车辆定位手机监控系统实现的研究

王冬 ，王晓华

(天津市测绘院，天津 300381)

1 引 言

2 车辆定位手机监控系统概述

车辆定位手机监控系统是集移动GPS 定位、车辆GPS 定位、A －GPS 定位、3G 无线宽带通信、Web REST服务、FLEX RIA、地理信息服务平台等多项技术与一身的车辆定位及移动监控系统。它是利用安装在车辆上的GPS 信号接收机接收位置信息，并将其接收到的位置信息及其他信息通过无线通信传输到监控中心，监控中心根据接收到的信息进行GIS 处理及显示，确定监控车辆的位置和状态，对车辆进行跟踪、调度和管理。

随着地理信息系统的快速发展，Web 2.0、3G 高速无线网络的应用，手机硬件的不断更新，使利用手机实现车辆定位监控和管理的实现成为可能。手机通过3G高速无线网络调用地理信息服务平台的瓦片数据服务得到地理信息底图数据，然后调用系统提供的车辆信息服务得到系统目标车辆信息，将这两部分信息在手机终端上集成和综合处理就可以实现手机监控系统。

3 实现手机监控的技术难点

手机作为车辆定位监控的终端和传统的台式机终端相比差别很大，由于硬件条件的制约手机终端的运行速度，网络稳定性，内存容量都远低于台式机终端，因此要实现原有台式机终端上的功能就需要解决以下几个关键问题:

3.1 系统结构设计

由于手机终端的运算能力和存储空间都非常有限，因此在传统地理信息系统中常用的矢量绘制方法和栅格压缩解压缩方法在手机上难以实现，为了降低手机终端的运算量、存储量，需要构建一个高效率、快速、稳定的地理信息服务平台，用来为手机终端提供实时的地理信息结果数据。

3.2 构建高效稳定的车辆信息获取服务

管理部门需要管理的车辆位置信息通过车载定位设备实时的发送到监控系统服务器上，这些信息包括历史记录全部存储在系统服务器的数据库中，手机终端无法和传统GIS 系统一样通过C/S 模式访问系统数据库，需要通过电信运营商的无线网络来访问系统数据，因此，需要建立一套快速响应、网络无关、超低数据冗余的车辆信息获取服务。

3.3 地图服务在手机上快速浏览的实现

利用手机作为车辆定位监控终端和台式机终端相比有很大的差别，首先、手机的操作方式和台式机有很大不同，手机没有人们常用的键盘和鼠标。其次，手机的网络连接只能使用电信运营商的无线通信网络，和台式机相比网络连接的稳定性和网络连接速度都要差很多。另外，手机受硬件条件的制约运算速度很慢。根据对上面问题的分析，应当优化地图服务的调度算法来实现手机上快速浏览地理信息服务平台上的地图数据。

4 车辆定位监控系统的设计与实现

如图1所示:整个系统主要由监控中心、3G 无线网络、安装移动定位终端的车辆、GPS 系统以及为上述部分之间提供通信的无线和有线网络组成。图中将移动定位终端安装于被监控车辆中，移动定位终端利用现在最先进的A－GPS 定位技术［6］，在GPS 信号充足的状况下以高精度的GPS 位置信号为主，在没有GPS 信号的情况下以网络辅助A－GPS 定位信号为辅助，移动定位终端将车辆位置以及状态信息通过高速3G 无线网络传送到监控中心的服务器中，有监控中心的服务器对上述信息进行处理。监控终端通过监控中心的服务器提供的网络应用服务系统对所有车辆进行定位监控［1］。移动监控终端可以通过高速3G 无线网络连接监控中心，对所有车辆进行移动监控，真正做到无处不在的监控。

图1 系统结构图

在系统中监控中心放置两台服务器，分别作为数据服务器和应用服务器，数据服务器用来接收车辆终端和移动定位终端的信号并且存入服务器，应用服务器用来提供系统地图服务和车辆信息服务，并且做raid5 冗余保护，防止硬盘由于意外损坏造成的数据丢失。服务器和网络连接处安装防火墙提供网络安全保护。

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4.1 针对手机监控的地理信息服务平台的实现

针对手机监控的实际需要，为了让手机上的运行速度达到和台式电脑的速度一样，因此在建立地理信息服务平台时，尽量将大运算量的功能全部由服务平台来实现，为了减轻无线网络的传输压力，需要将服务平台的远程功能服务的传输数据降低到最小。

(1)将地理信息服务平台的地理信息底图服务进行瓦片缓存预处理［4］，将原有的矢量、栅格地理信息数据配置缓存图片大小及格式进行瓦片的切片，便于手机调用地理信息服务平台的瓦片地图。

(2)在实现地理信息服务平台的功能服务时，采用最先进的Web REST 服务格式，信号传输采用ZIP加密压缩方式，不仅可以大幅降低传输数据量，而且解决了服务和数据的安全问题。

4.2 车辆信息服务的实现

如图2所示，车辆信息服务包括车辆信息数据库、车辆信号接收服务、虚拟设备接入服务、车辆信息获取服务。

图2 车辆信息服务结构图

其中车辆信息数据库保存实时以及历史的所有车辆的运行参数信息以及位置相关信息［2］。车辆信号接收服务通过网络端口将车辆的上传的信号转化为系统可识别的信息再转到虚拟设备接入服务，在系统中设计了一套虚拟GPS 设备接入器来解决不同的车载GPS 设备接入的问题，当车载GPS 设备变更或增加新类型时，只需要修改或增加相应的虚拟GPS 设备接入器即可［1］。虚拟设备接入服务根据统一标准的数据处理将车辆信息存入车辆信息数据库。车辆信息获取服务也采用Web REST 服务格式，信号传输采用ZIP 加密压缩方式。

4.3 地图服务在手机上快速浏览的实现

在手机上如何实现地图的快速浏览是车辆定位手机监控系统的核心所在，由于手机硬件的限制，手机的运算速度很低。在实现地图服务在手机上快速浏览时，采用多线程调度瓦片服务、本机设置缓存的方法，具体实现方法如下:

系统在手机终端上预先建立5 M 的缓存空间，在地图浏览时根据浏览范围系统计算出当前浏览范围的浏览比例尺级别，根据浏览中心点坐标计算出中心地图服务的瓦片服务接口URL，系统通过该服务接口URL 判断该数据是否在缓存空间中，如果存在直接调用缓存(可以节省无线网络流量，并且大幅提高地图浏览速度)，如果不存在系统根据该接口URL 远程访问地理信息服务平台的瓦片地图服务，并存入缓存空间。

系统快速浏览的具体实现方式如下:

(1)瓦片数据的显示方式

根据用户的地图浏览坐标范围系统可以计算出当前地图的比例尺级别(例如:5 级)、当前地图比例尺分辨率(例如:res5)以及中心点的坐标(例如为:(X，Y))，如图3所示:外面的框为手机屏幕的范围，系统根据比例尺分辨率和中心点的地面坐标可以计算出所需要的瓦片服务URL 以及该中心点在这个瓦片图片上的图片坐标，根据服务平台的瓦片图片尺寸大小即可以计算出来该瓦片数据在手机屏幕上的显示位置，然后系统在屏幕上绘制该瓦片数据，同时将该中心瓦片周围的瓦片数据依次绘制，绘制完成后，手机屏幕上就显示出了当前范围的地理底图。

图3 瓦片显示原理图

(2)多线程异步调用方式

根据上面瓦片数据的计算方法可以计算出具体瓦片的位置，但是手机上显示某一范围时通常需要同时绘制多个瓦片数据，为了提高手机上显示地图的效果，系统采用5 个异步调用线程，每一个线程同时进行地理信息服务平台服务调用并在手机上绘制，多线程异步调用采用先进先出的模式，如图4所示:如果线程池没有满就顺序执行线程，如果线程池已满当前线程池中最早进入的线程结束运行，退出线程池。例如:系统已经有5 个线程1 ～5，如果这时有新的线程6 需要执行，就将线程1 停止然后退出线程池。

图4 多线程异步调用原理图

(3)多点触摸的实现

手机上由于没有台式电脑的鼠标和键盘，因此在地图浏览时为了给用户提供更友好的操作方式需要实现多点触摸的方法，通过判断屏幕上手指的动作来定义地图浏览的操作，本系统判断屏幕上两手指收拢为缩小，屏幕上两手指远离为放大。

4.4 车辆定位和轨迹回放的实现

为实现车辆在手机屏幕上的定位显示，需要在系统中实现一个Car Overlay 的图层，该图层管理所有监控车辆的信息，系统通过无线网络访问服务器的车辆信息获取服务取得该手机用户可以监控的车辆信息，根据该信息中的车辆位置坐标系统计算出该车应该在屏幕上显示的位置，系统每5 s向车辆信息获取服务获取一次车辆信息，并将获取到得信息更新入Car Overlay 的图层，系统根据屏幕上的位置绘制车辆的图标，用户就可以在屏幕上实时监控车辆的位置。轨迹回放实现方式类似，在系统实现一个Track Overlay 的图层专门绘制某时间段的车辆轨迹［5］。

如图5、图6所示为手机监控车辆的效果和轨迹回放的效果:

图5 手机定位效果

图6 手机轨迹回放效果

5 结 论

“车辆定位手机监控系统”的实现，彻底改变了原有车载定位监控系统的监控方式，用户和管理人员不一定必须在监控中心才能对车辆进行监控，只要利用该系统，用户无论走到哪里，都可以随时对车辆进行定位监控和管理，大大提高了车辆的管理效率和速度。利用本文描述的系统实现方法，车辆定位手机监控系统在手机上进行地图浏览和车辆定位监控的速度和效率不仅可以和当前高端的桌面台式机监控终端配合先进的监控平台媲美，甚至还超越了传统台式机的地理信息地图浏览速度，该系统已经完全达到传统台式机车辆定位监控系统的应用水平。

［1］张志军，王冬，王晓华．车载GPS 定位系统在车辆监控管理中的应用［J］．测绘标准化，2009．

［2］周晓敏，赵红玉，俞建新．基于GPS 的出租车呼叫与调度系统［J］．计算机工程与设计，2009．

［3］翟战强，蔡少华．基于GPRS/GPS/GIS 的车辆导航与监控系统［J］．测绘通报，2004．

［4］罗雁，邹梦秋，王刚等．城市空间信息服务共享平台研究与应用［J］．城市勘测，2012(5)．

［5］马巍，李玫萱．车载GPS 与车载GPS 数据入库［C］．吉林省测绘学会2008年学术年会论文集(下)，2008．

［6］刘政，安旭东，张维伟．AGPS 技术及测试标准［J］．现代电信科技，2012．