量计费的方式，数据传输成本远低于 短消息的方式。 采用先进的g p r s 技术的车辆监控管理系统，集计算机、通信、机电、自动 控制等多种先进技术于一体，成功实现了对无线分布式系统的实时监控管理和 灵活部署，解决了传统控制由于没有通讯功能，无法实现集中监控的问题，将 运行维护人员从大量繁琐的工作中解放出来，提高无线系统的运行质量，增强 无线的可靠性和可控性，能及时发现定位无线系统故障，大大减少了系统停用 带来的不良影响。 综上所述，为了降低车辆管理的成本、提高工作效率、保障司乘人员生命 安全，都需要管理部门能够及时、准确、全面的掌握车辆的信息，对车辆实现 实时监控调度。现代科技、通讯技术的发展，g p s w e b g i s 技术的成熟和g p r s 无线通讯技术的广泛应用，为现代车辆管理提供了强大而有效的工具。基于g p s g p r s g i s 的车辆监控管理系统对管理部门优化资源配置、提高市场竞争力，提 高交通运输的安全性、可靠性，提高运输管理水平，创造良好的社会效益和经 济效益。 第二节系统设计的目标 通过对系统各方面需求分析调查，确定以下设计目标： ( 1 ) 采用g s m 通信技术g p r s 通用分组无线业务、g p s 定位系统、g i s 技术、 公用电话网技术和计算机网络等技术，建立一个监控中心； ( 2 ) 系统设计容量为1 0 0 0 0 辆； ( 3 ) 系统可对注册车辆实时动态跟踪、监控、调度等功能，对于监控车辆， 可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据； ( 4 ) 对于对注册车辆的突发事件如：报警、盗窃、求援等提供服务，可将 报警或求援信息传送到监控中心，提高车辆运行的安全性； ( 5 ) 在保证系统安全的前提下采用国际通用的系统规范和传输协议，能比 较容易的实现与其他系统的网络连接和数据共享。使系统具有较高的可扩展性； ( 6 ) 能够实现地图放大、缩小、移动、测距等功能，从而能够迅速地找到 所需要的目标。 第3 页 第一章引言 第三节本文的主要工作和创新点 本文详细讲述了一个基于g p s g p r s w e b g i s 的车辆监控管理系统的设计方 案和实现方法。按照这个设计方案和实现方法开发出来的系统不要求用户安装 特殊的g i s 软件，仅通过网络浏览器就可以实现对车辆进行实时监控、跟踪、 报警，对地图进行浏览、距离测量等功能。 本系统主要是由车载g p s 终端，g p r s j 艮务器，w e b 服务器，数据服务器，地 图服务器等组成。本文重点是g p r s 服务器的设计和实现，车载g p s 终端模拟器 的设计和实现，客户端应用程序的编写，数据库的设计以及应用m a p x t r e m e j a v a 地图引擎实现监控车辆位置在电子地图上的显示。 本车辆监控管理系统具有以下特点： 1 本系统采用的通讯方式是g p r s 无线通讯方式 系统借助现有的g s m 、g p r s 无线通信公用网来实现车辆定位信息，g p r s 是目前解决移动通信信息服务的一种较完美的业务，相对于g s m 提供的短消息功 能的传输方式，它具有以数据流量计费、覆盖范围广泛、数据传输速度更快等 特点。该系统无需申请频点，无需另建网站，既经济又方便；全面考虑了与现 代无线通信系统的连接；针对常规频点、集群通信、g s m 等通信方式，在覆盖 范围、通信费用、系统容量、通信延时等方面都进行了相应的优化设计。 2 系统可跨平台 本系统g i s 服务器使用m a p x t r e m e j a v a ，w e b 服务器使用t o m c a t ，数据库 使用s q ls e r v e r2 0 0 5 ，开发语言采用j a v a 语言和j s p 技术开发，这就决定了整 个系统可支持w i n d o w s 及l i n u x 操作系统，跨平台性能好。 3 覆盖范围广，可实现全国自动漫游 由于利用g s m ，g p r s 网进行通讯使得车辆监控系统还具有覆盖范围广， 监控容量大，通讯质量高，可实现数据话音兼容，扩容方便，系统兼容性好的 优点。 4 系统易于操作 简洁、人性化的监控软件界面，使用户自如的掌控车辆，只需用鼠标轻轻 一点即可完成，易学易用，操作简单。可方便的实现以下功能： ( 1 ) 车辆实时定位，监控； ( 2 ) 历史轨迹回放； 第4 页 第一章引言 ( 3 ) 里程统计： ( 4 ) 完善的后台管理； ( 5 ) 实时报警提示； ( 6 ) 区域查车，即查询某段时间内经过某个任意多边形区域的车辆，并显示 其轨迹； ( 7 ) 电子地图的缩放、平移、距离测量。 第四节本文的整体结构 本文主要讲述了基于g p s g p r s w e b g i s 的车辆监控管理系统的设计与实现。 第二章介绍与系统实现相关的各项技术；第三章介绍系统的设计与实现；第四 章介绍系统的主要功能模块：第五章进行总结和展望。 其中，第三章是本文的重点，详细介绍了本系统的设计方案及实现方法。 第5 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 g p r s 车辆监控管理系统是集全球卫星定位系统( g p s ) 、地理信息系统( g i s ) 以及g p r s 无线通信技术于一体的软、硬件综合系统。本系统涉及多项技术， 如g p s 技术、g p r s 技术、w e b g i s 技术、t o m c a t 服务器、j s p 技术、j a v a 语 言等，本章将对涉及的各项技术做简单的介绍。 第一节g p s 全球卫星定位技术 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m - - - g p s ) 是美国从本世纪7 0 年代开始 研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有定位能力与在 海、陆、空进行全方位实时三维导航的新一代卫星导航与定位系统。它是美国 2 0 世纪三大空间技术之一( 另两大技术是航天飞机和阿波罗登月计划) ，是当今世 界航天航空技术、无线电通讯技术和计算机技术的综合结晶。 2 1 1g p s 基本组成 g p s 是由2 4 颗美国国防部发射的导航卫星组成的无线电导航定位系统。它 包括三大部分：g p s 卫星( 空间部分) 、地面支撑系统( 地面监控系统部分) 、g p s 接收机( 用户部分) 。在地面上，只要用一部g p s 接收机测出3 4 颗卫星信号到 达本接收机的时间，就可准确推算出接收机所在地( 可以是地面或天上任何位置) 的经纬度、海拔高度、时间、运动速度等数据。 1 g p s 卫星 空间卫星由2 1 颗工作卫星和3 颗备用卫星组成，这2 4 颗卫星分布在6 个 倾角为5 5 。的轨道上绕地球运行，卫星的运行周期约为1 2 恒星时。每颗g p s 工作卫星都发出用于导航定位的信号，g p s 用户正是利用这些信号来进行工作 的。每颗卫星每天约有5 个小时位于地平面上。同时，位于地平面上的卫星数 目随着时间和地点而异，最少为4 颖，最多为n 颗。这样的空间配置可保证在 地球上任何时间、任何地点，每一台接收机设备至少可同时观测到4 颗工作卫 星，从而满足了接收机的工作要求。 第6 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 2 地面支撑系统 g p s 支撑系统由5 个监控站、3 个注入站和1 个主控站组成，其中：监控站 为数据采集中心，配有双频g p s 接收机、高精度原子钟、环境数据传感器和计 算设备等，向主控站提供所需的各种观测数据。 主控站为系统管理和数据处理中心，它的主要任务是：利用监测站自身的 数据及各监控站的观测数据推算各卫星的星历、卫星钟差和大气延迟修正系数： 提供全球定位系统的时间基准，并将这些数据输入到注入站，用于调整偏离轨 道的卫星，使之沿预定的轨道运行；启动备用卫星代替已失效的工作卫星等。 注入站则将主控站推算、编制的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令等 注入相应的存储系统，并监测注入信息的正确性 2 】。 3 g p s 接收机 g p s 接收机可以按照不同的需求分成许多类，但基本构成都是由主机( 包括： g p s 接收设备、数据处理软件和计算设备) 、天线和点源组成。它可以通过接收 卫星信息及进行相应地数据处理来满足导航和高精度定位用户的要求。 2 1 2g p s 定位原理 全球定位系统由空间卫星控制部分和地面接收器组成，可为全世界提供定 位、速度、时间等信息，通过地面g p s 接收器可以把这些信息接收到，再通过 其它设备进行无线有线传输。 g p s 的空间部分由2 1 个载有原子钟的卫星和3 个备用卫星组成，它们分 别运行在6 条固定的与赤道夹角为5 5 度的轨道上，离地面2 0 2 0 0 k m ，这样的配 置可实现2 4 小时的全球覆盖，地球上任何地方的用户在任何时间至少能看到四 个卫星，每个卫星连续发送两种信号，一种是民用的c a ( c l e a r a c p u i s i t i o n ) 码， 另一种是美国军方专用的p ( p r e c s e ) 码。c a 码是一种载波频率15 7 4 4 2 m h z 宽频 信号，这种信号不受天气和电子噪声的干扰而能全天候发送。控制部分由一个 主控站和分布在地球上不同地点多个监控站组成，负责卫星的定位，监测和数 据加载；各监测站跟踪其视野中的卫星，将收集到的卫星距离，时钟等数据送 往主站；主站将这些数据与前一次的卫星天文数据，时钟漂移数据等进行比较， 并根据比较结果校正导航系统，再通过一个地球站把新的数据加载到卫星上供 用户使用 3 1 。 第7 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 2 1 3g p s 特点 能为用户提供连续，实时的三维位置、三维速度和精密时间，不受天气的 影响；单机定位精度小于1 0 米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级；随 着人们对g p s 认识的加深，g p s 不仅在测量、导航、测速、测时等方面得到更 广泛的应用，而且其应用领域正在不断扩大。 2 1 4g p s 应用领域 g p s 最初就是为军方提供精确定位而建立的，至今它仍然由美国军方控制。 军用g p s 产品主要用来确定并跟踪在野外行进中的士兵和装备的坐标，给海中 的军舰导航，为军用飞机提供位置和导航信息等。 然而随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在 不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。 g p s 也在商业领域大显身手，消费类g p s 主要用在勘测制图、航空、航海导航、 车辆追踪系统、移动计算机和蜂窝电话平台等方面【4 】。 2 1 5g p s 发展趋势 g p s 的应用已十分广泛，而且越来越广泛，g p s 车辆监控调度系统的应用 不仅仅是车辆，而包括各种飞机、船等一切需要调度的可运动载体，差不多涉 及到国民经济的各个领域，尤其是近几年来其向消费市场的发展的强劲势头足 以表明其应用领域的广泛。以g p s 为代表的卫星导航应用产品，由于它能很容 易地提供位置、速度和时间信息，所以会很快成为现代信息社会的重要信息来 源，成为信息时代的国家基础设施之一，由于它功能强大、使用方便、价格合 适，所以能很好的与其它系统结合，形成大量的新应用、新产品，迅速的进入 我们日常工作、学习、生活和娱乐中，它的发展具有如下特点。 g p s 应用产品产业是当前国际上八大无线产业之一； g p s 也是目前世界上发展的最快的三大信息产业之一； g p s 与g s m 和c d m a 的结合己成为全球通信导航界的热点； o g p s 与p d a ( 个人数字助理) 和p a n ( 局域网) 消费类组合是巨大的潜在市 场。 第8 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 2 1 世纪头1 0 年在以g p s 为代表的卫星导航产业中仍将由美国占据主导地 位。但欧洲、日本、中国和俄罗斯会在这一巨大市场中扮演重要角色。未来1 0 年卫星导航产业发展的总趋势预测如下： 卫星导航手段在多数国家和地区可能成为代替传统导航、定位和定时的 唯一手段。在海、陆、空、田四大领域中，凡是需要动态或静态定位、定姿、 定时和导航信息的地方都会采用卫星导航信息。 天基卫星信息导航系统及其增加系统将成为信息社会的重要基础设施， 美国g p s 垄断的局面有可能被打破，未来1 0 年可能成为g n s s ( 全球性导航卫星 系统的集合) 的1 0 年。 一 各国卫星导航系统在民用领域的相互兼容将成为国际大趋势。 陆上车辆导航将成功驱动卫星导航产业迅猛发展的强劲动力。 民用的效益远比军用的大，应用面宽广得多，真正做到制造产业化和消 费大众化，达到物尽其用。 卫星导航技术与通信、遥感和大众消费产品的相互融合将会创造出许多 新产品和新服务，开拓出一个商机无限的市场。我国的g p s 应用发展势头迅猛， 短短几年，g p s 在我国的应用己从少数科研单位和军用部门迅速扩展到各个民 用领域，g p s 的广泛应用改变人们的工作方式，提高了工作效率，带来了巨大 的经济效益。近年来，随着政府的重视、媒体的宣传，g p s 车辆监控与导航系 统的市场需求越来越大，一个成熟的市场即将形成，g p s 在我国的应用前景是 无限的。g p s 最新应用主要是：自主g p s 车辆导航系统，车辆监控，车辆调度 等领域【5 i 。 第二节g p r s 移动通讯技术 2 2 1g p r s 的工作原理 g p r s 的英文全称是：“g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ( 译作“通用分组无线 服务”) ，它是利用“包交换( p a c k e t - - s w i t c h e d ) 的概念发展起来的一套无线传 输方式。所谓“包交换 就是将d a t a 封装成许多独立的封包，再将这些封包一 一传送出去，形式上有点类似邮局中的寄包裹【6 】。其作用在于只有当有资料需要 传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对广大用户来说是较 第9 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 合理的计费方式，因为像i n t e m e t 这类的数据传输大多数的时间频宽是闲置的。 g p r s 网络是基于现有的g s m 网络来实现的。在现有的g s m 网络中需增 加一些节点，如g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r t i n gn o d e ，g p r s 网关支持节点) 和s g s n ( s e r v i n g g p r ss u p p o r t i n g n o d e ，g p r s 服务支持节点) ，g s n 是g p r s 网络中最重要的网络节点。g s n 具有移动路由管理功能，它可以连接各种类型 的数据网络，并可以连到g p r s 寄存器。g s n 可以完成移动终端和各种数据网 络之间的数据传送和格式转换。g s n 可以是一种类似于路由器的独立设备，也 可以与g s m 中的m s c 集成在一起。g s n 有两种类型：一种为s g s n ( s e r v i n g g s n ，服务g s n ) ，另一种为g g s n ( g a t e w a yg s n ，网关g s n ) ，s g s n 的主 要作用是记录移动终端的当前位置信息，并且在移动终端和g g s n 之间完成移 动分组数据的发送和接收。g g s n 主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据 网络连接，如i s d n 、p s p d n 和l a n 等。国外有些资料甚至将g g s n 称为g p r s 路由器。g g s n 可以把g s m 网中的g p r s 分组数据包进行协议转换，从而可以 把这些分组数据包传送到远端的t c p i p 或x 2 5 网络 6 1 。 g p r s 工作时，通过路由管理来进行寻址和建立数据连接，而g p r s 的路由 管理表现在以下三方面：移动终端发送数据的路由建立；移动终端接收数据的 路由建立；以及移动终端处于漫游时数据路由的建立。 对于第一种情况，当移动终端产生了一个p d u 分组数据单元，这个p d u 经过s n d c 层处理，称为s n d c 数据单元。然后经过l l c 层处理为l l c 帧通 过空中接口送到g s m 网络中移动终端所处的s g s n 。s g s n 把数据送到g g s n 。 g g s n 把收到的消息进行解装处理，转换为可在公用数据网中传送的格式( 如 p s p d n 的p d u ) ，最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率，并保证数 据传输的安全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。 在第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动终端时，首先通过 数据网的标准协议建立数据网和g g s n 之间的路由。数据网用户发出的数据单 元( 如p s p d n 中的p d u ) ，通过建立好的路由把数据单元p d u 送给g g s n 。 而g g s n 再把p d u 送给移动终端所在的s g s n 上，g s n 把p d u 封装成s n d c 数据单元，再经过l l c 层处理为l l c 帧单元，最终通过空中接口送给移动终端。 第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种情况 下的数据传送必须要经过归属地的g g s n ，然后送到用户a 端【6 】。 第l o 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 2 2 2g p r s 的特点 相对原来g s m 的电路交换数据传送方式，g p r s 采用分组交换技术。由于 使用“分组”技术，用户上网可以免受掉线的麻烦。此外，使用g p r s 上网的 方法与w a p 不同，用w a p 上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便 不能同时使用该电话线，但g p r s 则较优越，下载资料和通话可以同时进行。 从技术上来说，声音的传送( 即通话) 继续使用g s m ，而数据的传送则使 用g p r s ，就把移动电话的应用提升到一个更高层次，而且不需重新组网，十分 经济。g p r s 的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件、在i n t e r n e t 上浏览等。使用g p r s ，数据可实现分组发送和接受，这意味着用户总是在线且 按流量计费，降低了服务成本。 g p r s 的最大优势在于数据传输速度不是w a p 所能比拟的。目前的g s m 移 动通信网的传输速度为每秒9 6 k 字节，g p r s 手机在今年初推出时已达到 5 6 k b p s 的传输速度，到现在更是达到了115 k b p s ( 此速度是常用5 6 km o d e m 理 想速率的两倍) 。除了速度上的优势，g p r s 还有“永远在线”的特点，即用户 随时与网络保持联系。举个例子，用户访问i n t e m e t 时，点击一个超级链接，手 机就在无线信道上发送和接受数据，主页下载到本地后，没有数据传送，手机 就进入一种“准休眠状态，手机释放所用的无线频道给其它用户使用，这时 网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当用户再次点击，手机立即向网络 请求无线频道用来传送数据，而不像普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才 能上网。 2 2 3g p r s 的协议模型 u m 接口是g s m 的空中接口。u m 接口上的通信协议有5 层，自下而上依 次为物理层、m a c ( m e d i aa c c e s sc o n t r 0 1 ) 层、l l g ( l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 层、 s n d c 层和网络层。u m 接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提 供空中接口的各种逻辑信道。g s m 空中接口的载频带宽为2 0 0 k h z ，一个载频 分为8 个物理信道。如果8 个物理信道都分配为传送g p r s 数据，则原始数据 速率可达2 0 0 k b p s 。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达1 6 4 k b p s 左 右；m a c 为媒质访问控制层。m a c 的主要作用是定义和分配空中接口的g p r s 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动终端共享；l l g 层为逻辑链路控制层。 第1 1 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 它是一种基于高速数据链路规程h d l g 的无线链路协议；s n d c 被称为子网依 赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定t c p i p 地址和加 密方式；网络层的协议目前主要是p h a s e l 阶段提供的t c p i p 和l 2 5 协议。t c p i p 和x 2 5 协议对于传统的g s m 网络设备( 如：b s s 、n s s 等设备) 是透明的 7 1 。 2 2 4g p r s 的应用范围 g p r s 是在现有g s m 网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，在有 g p r s 承载业务支持的标准化网络协议的基础上，g p r s 可以提供系列交互式业 务服务【，j ： ( 1 ) 点对点面向连接的数据业务 为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务，该业务要求有建立连接、 数据传送以及连接释放等工作程序。 ( 2 ) 单点对多点业务 根据某个业务请求者的要求，把单一信息传送给多个用户。该业务又可以 分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和口多点传播业务。 ( 3 ) 点对点无连接型网络业务 各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建 立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护，是由口协议支 持的业务【7 j 。 g p r s 除了提供点对点、点对多点的数据业务外，还能支持用户终端业务、 补充业务、g s m 短消息业务和各种g p r s 电信业务。 g p r s 支持上行和下行的非对称传输更为有效地实现和i p 网络的互通。 g p r s 从协议结构上提供了和m 网络的互通功能。另外g p r s 可以更为便捷地 实现和x 2 5 网络的互通。g p r s 能向说，只是一个普通的子网。用户在拥有一 个电话号码的同时将拥有一个固定的或动用户提供i n t e m e t 所能提供的一切功 能，g p r s 对于i n t e m e t 的其它组成部分来态分配的p 地址。g p r s 用户的建 立时间更短。g p r s 运行者可以将用户的业务流量作为收费标准。g p r s 向用 户提供比g s m 数据业务更为丰富的数据业务( 还包括补充业务和短消息业务) ， 支持四种q o s 。 g p r s 在g s m 原有网络的基础上叠加了一层网络组成g s m g p r s 网络， 第1 2 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 g p r s 在g s m 网络的基础上增加了s g s n 、g g s n 、p c u 、计费网关( 可选) 、 边缘网关( 可选) 等实体，同时通过g p r s 骨干网实现各实体之间的连接。 优点： ( 1 ) 覆盖范围大：g p s 系统的有效服务范围即为g s m g p r s 移动通信网 的覆盖范围； ( 2 ) 系统建设投资少，信息服务费低( 一般费率：1 k 字节分钱) ； ( 3 ) 系统安装工程量小，建网快； ( 4 ) 系统运行维护工作量小。 2 3 1g i s 的概念 第三节g i s 地理信息处理技术 地理信息系统( g i s ，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 ) 是一种基于计算机的工 具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。g i s 技术把 地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作( 例如查询和 统计分析等) 集成在一起。这种能力使g i s 与其他信息系统相区别，从而使其在 广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用 价值。 g i s 由五个主要的元素所构成：硬件、软件、数据、人员和方法。 g i s 就是用来存储有关世界的信息，这些信息是可以通过地理关系连接在一 起的所有主题层集合。这个简单却非常有力和通用的概念，对于解决许多真实 世界的问题具有无价的作用，这些问题包括：跟踪传输工具、记录计划的详细 资料，模拟全球的大气循环等。 2 3 2w e b g i s 的概念 随着i n t e m e t 技术的不断发展和人们对地理信息系统( g i s ) 的需求，利用 i n t e m e t 在w e b 上发布和出版空间数据，为用户提供空间数据浏览、查询和分析 的功能，已经成为g i s 发展的必然趋势。于是，基于i n t e r n e t 技术的地理信息系统 - w e b g i s 就应运而生。 第1 3 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 w e b g i s 是i n t e r n e t 技术应用于g i s 开发的产物。g i s 通过w w w 功能得以扩 展，真正成为一种大众使用的工具。从w w w 的任意一个节点，i n t e r n e t 用户可以 浏览w e b g i s 站点中的空间数据、制作专题图，以及进行各种空间检索和空间分 析，从而使g i s 进入千家万户。 2 3 3w e b g i s 的特点 w e b g i s 是i n t e r n e t 技术应用于g i s 开发的产物。由于国际互联网( i n t c r n e t ) 的迅速崛起，使得w e b 技术成为高效的全球信息发布技术。因此，利用i n t c r n e t 技术在w e b 上发布地理信息，就能从w w w 的任意一个节点浏览w e b g i s 站点中 的地理信息，并进行各种信息检索和处理，这就为地理信息的开放和共享性提 供了切实可行的技术。总的来说，基于i n t e r n e t 的w e b g i s 具有以下几个方面的特 占【8 】 、 ( 1 ) 更广泛的访问范围。客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上 的最新数据，而这- - i n t c r n e t i n t r a n e t 所特有的优势大大方便了g i s 的数据管理， 使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 ( 2 ) 平台独立性。无论服务器客户机是何种机器，无论w e b g i s 服务器 端使用何种g i s 软件，由于使用了通用的w e b 浏览器，用户就可以透明地访问 w e b g i s 数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的 协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。 ( 3 ) 可以大规模降低系统成本。普通g i s 在每个客户端都要配备昂贵的专 业g i s 软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的 浪费。w e b g i s 在客户端通常只需使用w e b 浏览器( 有时还要加一些插件) ，其 软件成本与全套专业g i s 相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节 省的维护费用也不容忽视。 ( 4 ) 更简单的操作。要广泛推广g i s ，使g i s 系统为广大的普通用户所接受， 而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。 通用的w e b 浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 ( 5 ) 平衡高效的计算负载。传统的g i s 大都使用文件服务器结构的处理方 式，其处理能力完全依赖于客户端，效率较低。而当今一些高级的w e b g i s 能充 分利用网络资源，将基础性、全局性的处理交由服务器执行，而对数据量较小的简 第1 4 页 第二章g p s 车辆监控系统所涉及的技术 单操作则由客户端直接完成。这种计算模式能灵活高效地寻求计算负荷和网络 流量负载在服务器端和客户端的合理分配，是一种较理想的优化模式。 ( 6 ) 真正的信息共享。w e b