CN105915605A - 基于gps、gis和gprs技术的车辆监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，它包括车载终端和监控中心，监控中心由多个监控终端和中心服务器组成，监控的车辆都安装车载终端，车辆通过车载终端接收GPS卫星信息数据，系统软件将卫星数据解析处理，然后按照GPRS无线通信协议将数据进行打包发送，监控中心通过Internet网络将数据接收存放到中心服务器，服务器端软件再次对数据进行解析处理，数据处理完成后存储在服务器数据库中，操作人员可以通过监控终端以Web Service的方式访问数据库，获取地理数据，并通过GIS平台在地图上显示地理位置数据，最终实现车辆的监控管理功能。

Description

基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统

技术领域

本发明涉及一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，利用 GPS模块采集车辆定位信息，GPRS网络无线传输车辆信息数据，GIS软件在监控终端上直观显示地图数据，实现了车辆定位监控，车辆行驶轨迹回放，监控中心下发调度指令等功能。

背景技术

随着社会经济的发展，社会城镇化的进程加快，人们生活水平的提高，近年来汽车

行业发展迅速，各种车辆的使用量快速增加，车辆的增多带来交通行业迅猛发展的同时也给政府和企业带来许多棘手问题，例如如何对众多车辆进行有效的监控和管理，合理调度车辆行驶，监控车辆的行驶安全。

近年来，随着无线通信技术、地理信息技术、GPS 定位技术逐渐成熟，它们被广泛应用到智能交通系统。智能交通系统用信息通信技术、电子传感技术、计算机处理技术将人、车、路三者紧密协调，建立起和谐统一的交通管理体系，发挥全方位、大范围内的作用，实现实时、准确、高效的监控管理。车辆监控系统作为智能交通系统的重要构成部分，对其研究开发有重要现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，完成了对车辆监控管理的目标。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，它包括车载终端和监控中心，监控中心由多个监控终端和中心服务器组成，监控的车辆都安装车载终端，车辆通过车载终端接收 GPS卫星信息数据，系统软件将卫星数据解析处理，然后按照GPRS无线通信协议将数据进行打包发送，监控中心通过Internet 网络将数据接收存放到中心服务器，服务器端软件再次对数据进行解析处理，数据处理完成后存储在服务器数据库中，操作人员可以通过监控终端以Web Service的方式访问数据库，获取地理数据，并通过GIS平台在地图上显示地理位置数据，最终实现车辆的监控管理功能；监控中心向监控车辆下发信息指令，实现对车辆的调度管控，操作人员先将要发送的指令信息编号存储在中心服务器数据库中，如果车载终端与中心服务器建立了连接，双方用socket 进行通信，中心服务器就可以从数据库服务器中找到对应的车辆信息和指令，并发送到车载终端。当车载终端接收到指令信息，向中心服务器发送确认信息，更新数据库标识。

优选地，车载终端系统由三层构成：硬件平台层、操作系统层和应用软件层，硬件平台层由嵌入式主控板、GPS 模块、GPRS 模块和其他外围模块组陈个，操作系统层由Linux 内核、文件系统、设备驱动程序、内存管理及中间件组成；应用软件层由GIS 应用软件、GUI 界面软件和GPRS 数据传输处理软件组成；上层应用程序主要功能通过 GPS 模块获取车辆定位信息，再通过 GPRS 模块将信息发送到用户监控中心，通信方式采用串口通信，同时支持本地地图显示，操作系统层主要功能是管理操作系统资源，为上层应用提供统一接口。硬件平台层主要功能提供系统的车载终端硬件资源。

优选地，GPS 模块主要由两部分构成，包含GPS接收模块和GPS天线。GPS模块主要作用是接收物体的定位信息，并按照相关算法进行处理，计算出当前物体的地理位置，包括物体的速度、物体方向、系统接收的标准时间。

优选地，GPRS 模块负责与监控中心的数据交换，发送GPS定位信息及车辆状态信息到监控中心；同时也可以接收监控中心下发的指令信息。

优选地，中心服务器主要处理二方面数据：一方面是接收车辆定位消息，另一方面是发送调度令：当中心服务器接收到车载终端发送的车辆定位信息时，该信息通过GPRS网络传输到中心服务器数据库，数据库首先校验接收数据的正确性，如果将接收到的信息校验出错，则返回错误信息，表明数据传输出错。如果校验数据正确，则返回确认信息，并将数据进行解析存储；另一方面，当操作人员通过监控终端要向指定的车辆发送调度指令时，中心服务器首先接收调度指令，并经过数据库处理后发送到车载终端，在接收命令的过程中，中心服务先器设置一个超时，如果在指定的时间内消息接收失败，则返回错误信息，如果接收成功，则返回确认消息，并开始执行命令，将信息发送给指定的车辆。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的GPS定位技术可以实时获取监控车辆的地理位置信息，GIS地图管理为车辆地理位置在地图上显示提供了直观可视化手段，车载终端与监控中心两者之间的信息传输采用GPRS无线通信技术，从而建立一座无线数据通信桥梁，实现远程监控。车载GPS终端获取车辆的准确定位信息，配合无线通信技术和数字地图显示，监控中心操作人员可以实时监控车辆行驶轨迹，指引车辆的出行，规划车辆行驶区域，避开拥挤道路，提高通行能力，缓解交通压力，降低了车辆因交通堵塞而发生的潜在事故，同时为车辆的行驶安全提供了一定保障。

附图说明

图1本发明的系统设计原理图。

图2本发明的系统总体架构图。

图3本发明中车载终端系统架构图。

图4本发明中车载终端硬件结构图。

图5本发明中GPS/GPRS数据流程图。

图6本发明中监控中心服务器设计流程图。

图7本发明中监控终端逻辑功能结构图。

图8本发明中Socket通信原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明涉及一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，包括车载终端和监控中心，监控中心由多个监控终端和中心服务器组成，监控的车辆都安装车载终端，车辆通过车载终端接收 GPS卫星信息数据，系统软件将卫星数据解析处理，然后按照GPRS无线通信协议将数据进行打包发送，监控中心通过Internet 网络将数据接收存放到中心服务器，服务器端软件再次对数据进行解析处理，数据处理完成后存储在服务器数据库中，操作人员可以通过监控终端以Web Service的方式访问数据库，获取地理数据，并通过GIS平台在地图上显示地理位置数据，最终实现车辆的监控管理功能。系统原理如图1所示。

车载终端用于前端远程车辆状态信息数据的采集，监控中心用于后台车辆数据的存储与处理，为操作人员提供了一个车辆监控与管理的平台。车载终端将采集到车辆信息数据通过 GPRS网络无线传输到后台监控中心服务器，中心服务器包含服务器端软件和服务器数据库。监控中心通过 Internet网络接收信息并存入中心服务器数据库中，服务器端软件将数据进行分类存储与处理，操作人员可以在监控终端上通过 web server 网页方式访问中心服务器，即可在监控终端上进行相关操作，例如在电子地图上查看车辆地理位置，查看车辆历史行驶轨迹，发送相关指令信息到车载终端进行车辆调度。系统的总体结构如图2所示。

车辆监控系统的数据通信流程分为数据接收和数据发送两大部分，每一部分的工作流程如下：

数据接收流程：监控网络中的所有监控车辆都安装有车载终端，车载终端通过内部集成的 GPS模块接收GPS 卫星数据，再通过主板CPU 计算出车辆的信息参数，例如具体位置经度、纬度、移动方向等，再通过GPRS网络将这些信息数据发送到监控中心的中心服务器，服务器软件实现对信息数据的接收和解析，把数据变成有用可识别的数据格式存储到服务器数据库中。操作人员采用web service方式访问数据库，并把信息数据以XML格式下载到监控终端，监控终端读取数据，在电子地图上显示，实现车辆的实时监控。

数据发送流程：监控中心操作人员可以向监控车辆下发信息指令，实现对车辆的调度管控。操作人员先将要发送的指令信息编号存储在中心服务器数据库中，如果车载终端与中心服务器建立了连接，双方用socket 进行通信，中心服务器就可以从数据库服务器中找到对应的车辆信息和指令，并发送到车载终端。当车载终端接收到指令信息，向中心服务器发送确认信息，更新数据库标识。

本发明车载终端系统由三层构成：硬件平台层、操作系统层、应用软件层。硬件平台层由嵌入式主控板，GPS 模块，GPRS 模块，LCD 显示模块，电源模块等组成。操作系统层由 Linux 内核，文件系统，设备驱动程序，内存管理及中间件等组成。应用软件层由GIS 应用软件、GUI 界面软件、GPRS 数据传输处理软件等组成。上层应用程序主要功能通过 GPS模块获取车辆定位信息，再通过 GPRS 模块将信息发送到用户监控中心，通信方式采用串口通信，同时支持本地地图显示。操作系统层主要功能是管理操作系统资源，为上层应用提供统一接口。硬件平台层主要功能提供系统的车载终端硬件资源。车载终端系统架构如图3所示。

本发明系统的车载终端硬件主控板CPU选用ARM作为开发平台，SoC芯片选用S3C2440作为核心，CPU主频为400MHz，频率最高可以达到533MHz。S3C2440开发板支持多种操作系统，如主流的Linux，Windows CE，提供丰富的外围接口，满足设计开发。

在硬件设计过程中，我们要考虑硬件接口的通用性，扩展性，方便模块验证，自己定制操作系统，裁剪软硬件资源，充分发挥软硬件作用。本系统采用模块化设计，车载终端硬件结构如图4所示。

GPS 模块主要由两部分构成，包含GPS接收模块和GPS天线。GPS模块主要作用是接收物体的定位信息，并按照相关算法进行处理，计算出当前物体的地理位置，包括物体的速度、物体方向、系统接收的标准时间。本发明系统中GPS模块选用台湾Lead Tek 公司生产的LR 9540GPS模块，它采用SiRF star III 最新芯片设计，含12个通道接收数据，接收灵敏度高，系统功耗低，并且提供 RS232 接口输出。整个模块体积小巧，重量轻，接口简单，十分方便集成开发，非常适合在各种车辆及移动设备定位中使用。

GPRS 模块负责与监控中心的数据交换，发送GPS定位信息及车辆状态信息到监控中心；同时也可以接收监控中心下发的指令信息。本发明系统选用驿唐科技的工业级 GPRS模块 MD-309G，如图6所示。该模块体积小巧便于集成，性能稳定，使用方便，连接串口即可使用，同时兼容多种数据软件，在物联网行业使用非常广泛，可以快速的进行无线数据的传输。

嵌入式操作系统是嵌入式终端设备的软件核心，它负责终端设备所有软硬件资源的分配、进程通信、调度作业、文件管理。在一般是嵌入式系统设计过程中，我们要根据系统实现的功能去选择不同的嵌入式操作系统。综合考虑，本发明选择Linux操作系统作为GIS嵌入式开发平台的操作系统。

本发明选择QT/Embedded作为GUI平台，主要是该平台API 接口丰富，系统移植方便，功能强大。

本发明系统的 GPS模块和 GPRS模块都是采用标准串口与车载终端主控板S3C2440连接通信，LR9540 GPS 模块接收到的定位信息通过串口传输到车载终端设备中，该信号符合 NMEA-0183协议。GPRS，GPS 数据流图如图5 所示：

监控中心是车辆信息处理和车辆管控的平台，中心服务器是核心设备，它是整个系统的数据管理中心。所有的车辆信息数据都必须传输到中心服务器处理，处理后进行相应操作。整个中心服务器数据处理流程设计如图6所示。

中心服务器主要处理二方面数据：一方面是接收车辆定位消息，另一方面是发送调度令。

一方面，当中心服务器接收到车载终端发送的车辆定位信息时，该信息通过GPRS网络传输到中心服务器数据库，数据库首先校验接收数据的正确性，如果将接收到的信息校验出错，则返回错误信息，表明数据传输出错。如果校验数据正确，则返回确认信息，并将数据进行解析存储。

另一方面，当操作人员通过监控终端要向指定的车辆发送调度指令时，中心服务器首先接收调度指令，并经过数据库处理后发送到车载终端。在接收命令的过程中，中心服务先器设置一个超时，如果在指定的时间内消息接收失败，则返回错误信息。如果接收成功，则返回确认消息，并开始执行命令，将信息发送给指定的车辆。

监控终端采用层次化设计，软硬件模块化，系统采用 C++语言开发。整个系统从逻辑上划分为三层：用户管理层、终端管理层、数据通信层。监控终端逻辑功能结构如图7所示。

在系统的运行过程中，要保证车载终端与监控中心实时在线连接，保持双方通信流畅。本系统选用 GPRS 网络作为双方的通信桥梁，它采用无线网络通信方式，基于IP地址，实现两者的互联互通。在实际的网络程序设计过程中，我们采用 SOCKET 方式进行开发设计。SOCKET 网络编程支持面向连接的 TCP 协议和面向无连接的 UDP 协议。TCP/IP 协议族包括运输层，网络层，链路层。SOCKET 包含一组接口函数。在设计模式中，SOCKET其实就是一个门面模式，它隐藏了复杂的 TCP/IP 协议，封装了网络底层接口，只为用户提供了一组上层应用接口函数，方便开发者调用。

SOCKET通信是网络编程中设备之间进行相互通信的一种方式。开发者调用系统提供的库函数，在程序设计过程中，很容易实现SOCKET通信。

首先 SOCKET要绑定一个IP地址和网络端口号，与之确定之后进行捆绑才能发挥强大作用。本系统采用面向连接的TCP协议传输数据，TCP协议数据传输安全可靠。在传输过程中，首先建立套接字绑定本机的IP地址和端口，然后采用Listen的方式来监听其它用户发送的消息，一旦有消息发送过来，就尝试建立连接，用Accept来接收，接下来就能利用Send/Receive函数来接收/发送相关消息。完成后，用Close释放资源。服务端与客户端的通信原理如图8所示。

服务端步骤：1）服务器端建立SOCKET 套接字，监听网络中的所有的连接请求。2）一旦发现有客户端发送请求连接，就向客户端发送确认消息，表示收到连接请求，开始建立连接。3）双方建立连接，通信完成后，服务端就马上关闭与客户端建立连接的SOCKET 套接字。

客户端步骤：1）客户端建立自己的SOCKET 套接字，明确要与之建立连接的服务端的主机名称和网络端口号。2）发送请求到服务器端，请求连接，并等待服务器端反馈消息。3）与服务器端连接成功后，开始进行数据的通信。4）数据通信完成后，关闭客户端自己的SOCKET套接字。

本系统服务端与客户端的通信基于SOCKET，采用C/S架构，面向连接的网络通信方式，在服务器端，先建立SOCKET，绑定端口，然后等待客户端的连接，用Listen（）函数监听远程的客户端是否有请求与本地进程进行通信。在接收到连接请求后，服务端要确定是否接受连接，用 Accept（）函数接收请求，请求成功后，服务端可以向客户端发送数据指令，用Send（）函数，同时服务端也可以用Receive（）函数接收客户端发送的数据。数据通信完成后，服务端可以用Close（）函数关闭与客户端的连接。

监控中心软件功能是用户操作的最终体现。它为用户提供了一个车辆操作平台，帮助用户实现了对车辆的操作管理。监控中心主要实现了对车辆实时监控，把车辆的定位信息显示在电子地图上，用户可以操作电子地图，对地图进行加载，放大，缩小，漫游等操作。

（1）车辆定位 在监控的车辆上安装车载终端，车辆通过车载终端GPS 模块获取车辆定位信息，并通过GPRS网络发送到后台监控中心服务器，操作人员通过监控终端从服务器获取车辆信息，可操作电子地图，在上面显示监控车辆。

（2）车辆行驶区域设置 用户根据需求，可以设置车辆行区域，限制车辆行驶范围。用户可以在电子地图上用鼠标绘制一个区域，可以设置车辆进入这个区域报警、离开这个区域报警或者进入离开这个区域都报警。用户设置十分方便，只要点击相应的选项即可。同时用户还可以选定要监控的车辆，监控的车辆必须在监控系统网络内，可以同时选定多辆车，一旦有车辆超出了限制条件，就会报警，显示车辆编号，方便用户观看。

（3）下发调度指令 在车辆行驶过程中，根据用户需求，可以对监控车辆发送指令信息，实现车辆的调度服务。所有的指令信息都存放在监控中心服务器数据库中，当用户要发送指令时，只需在监控终端打开指令调度页面，选取要发送的指令，也可以自己手动输入要发送的指令信息，监控终端首先会将指令发送到中心服务器，中心服务器接收到指令后，再转发给车载终端，车载终端会显示指令消息并进行语音播报，方便驾驶人员接收，从而实现了监控中心下发调度指令到车辆的功能。

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，其特征在于：它包括车载终端和监控中心，监控中心由多个监控终端和中心服务器组成，监控的车辆都安装车载终端，车辆通过车载终端接收 GPS卫星信息数据，系统软件将卫星数据解析处理，然后按照GPRS无线通信协议将数据进行打包发送，监控中心通过Internet 网络将数据接收存放到中心服务器，服务器端软件再次对数据进行解析处理，数据处理完成后存储在服务器数据库中，操作人员可以通过监控终端以Web Service的方式访问数据库，获取地理数据，并通过GIS平台在地图上显示地理位置数据，最终实现车辆的监控管理功能；监控中心向监控车辆下发信息指令，实现对车辆的调度管控，操作人员先将要发送的指令信息编号存储在中心服务器数据库中，如果车载终端与中心服务器建立了连接，双方用socket 进行通信，当车载终端接收到指令信息，向中心服务器发送确认信息，更新数据库标识。

2.根据权利要求1所述的一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，其特征在于：车载终端系统由三层构成：硬件平台层、操作系统层和应用软件层，硬件平台层由嵌入式主控板、GPS 模块、GPRS 模块和其他外围模块组陈个，操作系统层由 Linux 内核、文件系统、设备驱动程序、内存管理及中间件组成；应用软件层由GIS 应用软件、GUI 界面软件和GPRS数据传输处理软件组成；上层应用程序主要功能通过 GPS 模块获取车辆定位信息，再通过GPRS 模块将信息发送到用户监控中心，通信方式采用串口通信，同时支持本地地图显示，操作系统层主要功能是管理操作系统资源，为上层应用提供统一接口；硬件平台层主要功能提供系统的车载终端硬件资源。

3.根据权利要求2所述的一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，其特征在于：GPS 模块主要由两部分构成，包含GPS接收模块和GPS天线；6. GPS模块主要作用是接收物体的定位信息，并按照相关算法进行处理，计算出当前物体的地理位置，包括物体的速度、物体方向、系统接收的标准时间。

4.根据权利要求2所述的一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，其特征在于：GPRS 模块负责与监控中心的数据交换，发送GPS定位信息及车辆状态信息到监控中心；同时也可以接收监控中心下发的指令信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于GPS、GIS和GPRS技术的车辆监控系统，其特征在于：中心服务器主要处理二方面数据：一方面是接收车辆定位消息，另一方面是发送调度令：当中心服务器接收到车载终端发送的车辆定位信息时，该信息通过GPRS网络传输到中心服务器数据库，数据库首先校验接收数据的正确性，如果将接收到的信息校验出错，则返回错误信息，表明数据传输出错；如果校验数据正确，则返回确认信息，并将数据进行解析存储；另一方面，当操作人员通过监控终端要向指定的车辆发送调度指令时，中心服务器首先接收调度指令，并经过数据库处理后发送到车载终端，在接收命令的过程中，中心服务先器设置一个超时，如果在指定的时间内消息接收失败，则返回错误信息，如果接收成功，则返回确认消息，并开始执行命令，将信息发送给指定的车辆。