林区车辆监控系统车载终端的研究

韩祥程，侯卫萍，刘 霞

(东北林业大学 工程技术学院，哈尔滨 150040)

近年来，随着3S技术的发展和林业现代化的需求，对林区车辆管理的要求也不断提高。一个能够应对和处理林区车辆道路运输困难状况，林区车辆运行治理调度，快速应对车辆故障和救助的智能化车辆监控系统应运而生。

林区有着地形复杂，车辆作业时间较长等作业特点，对于林区车辆进行监控的难度比较大。如果将全球定位系统与无线通讯技术实现有机结合，在车载终端使用GPS模块对林区车辆位置的地理信息系统数据进行采集，并通过GPRS无线通讯网络传输到监控中心，可实现林区车辆的智能化监控管理的目的[1-3]。本文针对林区车辆监控系统的车载终端进行研究，设计了面向林区车辆的车载终端的硬件系统和软件系统，该系统与监控中心互相通信，实现林区车辆智能化监控的目的。

1 总体设计

林区车辆监控系统由车载终端和监控中心两大部分组成，完成两部分的实时通讯工作由GPRS无线网络实现。监控中心的通信服务器负责接收车载终端发来的数据，监控终端主要负责监控指挥调度，包括车辆位置跟踪，轨迹显示，车辆调度管理等功能。整体的系统设计图如图1所示。其中车载终端部分包括微处理器，嵌入式操作系统、信息采集系统、GPRS无线数据通信模块和GPS接收器等结构组成。

为实现上述一系列检测、调控和运算等功能要求以及其工作流程，必须首先要求车载终端能够实现车辆动态定位信息的采集，采集数据包括车辆的卫星定位数据、坐标、位移和速度等，这些工作需要GPS模块完成。然后由GPS采集的数据要能够通过 GPRS 无线数据传输系统发送到监控中心。最后，车辆还要能够接收监控中心的指令，并根据指令完成相应的动作。除此之外林区车辆监控系统车载终端部分还应能够提供按键操作面板、语音通信、短信息接收与发送、必要的存储以及一定的格式转换等功能与结构。

图1 林区车辆监控系统总体设计图

2 硬件设计

林区车辆车载终端监控系统硬件组成部分主要由全球定位系统模块、无线通信技术模块、能源供应模块、ARM控制器、按键和外部控制输出接口等基本硬件和车载免提电话、短信息接收发送模块、液晶显示模块以及其他辅助硬件模块组成，如图2所示。

图2 林区车辆监控终端系统硬件设计图

对于林区车辆监控系统来说，ARM处理器的选取非常重要，它影响着整个林区车辆监控系统的结构和功能。本系统的车载终端部分，应用嵌入式ARM处理器型号选取为飞利浦公司的LPC2214微处理器，该型号支持调试和开发的软硬件比较成熟，而且性能稳定，易于产品化。同时该处理器内有Flash程序存储器、静态的存储器可以使得操作存储状况大为改善，该存储器可多次擦除操作和写入操作，从而降低系统功耗，提高系统稳定性[4]。

全球定位系统GPS模块用以解决相关车辆位置的确定、防止车辆被窃取、车辆运行路线动态监测以及相应信息传输调度等性能。林区车辆监控系统中GPS模块的性能评价可以通过信号的敏感度、功能消耗、地理定位精度状况、时间误差情况等对其进行整体式评价。本系统选用的是HOLUX 的 GR-87 模块，该模块具有设计紧凑、定位精度高、定位迅速等特点，能够满足本系统的需求。

对于林区车辆监控系统车载终端GPRS无线通信技术的性能要求，随着无线通信技术的不断向前发展，林区采伐工作环境的不断改善，各种无线通信技术信号塔在林区中建立并得以完善，使林区车辆监控系统车载终端数据信息以GPRS无线通信技术进行传输成为可能。特别是GPRS可以实现实时数据传输，而且按数据流量计费，特别适合林区车辆监控系统这种小流量数据传输环境[5]。本系统选用的是众山公司开发生产的ZSD3120模块，该模块内嵌西门子公司的高可靠性MC35iGPRS引擎和高速嵌入式处理器，支持PPP、TCP、UDP、ICMP等众多复杂网络协议和SOCKET标准，提供全透明数据传输和用户自由控制传输两种模式，而且使用RS232/485/422接口，就可以进行无线数据收发，使设备能够随时随地接入Internet[6]。

3 软件设计

林区车辆车载终端GPS/GPRS的软件设计首先是林区车辆监控系统车辆终端软件层次的设计，其次是林区车辆监控系统车辆终端实时操作系统的选择。

软件层次的设计中要充分利用上述硬件平台，实现数据流的有序运行。本方案中将GPS数据作为基本数据流，通过在操作系统上的应用软件处理后，封装成IP数据包，PPP数据包，再通过GPRS无线网络发送到监控中心。林区车辆监控系统车载终端各部分运行流程可以描述为：①初始化启动状态，设置车载终端ARM处理器软件操作系统启动后通过无线通信技术接入有效的链路串接当中；②车载GPS自动启动，读取当前的车辆位置数据，与监控中心发来的车辆位置进行匹配，判断车辆位置是否正常，如正常则车辆继续运行，不正常则发送警报并进行中断指令；③中断指令内容描述：开启中断，读取GPS数据并判断位移、速度、坐标等数据是否可用，如确定可用后经GPRS无线通信模块向指定IP地址监控中心发送信息数据，发送成功结束中断，否则返回重新操作读取GPS数据再次发送，直至发送成功；④车辆运行正常：检测是否有人工操作按键指令，如有指令则进行信息数据保存处理，并且按指示进行操作或传输，否则返回重新检查读取GPS信息数据情况。具体流程如图3所示。

图3 林区车辆监控系统车载终端运行流程图

由于林区车辆采伐作业的环境比较复杂多样，生产采伐作业环境恶劣，故出现车辆运行故障实施求救的可能性较大，需要在出现故障时能够满足救援要求，必须在林区车辆监控系统车载终端软件部分设置相应操作，其过程如图4所示。故障模式开启，读取GPS数据并判断数据是否可用，如果可用则通过GPRS模块向监控中心发送求救信息并发送车辆位置数据等待救援。

嵌入式实时操作系统指在嵌入式系统启动后首先执行的后台程序，用户的应用程序是运行于系统之上的各个任务，系统根据各个任务的要求，进行资源管理、消息管理、任务调度和异常处理等工作[7-9]。在目前上百种嵌入式操作系统中，根据实时性、内存管理和任务切换时间等因素综合考虑，本系统选择μC/OS-Ⅱ实时操作系统。在系统设计中要保证林区车辆信息数据的可靠性，并破除林区信息传输慢，传输信息数据容易丢失的问题，以及避免信息数据拥堵或堵塞，实现林区车辆信息数据传输畅通。

图4 故障操作流程图

4 结束语

本文对林区车辆监控系统的终端部分进行了设计研究，包括硬件设计和软件设计两部分。由于林区地形复杂多样而且车辆作业环境相对比较恶劣，保证车载终端能够顺利采集数据并与监控中心进行数据交换是系统设计中的重点和难点。在比较了众多GPS模块、ARM处理器和GPRS模块后，选择了运算速度快，信息处理能力强，信号稳定的一系列硬件设备组成了车载终端的硬件平台。并且为了保证数据流有序运行，选择了实时性操作系统以及合理的设计了软件层次。实验测试时，在VC++环境下设计通信程序模拟监控中心服务器，测试车载终端设备对模拟监控中心控制指令响应的正确性。并且将车载终端设备安装在车上，在林区内进行综合动态测试，实验结果表明，该系统能够满足林区车辆监控的基本要求。

【参 考 文 献】

[1]王建鹏.GPS/GPRS/GIS集成技术在车辆定位与监控中的应用[D].武汉：武汉大学，2005

[2]刘有贵.GPS/GPRS车辆定位网络系统及故障在线检测技术研究[D].长春：长春理工大学，2010

[3]史军勇，张晓煜.基于GPRS的实时路况车载导航终端研究与实现[J].计算机技术与发展，2011，21(9)：156-159.

[4]李 磊.基于GPS/GPRS嵌入式车载终端的设计与实现[D].福州：福州大学，2006

[5]张庆全，王培东，林福明，等.车辆监控系统中GPRS通信平台的设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2006，29(5):79-82.

[6]郭 锐.基于GIS/GPS/GPRS的车辆监控系统终端系统研发[D].济南：山东大学，2008.

[7]邬 岚，陈 婷，郑 艺，等.新型居民交通出行调查辅助系统设计[J].森林工程，2013，29(2)：121-125.

[8]吴世江，史其信，陆化普.交通出行方式离散选择模型的效用随机项结构研究综述[J].公路工程，2007，32(6)：92-97.

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