自动导航电动车远程监控系统的研究

谭宝成，赵丹丹

（西安工业大学 电子信息工程学院，陕西 西安 710032）

自动导航电动车在远距离行驶过程中，经常会出现一些障碍或者故障，如果能够实时地采集电动车的运行状态，并通过无线网络送往监控终端显示在监控界面上，操作人员便可以及时地对电动车的数据进行分析并做出决策来避免一些问题的产生[1]。据此研究出了一套用于电动车的实时通信和远程诊断的远程监控系统。

1 自动导航电动车监控系统的原理结构

本系统由数据终端（电动车），无线通信中心和监控终端（控制端）三部分组成[2]，采用客户/服务器（C/S）模式，电动车以及监控终端都作为客户机连接到中心通信服务器上，电动车通过公共通信网络上传信息到监控终端。系统原理结构如图1所示。

其中数据终端采集获取GPS导航定位的位置、航向、速度、电池状态以及前方道路信息视频等信息；远程监控终端向多辆电动车发送加减速、转向、刹车、以及电池充电命令；无线通信中心负责数据的传输。

2 电动车监控系统功能的组成

2.1 网络通信功能

2.1.1 通信方式以及通信协议的选择

常用无线通信技术如表1所示[3]。

图1 远程监控系统原理结构图Fig.1 Principle structure of remote monitoring system

可以看出，每一种无线方式都各有的优缺点，或者是传输距离太短如：红外线，蓝牙，Wifi以及UWB，或者是成本太高比如说无线数传电台，或者是传输速度慢不满足实时性要求比如GSM，亦或者穿透性差而不适合远程监控系统的要求例如Zigbee。

GPRS（General Packet Radio Service）是一种以全球手机系统（GSM）为基础的数据传输技术[4]，网络覆盖面积广。与其他几种数据传输方式相比，GPRS网络传输具有传输距离远，传输数据量大，传输速度快，费用相对较低，网络覆盖广等显著优点，因而，本系统采用了GPRS网络作为远程数据传输的无线网络，突破任何地域的限制，实现真正的远程监控。

表1 常用的无线通信对比表Tab.1 Comparison table of common wireless communication

在众多的通信协议中，TCP和UDP是目前使用最为广泛地传输协议，它们主要差别在于可靠性。UDP不可靠，不保证数据不受损害地到达目的端，适合于单独报文发送。TCP具有接收应答机制、乱序到达数据的顺序化、对接收到损坏报文重传机制，适合数据分成多个报文且需要对数据流进行调节情况。鉴于此，本系统选用TCP协议。

2.1.2 通信格式

通信信息可以分为电动车的上传信息和监控终端的下传命令。信息格式一般由信息头，具体信息，信息长度组成[5]。

①上传信息格式（如表2所示）

表2 上传信息格式Tab.2 Format of upload information

S+ID号：S表示的是上传信息的信息头，ID号表示电动车的车牌号，占用8个字节。

经度占8 Byte格式为DDMM.mmm例如：1110.534表示11度10.534分。

纬度占9 Byte格式为DDDMM.mmm，例如：11101.134表示111度01.34分。

速度占4 Byte格式为KKKk，例如：2223表示222.3Km/h。

电池状态占用1 Byte为“0”时表示需要充电；“1”表示电量充足。

上传时间表示给信息传送给监控终端的时间，占用了14 Byte格式为 YYYYMMDDHHMMSS，例如：20130611183240表示2013年06月11日18时32分40秒。

②下传命令格式（如表3所示）

表3 下传命令格式Tab.3 Format of transmission commands

@+ID号：@表示的是下传命令的信息头，ID号表示电动车的车牌号，占用8个字节。

命令类型，用来区分下传命令的类型，占用1 Byte。其中“0”表示停车；“1”表示加速；“2”表示减速；“3”表示停车充电。

回传次数是指监控终端要求电动车上传信息的次数，占用1 Byte，回传次数在1～5次之间，“0”表示正常的传送信息，“6”表示停止回传信息。

时间间隔是指两次返回数据之间的时间间隔，占用2 Byte。

2.2 信息的存储

程序利用ADO与数据库进行交互[6]，将电动车上传的数据存入Access 2003数据库中。数据库主要应用于用户管理，传感器数据的存储，以及查询数据3个方面。

2.3 远程监控界面

通过监控界面实现文件创建，电子地图导航，远程视频监控，网络数据通信，历史数据查询，电子邮件功能的切换，各个菜单项还有子菜单。监控界面如图2所示。

图2 远程监控界面Fig.2 Remote supervision interface

3 通信部分程序设计

服务器端程序，创建一个winsock1数组其中winsock1（0）控件专用于监听连接端口，等待客户机（即监控终端/电动车）发送连接请求，客户机通过固定的IP号向服务器发送连接请求，一旦服务器检测到客户机发送的连接请求，那么就会触发服务器中ConnectionRequest事件，winsock1数组中的其他成员接受了客户机的连接并分配给客户机一个唯一的requestID处理值，这样就创建了连接，而winsock1（0）继续去监听其他客户机的连接请求，如此循环往复。这样便实现了一个服务器可以同时与多个电动车进行通信。

3.1 连接程序设计

连接流程图如图3所示。

图3 连接流程图Fig.3 Connection flow chart

3.2 发送接收程序设计

发送接收程序流程图如图4所示。

4 实时性问题的解决措施

实时性是衡量自动导航电动车监控系统性能的一个重要指标。解决实时性问题关键是解决图像实时传输的问题，这是由于图像信息量巨大，我们使用的无线网络传输速度难以满足实时传输的要求，据此，提出了以下的解决措施：

首先在众多视频压缩技术中，选择码率低，处理速度快，视频质量佳的压缩技术[7-8]。

其次是无线网络传输速度和无线网络的覆盖区也是影响视频实时传输的一个关键因素。GPRS网络的传输速度最快也只有171.2 kbps，我们选用传输速度达到2 Mbps联通的WCDMA无线数据终端连接3G网络，在没有3G网络覆盖的区域，将自动转为GPRS和EDGE网络。

最后在监控终端观看现场情况时，存在一定的滞后性，为了能够及时的控制电动车，在检测到远距离障碍物时提前发出控制命令，避免不必要的损失。

5 结束语

远程监控系统融合各方面技术资源对电动车进行管理、诊断和数据分析，能够大大提高电动车效率，从而节约大量的人力物力。预计不久的将来3G、4G无线通讯技术的不断普及和完善，更多低码率、高品质的图像压缩技术也将产生，这使得电动车监控系统的性能不断的得到提高和完善，那么实现更加灵活、可靠的电动车监控系统也将指日可待。

[1]朱会东，黄艳.基于GPRS的无线图像监控系统的设计与实现[J].河南科技，2007，25（2）：278-281.

ZHU Hui-dong，HUANG Yan.Design and implementation of a wireless image monitoring and control system based on GPRS[J].HenanScienceandTechnology，2007，25（2）:278-281.

[2]张剑锋，樊晓宋，曹宝健，等.一种试验车远程监控系统设计[J].工业控制计算机，2009，22（8）：33-34.

ZHANG Jian-feng，FAN Xiao-song，CAO Bao-jian，et al.A design of remote monitoring system for test vehicles[J].Industrial Control Computer，2009，22（8）:33-34.

[3]陈高锋.常用无线通信技术简介[J].电脑知识与技术，2012，8（5）：1062-1064.

CHAN Gao-feng.Brief introduction of common wireless communication[J].Computer Knowledge and Technology，2012，8（5）:1062-1064.

[4]钟章队.GPRS通用分组无线业务[M].北京：人民邮电出版社，2001.

[5]赵吉峰.现场混装炸药车远程监控系统设计 [D].大连：大连海事大学，2012.

[6]姜福先.无人车远程指挥和监控系统软件设计 [D].南京：南京理工大学，2009.

[7]杨文斌.图像传输技术的研究[D].上海：同济大学，2007.

[8]曲巨宝，林宏基，梁洪涛，等.运动图像快速跟踪技术研究[J].重庆师范大学学报：自然科学版，2011（1）：44-48.

QU Ju-bao，LIN Hong-ji，LIANG Hong-tao，et al.Research of fast-track technology about motion picture[J].Journal of Chongqing Normal University:Natural Science,2011（1）：44-48.