基于GPS的車輛導(dǎo)航及GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

引言

    近年來，對機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、數(shù)量眾多的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)控、緊急救援和提供各種信息服務(wù)的需求，在客運(yùn)、公安、銀行、物流等行業(yè)表現(xiàn)得尤為突出。通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)的出現(xiàn)，使得人們能夠?qū)σ苿?dòng)目標(biāo)進(jìn)行全國范圍、實(shí)時(shí)、全天候的監(jiān)控調(diào)度。將GPS定位技術(shù)和GPRS相結(jié)合，具有廣泛的應(yīng)用前景。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    整個(gè)定位導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)主要由車載終端(包括微型工控機(jī)、觸摸屏、GPS接收模塊、GPRS通信模塊和電源等)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心DSC(TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器)兩部分組成。

    車載終端的GPS模塊實(shí)時(shí)接收全球定位衛(wèi)星的位置、時(shí)間等數(shù)據(jù)，一方面發(fā)送給車內(nèi)的微型單板計(jì)算機(jī)，得到車輛的當(dāng)前位置并且在電子地圖上顯示；另一方面，數(shù)據(jù)將通過GPRS終端模塊發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心服務(wù)器，使得監(jiān)控中心能實(shí)時(shí)得到所有車輛的位置信息，給車輛的安全監(jiān)控以及遠(yuǎn)程調(diào)度提供了基礎(chǔ)。

車載終端

    車載終端硬件組成如圖1所示。

　　

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                                  圖1 車載終端硬件組成原理圖

GPS接收模塊

    GPS由三部分組成，空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)部分。空間星座部分由24顆導(dǎo)航衛(wèi)星構(gòu)成，相當(dāng)于提供了24個(gè)已知空間點(diǎn)。地面監(jiān)控部分是用來監(jiān)測衛(wèi)星的狀態(tài)，對衛(wèi)星軌道信息進(jìn)行修正。用戶接收機(jī)用來接收衛(wèi)星信號并完成信號的分析與計(jì)算，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息。

    本文選用了天寶(Trimble)公司的Lassen SQ/IQ系列GPS接收模塊。該模塊支持的數(shù)據(jù)格式有TSIP和NEMA0183，在目前的軟件系統(tǒng)中，通常使用NEMA0183格式的數(shù)據(jù)。NEMA 0183協(xié)議允許信號源通過一根雙絞線將數(shù)據(jù)以串行通信方式發(fā)送到一個(gè)或者多個(gè)接收端。

微型工控機(jī)

    GPS模塊的數(shù)據(jù)通過RS-232串口直接發(fā)送到微型工控機(jī)，通過工控機(jī)上運(yùn)行的電子地圖軟件，能夠顯示出車輛當(dāng)前的位置和各個(gè)主要地理位置。微型工控機(jī)不但具有普通計(jì)算機(jī)所有的功能，并且具有很高的集成度，體積小、重量輕、方便安裝。

GPRS通信模塊

    車載終端嵌入了GPRS通信模塊，它將GPS接收模塊的位置信息實(shí)時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)了所有車輛的監(jiān)控和調(diào)度。

    作為監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，首先要考慮監(jiān)控覆蓋范圍、實(shí)時(shí)性、調(diào)度業(yè)務(wù)、車輛容量、刷新速率等要求，選擇合適的無線數(shù)據(jù)鏈路和電子地圖，并開發(fā)相應(yīng)的業(yè)務(wù)軟件。GPRS/IP/TCP/UDP協(xié)議棧可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換，而且在現(xiàn)有的公用無線通信系統(tǒng)中擁有最大的帶寬，與目前流行的短消息傳輸方式相比，在相同數(shù)據(jù)長度、相同時(shí)間間隔下，其通信費(fèi)用是短消息方式的1/6，甚至更少。本文使用深圳宏電公司的GPRS DTU H7000系列無線通信模塊實(shí)現(xiàn)GPRS的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)無線通信模塊登陸到GPRS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將實(shí)時(shí)地把GPS接收模塊的位置信息發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，以供監(jiān)控和調(diào)度使用。

監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)

    監(jiān)控中心就是一臺具有公網(wǎng)IP地址的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，通過編寫數(shù)據(jù)中心的監(jiān)控系統(tǒng)軟件(主要由通信模塊、電子地圖數(shù)據(jù)庫、車輛信息數(shù)據(jù)庫等組成)，監(jiān)控中心將實(shí)時(shí)接收車載終端通過無線通信模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析和存儲(chǔ)，將所有車輛的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都顯示在電子地圖上。并針對不同的情況進(jìn)行提示和報(bào)警。

    監(jiān)控中心也可以采用WebGIS技術(shù)，使用C/S或者B/S構(gòu)架，監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)服務(wù)器可以處于不同的物理位置。由于數(shù)據(jù)服務(wù)器對設(shè)備的可靠性和相應(yīng)的運(yùn)營、維護(hù)要求較高，所以從經(jīng)濟(jì)效益上來看，自建一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器對硬件和軟件的要求都很高?？梢岳卯?dāng)前.NET技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通過本地的監(jiān)控中心訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器，以獲取數(shù)據(jù)信息、發(fā)送命令等。

    本文采用了Microsoft Visual C#.NET作為開發(fā)平臺，使用了深圳宏電GPRS模塊的動(dòng)態(tài)開發(fā)庫，動(dòng)態(tài)開發(fā)庫提供了GPRS無線通信過程中用到的一些操作函數(shù)。開發(fā)包中的重要結(jié)構(gòu)如下：

1.終端模塊注冊信息接口結(jié)構(gòu)

typedef struct GPRS_USER_INFO
{
char m_userid[12]; //終端模塊號碼
uint32 m_sin_addr; //終端模塊進(jìn)入Internet的代理主機(jī)IP地址
uint16 m_sin_port; //終端模塊進(jìn)入Internet的代理主機(jī)IP端口
uint32 m_local_addr;//終端模塊在移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)IP地址
uint16 m_local_port;//終端模塊在移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)IP端口
char m_logon_date[20]; //終端模塊登錄時(shí)間
char m_update_date[20]; //終端模塊更新時(shí)間
uint8 m_status; //終端模塊狀態(tài)
}user_info;

2.數(shù)據(jù)包接口結(jié)構(gòu)

typedef struct GPRS_DATA_ RECORD
{
char m_userid[12]; //終端模塊號碼
char m_recv_date[20]; //接收到數(shù)據(jù)包的時(shí)間
char m_data_buf[1024]; //存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)
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