燃运车辆GPS监控系统设计及其关键技术分析

徐海霞

（新疆石河子职业技术学院 新疆 832000）

0 引言

石河子天富燃料运输有限公司（简称为燃运公司）的主要任务是拉运燃煤，确保石河子四个热电厂和供热公司燃煤的采购供应运输，辖区内农牧团场的集中供暖、农工生活用煤。近几年，燃运公司车辆增多，路桥费用、运输车辆私用率以及车辆油耗增加，运输公司车辆运营成本和管理难度大大增加。原先管理模式已不适应燃运公司经营现状，燃运公司车辆的现代信息化管理变得尤为重要。本为以燃运公司为原型，设计燃运公司车辆GPS监控系统总体结构，实现运输车辆在途定位与监控等功能。

1 燃运车辆GPS监控系统设计

1.1 总体架构设计

图1 系统设计结构

根据燃运公司的规模特点构建了基于C/S模式的监控系统设计图，如图l所示。燃运车辆GPS监控系统主要由监控中心、GPRS网络和车载终端三部分组成。其中监控中心负责整个监控系统内所有流动数据的存储转发工作，GPRS网络负责GPS信息的运输，车载终端负责接收GPS卫星定位信号和自身车辆运行状态的采集。

1.2 监控系统工作流程

燃运车辆的车载终端接收 GPS全球卫星定位系统的定位信息，并依据NMEA-0183协议把这些定位信息分析出车辆的位置、和方位等数据，再通过GPRS网络将车辆的位置、运动速度和方位等数据用已协议好的编码格式发送给监控中心，监控中心的通信服务器接收数据并解码后，将数据按照类型存入数据库中，同时给监控终端发消息通知有新的数据存入库。

监控终端通过网络与通信服务器连接，实时接收通信服务器的信息，通过访问数据库中的数据，不断的将车辆移动的位置数据投射至监控终端的电子地图上。监控终端就是通过电子地图这种可视化的载体，显示移动车辆的实时位置，达到监控终端掌握行驶车辆的动态位置信息的目的。并且在监控终端上可查询车辆的相关信息以及某段时间内车辆的历史行驶轨迹[1]。

GPRS网络负责车载终端与监控中心之间通信网络的建立以及交互信息的发送与接收。而插在车载终端上 SIM 卡作为车载终端与GPRS通信网络接入的唯一标识，车载终端利用SIM卡与GPRS网络建立通信关系，可以接收或发送信息。

2 系统实现与关键技术

2.1 监控中心组织结构

车辆监控系统的核心部分是监控中心，其主要任务是对车辆的车载终端传回的信息进行处理和分析，作出响应，并将传回的信息数据放入数据库中进行存储。车载终端通过接收监控中心发送的信号得到相关的指令。通过这种信息数据的交互，监控中心可完成移动车辆的监控。

图2 监控中心组织结构

如图2所示，监控中心由通信服务器、数据库和监控终端三大部分组成，并且为一个局域网络结构。监控中心与外部网络的连接点设在通信服务器上，通信服务器通过DDN专线方式接入 GPRS网络。在监控中心内，通信服务器与监控终端通过局域网连接，通信时遵守TCP/IP协议，通信服务器与监控终端向数据库存取数据时，通过数据库访问接口ADO来实现。监控中心内各个组成部分通过协议和数据交换方式协同工作。

监控终端以电子地图及应用管理软件为软件平台，以图型工作站作为硬件支持。不仅可在监控终端的电子地图上显示车辆行驶的方向、速度、车辆位置、车辆本身的状态等信息，还可方便地查阅系统内车辆的历史信息并进行轨迹回放。电子地图可深入分析图层信息，提供图层管理与修订功能，可使在电子地图中所显示的车辆与实际车辆运动情况随时保持匹配，不间断修改和更新[2]。

数据库对用户的资料、车辆信息、车辆行驶数据和驾驶员记录等进行保存和管理，同时接收系统内监控终端的数据使用请求，为监控终端的历史记录回放提供相关数据。

通信服务器是系统功能核心，在系统运行过程中不断与车载终端和监控终端交互，是监控系统通信、数据转发的枢纽。负责整个监控中心数据与车载终端数据的接收和转发工作。

2.2 通信服务器功能实现

监控终端与车载终端通信的实现主要靠监控中心的通信服务器中转。在安装软件系统平台的监控终端中，虽然可以随时看到车辆运行状况，但实际上是不能直接和车载终端进行通信。通信服务器从监控终端接收用户对车辆的管理命令，并向车载终端转发。同时，通信服务器负责从GPRS中接收解释并存储信息，处理各移动终端目标回报位置信息和报警信息为监控平台提供车辆的实时位置和状态数据。

监控终端和通信服务器通过局域网用TCP/IP协议进行通信。通信服务器中保存所有监控终端连接的数据信息链表，每个监控终端的连接对应到通信服务其中的一个 Ccomsocket通信类对象。通信服务器与监控端的通信过程为：首先在通信服务器端开启一个端口（socket）用来侦听控制终端的连接，当侦听到有连接请求时就动态创建一个Ccomsocket类对象，并将其加入到排队链表中等待监控终端发送的登录请求，如未收到登录请求并超出等待时间的情况下，后台就将该监控终端连接从排队链表中删除。如果收到登录请求，后台会根据数据库中存储的用户名和密码验证监控终端是否为合法用户，如不是，首先给监控终端发送登录失败和失败原因的回复数据并将该客户连接从链表中删除。如果登录成功，等待监控终端发送控制命令，并对控制命令作出相应的操作和回应[3]。如图3所示为监控终端与通信服务器端以流式套接字进行连接的示意图。

图3 流式套接字进行连接的示意图

2.3 监控中心安全

由于燃运车辆监控系统中的运输车辆特殊性和运载安全性原因，该系统应具备一定的安全保障。因此在数据与通信系统中为保证通信的安全可靠采取了以下措施：

SIM 卡的唯一性。用户 SIM 卡是插在车载终端上负责与GPRS网络建立通信使用的，卡号已经预先注册。在系统组建时进行鉴别授权，对SIM卡号和数据接入点（SGSN）绑定，规定了用户可接入某系统的范围，只有属于指定监控系统的SIM 卡号才能访问GPRS通信系统的专用数据访问接入点，而非监控系统内SIM卡号被拒绝接入[4]。

监控中心采用 DDN专线接入方式，专线接入到移动公司的 GGSN 设备上，由中国移动分配为监控中心的通信服务器分配内部固定的IP地址。

在监控中心网络接入时在通信服务器中安装软件防火墙，过滤非法连接与不良信息。

3 系统监控效果

在监控系统平台上，可以看到燃运车辆的具体动态，根据燃运车辆运行的经纬度数据等投射在电子地图上，车辆的车牌、GPS时间、经纬度，都会在地图上面显示出来。这样用户就可以知道车辆具体的位置信息。如图4所示，为具体的车辆定位信息。

图4 车辆定位

监控端只要设置好通信服务器的IP和端口后，各个客户端只要输入通信服务器IP和端口，就可以进行通信。图5中的下载端口，是指连接的数据库服务器端口，如需调用车辆的历史行驶记录，可从数据库中下载相应数据，将历史行车数据映射至电子地图上。如图5所示。

图5 监控端通信设置

4 结论

运输燃煤的车辆安装了GPS定位终端，监控中心可对车辆实时监控。解决了这些车辆在运输途中的监督和管理问题。在燃煤运输中，避免了运输途中倒煤、飞煤、掺假事件的发生，有效减少了运输风险，增加公司盈利能力。

本系统适合于中小型运输企业，考虑到燃煤运输车辆多在偏远地区行驶的情况，在监控系统更加稳定成熟后加入导航等一些辅助功能模块。

[1]宋凤珍.基于 SuperMap的电动汽车运行监控系统软件的设计与实现[D].首都师范大学学位论文.2009.

[2]许建峰.基于 GPS/GPRS的车辆管理系统的设计与研究[D].南京理工大学学位论文.2008.

[3]黄光玉，沈占锋.车辆监控的信息管理系统设计及其关键技术分析[J].测绘科学.2007.32（1）：100-102.

[4]陈妍.GPS车载定位监控系统的设计和实现[D].中山大学学位论文.2009.