（通信与信息系统专业论文）车辆监控系统的设计和实现.pdf

i 摘 要 本文首先介绍了车辆监控系统目前的发展现状和未来发展趋势。 从系统设计的角度对车辆监控系统的各个组成部分（无线传输网络、移动车载终 端和监控中心）进行了分析并设计了相应的功能。描述了系统的主要通信协议，并设 计了应用层的协议。 监控中心软件采用模块化设计方法，将系统划分成了四个模块，即显示模块、数 据库模块、通信模块和控制模块，并指出了它们之间的关系。数据库模块的实现中， 我们选用的是 microsoft access 数据库，采用 odbc 数据库技术实现数据库的访问并 实现了一种动态加载 odbc 数据源的方法。 通信模块的主要功能是通过因特网发送和 接收消息，这里采用 socket 编程实现。控制模块是监控中心软件的核心，又可细分为 通信链路管理、数据格式转换和监控信息管理三个模块，它们一起来完成通信和监控 信息的管理。 论文对地理信息系统在系统中的应用进行了重点说明。描述了 mapx在 vc 环境 下的开发流程。创新性提出了采用视图拆分技术实现鹰眼图的方法，与其他实现鹰眼 图的方法相比，实现简单，操作便利。 车辆轨迹的回放采用了三种控制方式，即快速、 慢速和逐点播放，提出了模块化解决控制问题的思路。 实验结果表明，车辆监控系统实现了预期的功能，并为将来的功能扩充和完善提 供了接口。 关键词：车辆监控 , gprs , mapx , 鹰眼图 ii abstract the development status and trend of vehicle system is firstly introduced. each part of the system is detailed analysed in system design perspective, the basic function of each part is designed in this thesis. comunication protocal of the sysytem is described and protocal of application layer is designed. the software of server side is divided into four modules(display module、database moudule、 communication module and control module) based on modularization- devising method . database module is implemented, using access as the database and odbc as database access technology and one method of dynamicly load odbc database source is putted forward .the main function of communication module is sending and receiving message, which is implemented using socket. control module is the kernel of the system , it can be divided into three modules , namely , communication connection module、data format conversion module and monitoring message management module . three modules works together to communicate and manage monitoring message. application and implement of gis (geograhpic information system) is expatiated as the emphases. development procedure of mapx in vc is described. the implemental method of eagle- eye map using technology of view splitting is creatively proposed. compared with other method, this one is more simple and more convenient to operate. three kinds of control manner are used in vechile reappearance of track, namely, high speed, low speed, step by step. the clue of dispose the point using modularization- devising method is proposed. experimental result shows system has realized anticipant basic function. key word：vehicle monitoring , gprs , mapx , eagle- eye map 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承 担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和 借阅。 本人授权华中科技大学可以将本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和汇编本学位论文。 保密 ，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪论 1.1 课题来源 交通是国民经济的基础产业，也是社会发展和人民生活水平提高的基本条件，中 国自古以来把衣食住行列为人们生存的四大要素。交通运输的发达程度是衡量一个国 家现代化程度的标志之一。随着国民经济的快速发展，对交通运输的各种需求明显增 长，交通运输与社会经济生活的联系越来越紧密，与交通基础设施一起成为经济生活 中最活跃的方面之一。 目前，中国交通运输增长的需求主要还是靠建设更多的基础设施来满足，特别是 建设完善的城市道路网络、公路网、水运、铁路和航空等基础设施。 经过50年的建设， 特别是近些年的发展，中国的公路已经具有了一定的规模，干线公路已经初步形成网 络，客、货运输条件得到明显的改善。 虽然中国的交通建设和运输取得了巨大的成绩，我们也仍面临着巨大的挑战。中 国是一个经济持续高速发展的发展中国家，改革开放以来，城市化与汽车化发展十分 迅猛。城市化的迅速推进特别是大城市规模的扩张，带来了城市交通需求特别是机动 车数量的迅速增长。作为道路运输主要动力能源的石油和天然气，在我国能源总量中 所占的比重偏小，我国已经成为石油进口国，石油资源的紧张与运输效率的低下成为 中国交通运输发展中的重要问题。交通运输发展不仅要占用和消耗大量的能源，还产 生了大量的交通噪音和空气污染，对自然环境造成很大危害，因此，可持续发展战略 的实施对交通运输发展提出了很高的要求1。 随着经济与技术的发展，尽管我们仍将建设更多的基础设施，但它已不是解决交 通运输紧张的唯一办法。 面对越来越拥挤的交通， 有限的资源和财力以及环境的压力， 建设更多的基础设施将受到限制，充分利用现有的基础设施，通过改进管理方式、应 用新技术提高运输的效率是我们应该采取的一项重要措施。 智能交通系统（intelligent transportation system） ，简称its，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 2 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。its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2。 由于its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。运用了its系统的城市车辆堵塞和交通拥 挤状况可得到比较有效的解决，出行者的安全度和舒适度得到明显的提高，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。 为加快用高新技术改造传统产业， 科技部十分重视its 在国内的发展， 从1996 年 开始组织了its 领域的一系列国际交流和合作， 支持在国内开展研究和开发。 1997 年 和1998年由欧盟委员会信息总司和中国国家科委共同组织在北京和布鲁塞尔召开了 中欧智能交通系统研讨会，这些会议对中国有关方面技术人员认识智能运输系统起到 了很好的作用。“ 十一五” 期间，在我国交通发展规划中确定了智能交通系统发展的总 体战略，并结合我国城市的特点，指定北京、上海、重庆、天津等十个城市为its示 范城市。gps车辆监控系统即是智能交通领域内的一项重要内容1。 1.2 车辆监控系统的现状和发展趋势 车辆监控系统是把卫星定位技术（gps） 、地理信息系统（gis）和现代通讯技术 综合在一起的高科技系统。其主要功能是将任何装有gps接收机的移动载体的动态位 置（经度、纬度和高度） 、时间、状态等信息，实时地通过无线通信网传至主控基地 中心，而后在具有强大地理信息处理和查询功能的电子地图上进行载体运动轨迹的显 示，并能对载体的准确位置、速度、运动方向、车辆状态等用户感兴趣的参数进行监 控和查询。由于此类系统可监控车辆的运行轨迹和状态，调度管理方便，可广泛地应 用于物流运输，出租车，公交车，交警公安和银行运钞等的监控管理3。 我国车辆监控系统是从九十年代发展起来的。“九五”期间，交通部为配合智能 交通系统的开发，开展了智能交通系统发展战略研究、gps 定位与导航系统研究，基 于 gps 的路政车辆管理系统研究等一系列项目，为今后的开发和应用打下了坚实的 基础1。在“九五”末期，国内部分高新技术企业开始注意到 its 的发展和市场前景， 着手仿制国外的一些产品，如车载导航器、视频车辆识别设备、自动收费设备等。近 3 年来，国内一些著名的 it 公司和工程公司也因为北京、上海、广东、山东、四川、 重庆等地 its 项目的不断上马，开始倾注大量的资金和人力进行 its 相关工程应用 技术和产品的开发。目前，在北京、上海、广州、深圳等大城市很多出租车公司已经 引入了 gps 车辆监控调度系统，这些系统在车辆防盗、防抢、降低空载等方面表现突 出。 车辆监控系统的未来发展趋势主要表现在两个方面：一是移动车载终端的发展趋 势是集车辆监控调度和车辆导航于一体的车载信息系统；二是车辆监控调度系统的发 展趋势是由功能单一型、区域型向网络化服务型、大范围乃至全国联网发展。随着我 国 gprs 和 cdma 系统的相继开通和完善，系统的数据传输速率也向高速发展，由 此可见车辆监控系统具有巨大的潜能和诱人的前景5。 1.3 论文的主要工作和特点 本人硕士期间研究工作的重点是设计并实现车辆监控系统的监控中心软件，包括 车辆监控，地图操作及数据的管理和维护等主要功能。本论文设计实现了完善的数据 库系统，嵌入 mapx控件，创新性的采用了视图拆分技术实现了鹰眼图功能，大大方 便了用户对监控系统的管理和维护。 本论文的章节安排如下： 第一章 绪论部分，概述了智能交通系统（its）和车辆监控系统的概念及它们的 发展现状和趋势。 第二章 从系统设计的角度对车辆监控系统的各个组成部分（无线传输网络、移 动车载终端和监控中心）进行了分析，设计了监控中心软件的功能，最后描述了系统 的主要通信协议，并设计了应用层的协议。 第三章 监控中心软件采用模块化设计方法，将系统划分成了四个模块，即显示 模块、数据库模块、通信模块和控制模块，并指出了它们之间的关系。数据库模块的 实现中，我们选用的是 microsoft access 数据库，采用 odbc 数据库技术实现数据库 的访问并提出了一种动态加载 odbc 数据库的方法。 通信模块的主要功能是通过因特 网发送和接收消息，这里采用 socket 编程实现。控制模块是监控中心软件的核心，又 4 可细分为通信链路管理、数据格式转换和监控信息管理三个模块，它们一起来完成通 信和监控信息的管理。 第四章 对地理信息系统在监控中心的应用及实现进行了重点讨论。本系统采用 mapx控件进行地理信息系统方面的开发，详细说明 mapx 在 vc 环境下的实现。创 新性提出了采用视图拆分技术实现鹰眼图的方法，与其他实现鹰眼图的方法相比，实 现简单，操作便利。 车辆轨迹的回放采用了三种控制方式，即快速、慢速和逐点播放， 提出了模块化解决控制问题的思路。 第五章 实验结果与讨论。主要针对单机版的中心端程序和车载端协调进行实验， 以及通过编写的客户端软件， 模拟 gprs 接收/发送数据来和中心端程序进行数据交互 实验，描述了实验结果和系统的不足之处，并对今后工作提出了改进意见。 5 2 车辆监控系统总体设计 车辆监控系统主要由三部分组成，即无线数据传输网络、移动车载终端和监控中 心。图 2.1 是车辆监控系统的组成描述。它的工作原理是：移动车载终端通过 gps 模 块实时获取 gps 定位信息并通过无线数据传输网络发送到监控中心， 监控中心根据收 到的 gps 定位信息将各个车辆的运行轨迹以符号化的形式显示在电子地图上。 下面将 分述各个部分的组成结构及设计思路。 图 2.1 车辆监控系统组成 2.1 无线数据传输网络 无线数据传输网负责监控中心和移动车载终端之间数据的传输，是系统的经脉。 它的性能决定了系统的容量、稳定性、可扩展性、运行成本等很多方面，因此必须根 据系统数据传输的特点来选择合适的数据传输网络。本系统需要传输的基本数据是 gps 定位信息，为了以后车载端功能的扩展，还将语音、视频等数据的传输纳入了考 虑因素之内。 2.1.1 传输网络的选择 当前在车辆监控系统中常用的传输方式有 vhf/uhf 单信道呼叫、 集群移动通信、 gsm/sms 及 gprs 等几种。 6 vhf/uhf 单信道呼叫方式在 gps 车辆监控系统中属早期的移动通信方式。在这 种方式下，车载终端与监控中心通过 vhf/uhf 电台在约定的频道上传送信息，并可 采用综合跳频（hf） 、时分多路（tdma） 、码分多址（cdma）等技术手段有效利用 信延容量，以避免不同车辆之间的相互干扰，保证移动车载终端与监控中心站之间的 正常通信。但是这种方式能够监控的车载终端数量有限、监控区域也有限。 集群通信系统是专用调度通信系统，是一种共享频率资源、分担费用、共享信道 资源、改善服务的多用途、高效能的无线调度系统。集群移动通信系统多样化的呼叫 方式如群呼、组呼等加强了控制中心对车辆的调度能力。但它具有这样的缺点：由于 集群系统属于专用移动通信网， 因此集群网的覆盖范围一般不大、 容量也不可能太大。 这就限制了对车辆的监控数量和范围，不能满足大范围多车辆监控的需要6。 gsm(global system for mobile communication)系统是目前国内移动通信体制中 最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国已建成了覆盖全国的 gsm 数字蜂窝移 动通信网，是我国公众陆地移动通信网的主要方式。gsm 的短消息业务 sms(short message service)与话音传输及传真一样同为 gsm 数字蜂窝移动通信网络提供的主要 电信业务，它通过无线控制信道进行传输，由短消息业务中心完成存储和前转功能， 不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消 息服务中心再转发给最终的信宿7。这样通信方式，因其方便、高效成为目前众多车 辆监控系统开发商的首选。然而利用这种方式也非十全十美。首先，运营费用高。目 前国内的 gms/sms 服务按发送条数收费，每条短消息的费用为 0.10 元。在这种情况 下如实时监控每辆车的运行状况，势必造成高额运营、服务费用。 这对于警务、运钞、 急救等以外的非特殊行业不仅车辆监控服务商无法承担， 普通用户也会因此而却步8。 这样很不利于车辆监控系统的普及和推广。基于 gsm/sms 的车辆监控系统在其通讯 体制上决定了移动终端和监控中心之间不能进行大量的数据传输，只能传输少量 gps 定位信息，是系统的扩展的一个重要障碍。 通用分组无线业务(general packet radio service)，简称 gprs，是在现有的 gsm 系统上发展起来的用于在移动电话网络中进行数据传送的一种新型非语音增值服务。 作为 gsm 中现有电路交换系统与短消息服务的补充，它提供给移动用户无线分组数 7 据接入的服务。gprs 在移动用户和远端的数据网络之间提供一种连接，从而给移动 用户提供高速无线 ip 和无线 x.25 业务。相对 gsm 原有的拨号方式的电路交换数据 传送方式，gprs 具有实时在线、按量计费、快捷登录、高速传输、自动切换、资源 共享、丰富带宽等优点，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输， 也适用于偶尔的大数据量传输8。 gprs 的数据传输特点正好跟车辆监控系统的数据传输特点相吻合，采用 gprs 作为系统的无线传输网络不仅保证了系统的高速运行，还为以后的视频语音功能的扩 展提供了条件，因此我们采用 gprs 作为本系统的无线传输网络。 2.1.2 gprs 网络传输特点 下面就系统功能的可扩展性、运营成本等方面对 gprs 进行分析，总结了 gprs 作为系统无线传输网络的优势。 （1）运营费用低。gprs 按流量进行计费，这一点明显优于按短消息条数进行计 费的 gsm/sms 方式。目前 gprs 收费标准是这样的，自由使用时 0.03 元/kb,如果使 用经济套餐，其数据量在 1m/月以内为每月 20 元，超出部分 0.01 元/kb。另外，系统 在运行期间可以根据具体情况选择合适的套餐进行使用。 （2）可扩展的功能较多。采用 gprs 运行平台后，移动车载终端除了具有车辆 监控功能外，还可以扩展其他功能，如通过 gprs 进行信息点播、浏览 internet、收 发 email 等。为用户提供了更加灵活的选择，用户可以自由选择不同车辆监控系统运 营商提供的服务，也可以通过 internet 自行监控车辆，运营商的介入与否对车载单元 的功能不会产生实质性的影响11。 2.1.3 gprs 网络逻辑结构 gprs 网络是在 gsm 电话网的基础上增加以下功能实体构成的： sgsn（serving gprs support node，服务 gprs 节点） 、ggsn（gateway gprs support node，网关 gprs 节点） 、 ptmsc （点对多点服务中心） 。 系统各部分要做如下的更新才能进行 gprs 数据的通信：共用 gsm 基站但要进行软件的更新；采用新的 gprs 移动台；gprs 要 增加新的移动性管理程序；通过路由器实现 gprs 骨干网互联；gsm 网络系统要进行 软件更新和增加新的 map 信令和 gprs 信 令等。其系统网络如图 2.2 所示13。 8 图 2.2 gprs 系统逻辑结构 由图 2.2 可知，数据从含有 gprs 模块的终端传输到 internet 要经过四个设备， ms（mobile station，手机） 、bss（base station system，基站系统） 、sgsn 和 ggsn 14。其中，sgsn 和 ggsn 是新增设备，而 ms 和 bss 需要进行设备的软硬件升级。 它们的主要功能如下： ms：一方面，处理空中接口的上下行传输；另一方面，将数据信息发给与之连 接的计算机。 bss：通常包括一系列设备。负责分配空中的信道资源，并在手机和 sgsn 之间 转发信息。 sgsn：是无线部分和数据网部分的分界线，负责记录移动台的当前位置信息， 并且在移动台和 ggsn 之间完成移动分组数据的发送和接收。 ggsn： 主要是起网关作用， 它可以和多种不同的数据网络连接， 如 isdn、 pspdn 和 lan 等。ggsn 可以把 gsm 网中的 gprs 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 tcpip 或 x.25 网络。 上述四个设备将智能终端设备和 internet 连接起来，完成无线上网的数据传输工 作。 9 2.2 移动车载终端 移动车载终端是车载监控系统的重要组成部分，它相当于整个系统的“传感器” ， 被安装在需要监控管理的车辆上。 车载终端通过 gps 模块接收导航卫星网络的测距信 息，将车辆的经度、纬度、速度、时间等信息传送给微控制器，微控制器通过 gprs 模块与监控中心进行双向的信息交互，完成相应的功能。图 2.3 为移动车载终端的原 理框图。 我们为车载终端设计的功能有：gps 定位；双向数据通讯；被劫报警、防盗报警、 超速报警；调度应答；黑匣子；车辆故障求助、医疗求助、引路求助；全国漫游通话、 电话免提；远程遥控；远程参数配置等；数字键、挂机、摘机键盘。其中 gps 定位、 双向数据通讯、报警是车载终端应该具有的最基本功能。 图 2.3 车载终端原理方框图 本系统我们采用 rockwell公司制造的 jupiter 并行 12 通道 gps 接收机模块。 它体积小，重量轻、功耗低；首次定位和重新捕获时间短；有极强的树荫和高楼遮挡 能力；提供载波相位输出；无静态漂移；操作简便14 。 10 gprs 模块是移动车载终端的重要组成部分，目前市场上主要两种类型的 gprs 模块可供选择：一种是不具有 tcp/ip 协议栈的模块，如 siemens 公司的 mc35，另外 一种是具有 tcp/ip 协议栈的模块，如 gr47、mc55、sim100 等。选择前一种模块进 行开发时，由于要在中心控制模块 cpu 内实现 tcp/ip 协议，因此对 cpu 的要求很 高，一般的解决方法是选择 arm cpu，嵌入实时操作系统，然后在操作系统中移植 tcp/ip 协议栈，这种方案复杂而且繁琐，有时甚至超过了应用本身的工作量17。 综合系统开发周期及成本等因素，我们选择了一种价格便宜，功能齐全的 gprs 模块，即 simcom 推出的 sim100，它是 gsm/gprs 双频模块，内嵌 tcp/ip 协议 栈，屏蔽了 gprs 模块的复杂接口方式和接口协议栈，取而代之的是通用的 232 接 口和简单的 at 命令交互，开发起来简单方便，可以大大缩短开发周期15 16。 2.3 监控中心 监控中心是一台接入互联网的计算机，当监控系统的规模较大时，可以用多台计 算机构成局域网。 由于移动车载终端的 gprs 设备拨号连入因特网后，移动运营商会为其动态分配 一个私有 ip 地址，移动车载终端必须通过移动运营商的网关才能与互联网进行数据 交互，对互联网的外界表现为网关的公有 ip 地址和一个特定端口号。监控中心在通 信的开始阶段，并不知道各个移动车载终端的这个 ip 地址和端口号，一直处于被动 接收车载终端数据的状态，所以监控中心必须具有一个固定的公有 ip 地址以便车载 终端建立连接和发送数据。 系统为监控中心设计的主要功能有： （1） 用户登陆管理：对登陆系统的用户进行管理，后台数据库中记录下登陆用 户的登陆和退出时间，便于考勤记录和系统运行管理。 （2） 管理员信息管理：管理员信息资料及帐号管理，通过高级管理员可以添加 或者修改其他管理员的管理等级，以及添加管理员资料。具体数据表信息参见数据库 功能实现部分。 （3） 车辆信息管理：指的是车辆信息管理，中心由包括车号、车主及相关状态 11 信息的数据库实现对所管辖范围内的车辆信息进行管理。具体数据表信息参考数据库 的设计和管理部分。该数据表的设计符合了数据库表的设计原则，减少数据冗余，包 含了所有的基本信息，为系统的拓展留下了余地，例如如果以后要按照客户要求开放 根据报警以及监控信息量的多少来统计被监控车辆应该交纳的信息费用，则可以根据 统计对应该车辆的时间段记录的条数与单项信息的权值的乘积来得到用户必须交纳 的费用。 （4） 运行日志管理：包括两方面的信息。一是为了系统安全考虑保存的管理员 的登陆信息。二是在数据库中对报警、处警、故障、记录和移动目标的运行轨迹等数 据进行详细的记录，方便用户查询；查询方式中，可以通过选择时间段、指定车号等 进行联合查询，也可根据以后具体的需要定制查询方式。 （5） 电子地图功能：对矢量化的电子地图可实现分层次、多种显示方式、画面 自动移动、地图缩放、自动漫游等功能，系统可以显示各种矢量化的电子地图；并且 通过在数据库中存储下各个城市电子地图的边界点，可以根据获得的具体的定位信息 来自动调出所对应的地图。 （6） 处警功能：监控管辖范围内的移动和固定目标，对于那些报警的目标能在 较短时间内进行识别，并及时通知监控人员，从而快速做出处理； （可以采用声音或 者警报标志来发出报警信号，监控人员根据警情采取进一步的措施）车辆的警报主要 包括人工警情和遇险自动报警；监控中心根据警情立即采取相关措施；比如：车辆出 现故障，中心得知后可以马上联系维修人员；车辆被抢，车载端会发送报警信号，中 心端迅速显示，同时人工切断发送来的报警信号，然后拨打 110 报警。 （7） 历史轨迹回放：可选定数据库中存储的某车辆在某段时间内接收的车辆位 置信息、受警记录等详细记录进行回放。 （8） 辅助决策：可以对重点单位目标、道路等地理信息的查询，车辆信息及现 时位置的查询，同时具有距离测定（标尺）等功能。管理员可以根据这些信息作出科 学的决策。地图上一些重要的目标可以根据他们的特性分类分层次存储在数据库系统 中，方便以后系统的扩充。例如查找周围最近的加油站的步骤是：调出加油站图层， 以需要加油的车辆为中心以某个设定的初始半径选择圆形区域，如果在该区域中不含 12 有加油站，则扩大圆半径选择，然后对被选择的区域中的加油站与该车辆的位置相比 较，获得最近的加油站信息，通知该车辆人员。 （9） 监控功能：监控中心根据实际情况要求受控车辆发回当前状态信息并可对 受控车辆发出控制命令。 对于多车辆监控的实现， 可以在一个屏幕上同时监控两辆车， 采用多线程技术，以及分层透明显示技术，以不同颜色的线条和标识点来区分车辆， 从而实现多车辆监控。 （10） 远程控制功能：监控中心可以对车辆的参数进行远程设置，对车辆实施远 程锁门、远程熄火。 （11） 路径查询功能：在四通八达的道路中寻找最优路径，需要考虑的因素很多， 如：两点间的距离因素，实时路况因素，红绿灯因素等。通过给这些因素设置不同的 权值来综合选择出最优路径。 （12） 车辆调度功能：针对不同的用户需求可以开发出适合城市出租车调度，物 流货运调度，特服中心调度的系统。该功能由调度中心通过中心机给车载端发送调度 指令，以及车载端返回确认信息组成。 （13） 鹰眼图功能：在鹰眼图窗口中显示主地图窗口在整个地图中的视野范围， 并且可以通过鹰眼图窗口的红色方框来快速移动定位地图，避免了利用地图的基本操 作（漫游、放大、缩小等）来定位地图的繁琐。这个功能对于多辆车的监控非常方便 有效。 （14） 某时间段的特定车辆的行车轨迹数据可以方便的打印出。或者根据具体客 户需要，制定出所需信息的报表。 2.4 通信协议设计 本系统用到的通信协议主要有网络层的 tcp/ip 协议和应用层协议。应用层分为 加密层、应用协议层和高级应用层，其作用是规范移动车载终端和监控中心之间的通 信行为，保证终端和中心可以准确、唯一地解释对方的消息，并保证数据在传输层通 信的可靠性、准确性和安全性，最终完成系统的具体应用18。 internet的核心层是网络层和传输层，相应的核心协议是 ip 和 tcp 协议。其中 ip 13 协议的主要功能包括无连接的数据报发送，数据寻径和差错处理三部分。 ip 协议向上层提供统一的 ip 数据报，使多种物理帧的差异对上层协议来说不复 存在，因此，ip 协议是 tcp/ip 协议异种网互连的第一步。其特点如下： （1）ip 层作为通信子网的最高层，提供无连接的数据报传输机制，只负责传递， 但是无论正确与否，不做验证，不发确认。 （2）ip 协议是点到点，它根据 ip 地址确定通信的下一步，只有确定了通信的下 一点，点到点通信才能连接起来。其优点是使 tcp/ip 协议简洁清晰，效率相当高。 ip 协议规定了数据传输的基本单元及所有数据传过网际时的确切形式， 除了正规 的数据格式外，ip 还包括一组规则，这组规则指定报文组如何处理，以及出现错误时 如何解决，尤其是 ip 包括不可靠递交的办法及报文分组路由选择的具体办法。 udp 协议建立在 ip 协议之上，相对于 ip 协议，它唯一增加了的能力是提供了协 议端口，同 ip 协议一样，udp 协议提供无连接的数据报传输机制，以保证进程通信， 与 ip 协议一样，只负责传递，但是无论正确到达与否，不做验证，不发确认。 tcp/ip 协议的可靠性体现在传输层，传输层协议之一的 tcp 提供了面向连接的 服务，保证数据的无差错传输。 tcp 协议除了提供和 udp 一样的进程通信能力外，主要特点是可靠性很高，几 乎可以解决所有的可靠性问题，tcp 提供面向连接的流传输。面向连接性的可靠性保 证： （1） 在进行实际传输前， 必须在信源和信宿端建立一条连接， 这一点有点象 pstn 网上打电话一样。如果连接不成立，不会象 udp 那样发数据。 （2）每一报文都要接收端确认，来确认报文是出错还是正确，tcp 可靠性获得 的基本技术是确认与超时重传，另外还有流量控制与拥塞控制等。 tcp 采用滑动协议来实现确认与超时重传； tcp 拥塞控制同也是基于滑动窗口协 议的， 通过限制发生端向网际网注入报文的速率而达到控制拥塞的目的。 具体说， tcp 通过控制发送窗口的大小来控制拥塞，决定发送窗口大小的因素有两个，即接收方所 通告的窗口大小和发送端的拥塞窗口的大小，发送窗口取两者之间的最小者，当没有 发生拥塞时，两者相等；发生拥塞时，将减小发送窗口19。 14 本系统设计的应用层协议如下： 移动端发送的字符串格式为： aaaaaa,yyyymmdd,hhffss,kkkkkkkkk,llllllll,wwwwwww,ssss,jj 各个字段的具体含义是： aaaaaa 移动终端唯一设备编号（即注册的车的代号） yyyymmdd 发送消息的年月日 hhffss 发送消息的具体时间：xx小时 xx分钟 xx秒 kkkkkkkkk 预留位，为系统扩展和调度准备 llllllll 定位精度以 xxx度 xx分 xxx秒来表示 wwwwwww 定位纬度以 xx度 xx分 xxx秒来表示 ssss 移动速度 jj 报警类型 00：正常， 01：人工报警， 02：自动报警，共 256 种状态。 中心端发送的字符串格式： aaaaaa,bb,ccc,ddd，eeeeee 其具体的含义是： aaaaaa 移动终端设备唯一编号 bb 控制命令功能编号 ccc 移动终端回传数据的时间间隔 ddd 连续回传数据的次数(当 dd=99 时为不间断向中心传数据) eeeeee 预留字段 15 3 监控中心软件设计和实现 监控中心的软件开发我们选用visual c+6.0为开发环境， 因为c+语言应用灵活， 功能强大，并对网络编程和数据库有强大的支持。本章采用模块化程序设计方法，将 监控中心分为四个模块，并给出了各个模块的实现方案。 3.1 总体描述 人们在设计一个大系统时一般将系统分成几个小系统，然后又将小系统分成一组 更小的模块，这样层次划分，将一个庞大的系统分成许多小模块组成，这种设计方法 称为分层模块化设计方法。模块化程序设计有如下好处： （1） 各模块相对独立，功能单一，结构清洗，接口简单； （2） 降低了程序设计的复杂性； （3） 缩短开发周期； （4） 避免程序开发的重复劳动； （5） 易于维护和功能扩充。 本系统采用模块化设计思想，按照目前广为流行的面向对象的程序设计方法，对 程序进行模块划分，不同的模块对应不同的功能，划分模块时尽量使模块的内部联系 加强，而模块间的外部联系则尽可能减小，以避免模块间的相互影响和牵制。 根据 2.3 节对监控中心功能的描述，我们将软件分成了四个模块：显示模块、数 据库模块、通信模块和控制模块，它们之间的关系如图 3.1 所示。 图 3.1 监控中心软件模块划分 16 我们可以通过这样的一次数据处理过程来描述这四个模块之间的关系：通信模块 负责接收从因特网发来的数据， 当数据到达时， 它将这些数据发送给主窗口的缓冲区， 再由控制模块对符合要求的数据进行处理后存储到数据库中，同时请求显示模块更新 界面20。 3.1.1 显示模块 这个模块实现的主要功能有利用 mapx控件显示电子地图， 对电子地图进行漫游、 放大、缩小、选择等。其它关于地图的处理，如创建临时图层、图元也在这个模块中 实现。此模块是车辆监控系统中的难点，也是关键。这一部分的内容会在第四章进行 详细的论述。 3.1.2 数据库模块 数据库模块实现的主要功能是对系统中用到的数据库包括车辆信息、 gps 定位信 息、管理员信息、管理员登录日志、报警处理日志进行管理和维护。 3.1.3 通信模块 这一模块实现的主要功能是接收来自移动车载终端的定位信息和发送调度控制 信息。 移动车载终端和监控中心之间数据的传输是通过因特网进行的， 我们通过socket 编程实现这一部分的功能。 3.1.4 控制模块 控制模块的主要功能是通信链路管理、数据格式转化和监控信息的管理。 下面对各个模块的实现方案进行分述。 3.2 数据库的设计与管理 3.2.1 数据库的表结构 本系统中涉及的数据库属于小型数据库，没必要采用 visual foxpro，sql server 等复杂的数据库系统进行开发，相对于这些数据库来讲，access数据库更简单易学， 而且功能比较强大，足以应付本系统中数据库处理的需要，所以本系统选用 access 进行数据库的开发。 17 根据数据库设计的最优化原则和系统要求，我们设计了两个 acess 数据库，gps 和user。 gps数据库主要存储车辆的gps定位信息和车辆信息， 包含有两个表tgpsinfo 和 tcarinfo。user 数据库主要存储用户信息和系统日志，包含三个表 tuserinfo、 tuserlog和 talarmlog。表 3.13.5 是对这几个表结构的说明。 根据表内存储的内容，规定了各个表的如下访问权限。表 tgpsinfo 内的定位数 据只能在软件运行过程中由程序写入。tuserlog 和 talarmlog 记录的分别是用户登 录日志和报警信息处理日志，也只能在软件运行过程中由程序写入。表 tcarinfo、 tuuserinfo 内的数据只能在软件运行过程中由最高级别的管理员进行修改。 表 3.1 车辆信息表结构 表名 tcarinfo 列名 数据类型（精度范围） 空/非空 约束条件 carid(车辆编号) 文本（5 个字符） 非空 主关键字 carnum (车牌号码) 文本（10 个字符） 非空 无重复 ownername(车主姓名) 文本（10 个字符） 非空 ownertel(车主固定电话号码) 文本（15 个字符） 空 ownermobile(车主移动电话号) 文本（20 个字符） 空 simnum (sim 卡号) 文本（20 个字符） 非空 addition(备注说明) 文本 空 表 3.2 定位信息表结构 表名 tgpsinfo 列名 数据类型（精度范围） 空/非空 约束条件 id 长整型(自动编号) 非空 主关键字 carid(车辆编号) 文本（5 个字符） 非空 无重复 longtitude(经度) 数字(双精度型) 非空 latitude(纬度) 数字(双精度型) 非空 speed(速度) 数字(单精度) 非空 infotype(警情) 数字(字节) 非空 sendtime(信息发送时间) 常规时间 非空 rcvtime(信息接收时间) 常规时间 非空 18 表 3.3 用户信息表结构 表名 tuserinfo 列名 数据类型（精度范围） 空/非空 约束条件 userid (用户账号) 文本（10 个字符） 非空 主关键字 password(用户密码) 文本（6 个字符） 非空 privilege(用户权限) 数字（ 字节 ） 非空 name(用户姓名) 文本（10 个字符） 非空 mobile (用户移动电话) 文本（20 个字符） 非空 tel(用户固话) 文本（15 个字符） 非空 表 3.4 用户日志表结构 表名 tuserlog 列名 数据类型（精度范围） 空/非空 约束条件 id 自动编号、长整形（递增） 非空 主关键字 userid(用户账号) 文本（10 个字符） 非空 starttime(报警时间) 常规时间 非空 endtime(报警结束时间) 常规时间 非空 operate(用户的处理) 文本 非空 表 3.5 报警日志表结构 表名 talarminfo 列名 数据类型（字段大小） 空/非空 备注 id 自动编号、长整形（递增） 非空 主关键字 userid(用户帐号) 文本（10 个字符） 非空 processresult(处理方法) 文本（100 个字符） 非空 carid（车辆编号） 文本（5 个字符） 非空 rcvtime(信息接收时间) 常规时间 非空 processtime(处理时间) 常规时间 非空 3.2.2 在 vc 环境下开发数据库 根据数据库的类型和各种数据存取技术的特点，我们采用了 odbc 数据库技术。 虽然 dao 技术是微软为了让程序员访问 access 数据库而实现的，用它来访问 19 access 数据库非常有效率， 但是它只能访问 access97 并且目前它已经慢慢接近于 维护的状态，所以我们采用了稳定并且执行效率良好的数据存取引擎 odbc21。 下面介绍用 odbc 数据库技术进行数据库的开发的步骤。 （1） 按照上一节的要求创建两个 access 数据库 user.mdb 和 gps.mdb。 （2） 配置这两个数据库，具体操作方法是：控制面板管理工具数据源 （odbc） ，在“用户 dsn”一项选择“添加”按钮，然后选择想要配置的数据源的 驱动程序，即 microsoft access(*.mdb)，点击“完成”按钮进入数据源选择对话框， 点击“选择”按钮在相应的文件夹内找到某一个数据库并选择，最后点击“确定”按 钮，用户数据库就完成了配置。 （3） 在“mfc 向导”中选择“添加新类” ，输入类名称，如 calarmlogrecordset， 选择其基类为 crecordset，点击“确定”之后选择相应的数据源和表，就可以建立相 应的记录集类。创建新类成功后，class wizard会为这个类添加一些数据成员，这些 数据成员分别与各个表中的字段相对应。例如：与 tcarinfo 数据库中 carid 字段相对 应的数据成员为 m_carid。 （4） 使用 crecordset 类的一些成员函数对数据库进行管理，常用的成员函数有： open：打开记录集。 close：关闭记录集。 isopen：判断记录集是否打开。 iseof：判断记录集是否到达表的最后一个记录。 movenext：移动到当前记录的下一个记录上。 以下是判断用户登录时用户名和密码是否正确的一段源码，它包含了数据库常用 的一些操作，系统中对其他数据库的处理思路与它类似。源码中的 strid 是用户输入 的用户帐号，strpw 是用户输入的密码，bismanager 是程序中标志用户是否是管理员 的一个布尔型变量。 cuserinforecordset* puserset; puserset=new cuserinforecordset; try 20 puserset- open(); puserset- movefirst(); while(!puserset- iseof() if(puserset- m_userid=strid) if(puserset- m_password=strpw) m_tstarttime=ctime:getcurrenttime(); if(puserset- m_privilege =manager) m_bismanager=1; cmainframe* frame=(cmainframe*)afxgetapp()- m_pmainwnd; cmenu* pmenu=pframe- getmenu(); pmenu- enablemenuitem(2,mf_byposition|mf_enabled); pframe- drawmenubar(); puserset- movenext(); puserset- close(); catch (cexception*