郭琳

(商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000)

0 引言

應(yīng)用于遠(yuǎn)程目標(biāo)無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位技術(shù)，目前比較成熟的主要有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和移動(dòng)定位服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，世界上正在使用或建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的Galileo和中國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。其中美國(guó)的GPS已經(jīng)發(fā)展的很成熟，具有信號(hào)覆蓋廣、精度高等特點(diǎn)，產(chǎn)品在世界市場(chǎng)中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì);我國(guó)開(kāi)發(fā)的BD-2(Beidou2)導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)已面向全國(guó)和亞太大部分地區(qū)提供連續(xù)無(wú)源定位、導(dǎo)航、授時(shí)等服務(wù)，具有雙向短報(bào)文通信功能［1-2］。北斗相關(guān)的產(chǎn)品已開(kāi)始在市場(chǎng)中推廣，2013年交通運(yùn)輸部開(kāi)始在9個(gè)示范省市使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，率先應(yīng)用于我國(guó)重點(diǎn)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛的監(jiān)控，包括大客車(chē)、旅游包車(chē)和危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛，完成對(duì)車(chē)輛的監(jiān)控、車(chē)輛的出行服務(wù)與指揮調(diào)度等任務(wù);全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)GSM)具備完善的通信體制，且準(zhǔn)備進(jìn)入4G時(shí)代，能彌補(bǔ)衛(wèi)星定位在山區(qū)或建筑物密集地區(qū)的不足，減少定位監(jiān)控的盲區(qū)［3］。綜合以上幾種定位技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于BD-2/GPS雙模接收機(jī)的客運(yùn)車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)山區(qū)客運(yùn)公司的營(yíng)運(yùn)客車(chē)進(jìn)行定位和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，改善山區(qū)客運(yùn)安全環(huán)境［4］。

1 客運(yùn)車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)功能

本文在完成了系統(tǒng)理論架構(gòu)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。根據(jù)客運(yùn)車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需求，其軟件的功能流程如圖1所示，首先需要實(shí)時(shí)接收信號(hào)采集板采集的信息數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)格式處理之后由GSM發(fā)送到監(jiān)控服務(wù)中心，然后接收、處理和存儲(chǔ)。主要功能如下:

圖1 系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)流程圖

(1)定位跟蹤功能。當(dāng)需要對(duì)被監(jiān)控的車(chē)輛進(jìn)行定位跟蹤時(shí)，監(jiān)控服務(wù)中心發(fā)送定位請(qǐng)求，可以實(shí)時(shí)獲取被監(jiān)控目標(biāo)的基于BD-2/GPS/GSM三方位置信息。(2)車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)和保護(hù)功能?？梢詫?shí)現(xiàn)被監(jiān)控目標(biāo)的動(dòng)態(tài)參數(shù)檢測(cè)和遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)車(chē)輛發(fā)生異常狀況或被盜時(shí)，能夠遠(yuǎn)程發(fā)送參數(shù)保護(hù)請(qǐng)求，對(duì)被控車(chē)輛進(jìn)行相關(guān)的安全保護(hù)或防盜操作。(3)提供GIS服務(wù)功能。根據(jù)跟蹤到的經(jīng)緯度位置，能在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找到具體的地理位置信息，加快事故應(yīng)急響應(yīng)的速度，為救援行動(dòng)節(jié)約時(shí)間。

基于BD-2/GPS/GSM的客運(yùn)車(chē)輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用BD-2/GPS雙模接收機(jī)［5］獲取被監(jiān)控目標(biāo)的組合位置信息［6-7］，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)途客車(chē)的定位、預(yù)警和運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè)與保護(hù)等功能。該系統(tǒng)的軟件工作流程如圖2所示。

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件總體流程圖

2 車(chē)載終端軟件

車(chē)載終端采用BD-2/GPS智能OEM板，負(fù)責(zé)衛(wèi)星定位和目標(biāo)車(chē)輛與監(jiān)控服務(wù)中心的通信，采用PC104總線(xiàn)的嵌入式主板SX-340作為擴(kuò)展平臺(tái)，負(fù)責(zé)對(duì)采集到的車(chē)輛車(chē)速、轉(zhuǎn)速、油壓、輪胎壓力等狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集、接收和處理，并通過(guò)RS232串口與車(chē)載ECU實(shí)時(shí)通信。

2.1 串口連接模塊與模塊初始化的設(shè)計(jì)

利用VC6.0實(shí)現(xiàn)串口通信的方法主要有串口通信控件、Windows API函數(shù)或第三方設(shè)計(jì)類(lèi)［8］。本系統(tǒng)采用第三方設(shè)計(jì)類(lèi)CSerialPort作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，可以結(jié)合系統(tǒng)的需要來(lái)設(shè)計(jì)串口通信。CSerialPort的工作基本流程是:先設(shè)置串口參數(shù)然后啟動(dòng)串口通信檢測(cè)線(xiàn)程，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)時(shí)以消息形式通知主程序并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，發(fā)送數(shù)據(jù)是通過(guò)串口發(fā)送緩沖區(qū)完成。系統(tǒng)的車(chē)載終端接收通信板卡通過(guò)BD-2/GPS和GSM獲得跟蹤信息數(shù)據(jù)，并接收監(jiān)控服務(wù)中心發(fā)送的命令指示;系統(tǒng)在定位與通信之前，需要對(duì)GSM通信單元初始化，包括檢測(cè)與串口的連接情況、設(shè)置短消息提示功能、設(shè)置短消息格式和判斷短消息存儲(chǔ)情況等內(nèi)容。BD-2/GPS的初始化自動(dòng)完成。

2.2 定位監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)與車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)檢測(cè)保護(hù)

圖3 定位監(jiān)控模塊程序流程圖

當(dāng)需要跟蹤和控制某個(gè)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)時(shí)，通過(guò)信號(hào)采集模塊讀取車(chē)輛狀態(tài)信息，并同時(shí)收到BD-2/GPS定位信息，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)弱切換合適的定位系統(tǒng)模式，然后對(duì)數(shù)據(jù)信息以協(xié)議方式封裝并通過(guò)GSM基站轉(zhuǎn)發(fā)給客運(yùn)監(jiān)控服務(wù)中心，工作流程如圖3所示。為了滿(mǎn)足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅瑢?duì)不同來(lái)源和種類(lèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義時(shí)，需要對(duì)定位、狀態(tài)參數(shù)和查詢(xún)信息等進(jìn)行排序。在山區(qū)行駛的客運(yùn)車(chē)輛，往往受到復(fù)雜公路與氣候的影響比較大，主動(dòng)安全的設(shè)置非常重要。系統(tǒng)對(duì)被監(jiān)控車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)保護(hù)的操作封裝成一個(gè)類(lèi)CSafeguard，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行的實(shí)時(shí)故障檢測(cè)、車(chē)輛運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)保護(hù)(車(chē)速、水溫、機(jī)油壓力、輪胎壓力等)、車(chē)輛事故記錄和車(chē)輛防盜等功能。

2.3 GSM通信與北斗通信模塊的設(shè)計(jì)

GSM單元主要用來(lái)進(jìn)行輔助定位以及與監(jiān)控中心進(jìn)行通信，通過(guò)嵌入式主板SX-340完成BD-2與GPS的模式切換，利用RS232串口從車(chē)載信號(hào)采集系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)客車(chē)信息進(jìn)行排序編輯，以短消息的形式自動(dòng)發(fā)送到SIM移動(dòng)卡，在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)與管理。設(shè)計(jì)中采用PDU(Protocol Description Unit)模式［9］，它可以編輯文字、聲音或者圖像，支持中英文短信息發(fā)送。PDU模式將信息編碼為十六進(jìn)制PDU序列串，發(fā)送和接收短信息的格式略有不同，下面以發(fā)送短消息為例，向SIM卡號(hào)碼為“8615991878038”的車(chē)載用戶(hù)發(fā)送內(nèi)容為“你好”的信息編碼為＜0011000D9191685199818730F80008AA044F60597DFF01＞;北斗通信利用車(chē)載用戶(hù)機(jī)與地面監(jiān)控服務(wù)中心之間的通信服務(wù)，每次提供最多1680bit或120個(gè)漢字的短消息［10］。其工作流程為:當(dāng)車(chē)輛終端收到監(jiān)控中心的信號(hào)時(shí)，通過(guò)定位通信模塊定位，獲取BD-2、GPS和GSM三者的經(jīng)緯度信息，再按照通信協(xié)議要求重新編碼發(fā)回監(jiān)控中心;當(dāng)車(chē)載終端收到監(jiān)控中心的車(chē)輛操作命令時(shí)，按照要求完成車(chē)輛參數(shù)保護(hù)的操作;最后將車(chē)輛主要狀態(tài)參數(shù)和操作結(jié)果反饋給監(jiān)控中心。

3 監(jiān)控服務(wù)中心軟件

3.1 通信服務(wù)模塊的設(shè)計(jì)

如圖4所示，當(dāng)中心收到車(chē)載終端連接請(qǐng)求或主動(dòng)選擇監(jiān)控目標(biāo)時(shí)，啟動(dòng)線(xiàn)程進(jìn)行監(jiān)控，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)模塊收發(fā)、處理和存儲(chǔ)信息。當(dāng)被監(jiān)控的數(shù)量接達(dá)到上限時(shí)，可以選擇合適目標(biāo)退出線(xiàn)程，再繼續(xù)啟動(dòng)新線(xiàn)程監(jiān)控其他車(chē)輛。監(jiān)控過(guò)程中，將目標(biāo)終端的地址、端口號(hào)以及連接狀態(tài)在人機(jī)交互界面上顯示出來(lái)。監(jiān)控服務(wù)中心與車(chē)載終端的通信主要包括定位監(jiān)控請(qǐng)求和車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)保護(hù)等。

圖4 與車(chē)載終端通信模塊程序流程圖

3.2 Google Earth 翻譯模塊

選擇Plus版的Google Earth客戶(hù)端軟件對(duì)GSM模塊發(fā)回短消息中的經(jīng)緯度信息進(jìn)行定位和實(shí)名翻譯［11］。當(dāng)系統(tǒng)向指定的SIM卡發(fā)送來(lái)一條短消息，其中包含被控車(chē)輛的經(jīng)度、緯度、時(shí)間、速度等信息，需要對(duì)這些英文信息字符進(jìn)行翻譯，系統(tǒng)選擇用RMC數(shù)據(jù)格式。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，設(shè)置接收短消息的手機(jī)號(hào)碼為:1599187＊＊＊＊(商洛移動(dòng)用戶(hù))，被控客車(chē)上的SIM號(hào)碼為:1348822＊＊＊＊(西安移動(dòng)用戶(hù))，短消息服務(wù)中心號(hào)碼:861871058＊＊＊＊;測(cè)試地點(diǎn)在商洛市某高校電控實(shí)驗(yàn)室;BD-2信號(hào)強(qiáng)度一般，GPS信號(hào)強(qiáng)度一般，GSM信號(hào)強(qiáng)度較好。RMC數(shù)據(jù)的翻譯見(jiàn)表1，測(cè)試收到短消息內(nèi)容為:

SMS1:$GPRMC，131123.999，A，3351.5756，N，10957.0577，E，0.05，33.50，281113，，，A*87;

SMS2:$GPRMC，131124.999，A，3416.1119，N，10900.0092，E，1.95，45.70，281113，，，A*75;

SMS3:$GPRMC，131125.999，A，3351.5172，N，10957.0163，E，0.04，33.50，281113，，，A*5E。

表1 RMC數(shù)據(jù)格式翻譯

從上述的數(shù)字串中選出經(jīng)緯度信息，然后輸入到Google Earth的Search對(duì)話(huà)窗口中，進(jìn)行搜索實(shí)名定位。實(shí)例結(jié)果:測(cè)試時(shí)間為2013年11月28日13點(diǎn)11分23秒，被控客車(chē)實(shí)際位置在西安市城東客運(yùn)站停車(chē)場(chǎng)內(nèi)，處于一檔緩慢前進(jìn)狀態(tài)，跟車(chē)實(shí)測(cè)車(chē)速處于9.00 km/h～9.68 km/h之間;商洛測(cè)試點(diǎn)接收到短消息，車(chē)速為9.22 km/h，最大相對(duì)誤差為4.96%，可以滿(mǎn)足實(shí)際需要。

3.3 中心數(shù)據(jù)庫(kù)模塊的設(shè)計(jì)

根據(jù)山區(qū)地形與公路復(fù)雜程度，交通管理部門(mén)還可以對(duì)特殊地點(diǎn)做特殊標(biāo)記并編入實(shí)名范疇，建立數(shù)字化的地名數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)際推廣中，客運(yùn)車(chē)輛途徑的交通要道和交通特殊地點(diǎn)要在衛(wèi)星地圖上做數(shù)字化編號(hào)標(biāo)記，使每一個(gè)編號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)地理位置，相對(duì)應(yīng)有一個(gè)合適的理想的客車(chē)行駛動(dòng)態(tài)參數(shù)。車(chē)輛監(jiān)控單位聯(lián)合移動(dòng)通信公司為被控目標(biāo)安裝車(chē)載設(shè)備并配備專(zhuān)用SIM卡，建立車(chē)牌號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)的拓展庫(kù)，如圖5所示。如果車(chē)輛發(fā)生意外情況，不僅監(jiān)控中心可以立即采取應(yīng)急反應(yīng)，還會(huì)自動(dòng)記錄車(chē)輛在此時(shí)刻的狀態(tài)參數(shù)。車(chē)輛監(jiān)控服務(wù)中心的軟件還有初始化和串口模塊，與車(chē)載終端軟件類(lèi)似。

圖5 SIM卡號(hào)拓展動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)

4 結(jié)束語(yǔ)

基于對(duì)當(dāng)前遠(yuǎn)程目標(biāo)定位與監(jiān)控技術(shù)的研究與分析，結(jié)合山區(qū)客運(yùn)安全環(huán)境與實(shí)際發(fā)展情況，車(chē)載終端的軟件實(shí)現(xiàn)了根據(jù)監(jiān)控服務(wù)中心發(fā)送的定位請(qǐng)求獲取BD-2/GPS的位置信息，根據(jù)監(jiān)控服務(wù)中心發(fā)送的檢測(cè)請(qǐng)求獲取車(chē)輛運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)，并根據(jù)監(jiān)控服務(wù)中心發(fā)送的車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)保護(hù)請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)載終端的遠(yuǎn)程保護(hù);監(jiān)控服務(wù)中心的軟件完成了指令發(fā)送、信息數(shù)據(jù)接收處理、地理信息地圖的集成拓展和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與查詢(xún)等模塊設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)結(jié)合了BD-2與GPS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，應(yīng)對(duì)環(huán)境復(fù)雜的山區(qū)公路客運(yùn)，具有較好的實(shí)用效果。系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中，針對(duì)監(jiān)控對(duì)象較少的客運(yùn)公司，只需要一部手機(jī)和一臺(tái)電腦即可，如果針對(duì)大集團(tuán)監(jiān)控模式，則需要設(shè)計(jì)基于GIS的監(jiān)控管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電子地圖的集成、車(chē)載軌跡查詢(xún)等功能。

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