山区长途客运车辆监测系统的软件设计与实现

郭琳

(商洛学院，陕西 商洛 726000)

0 引言

应用于远程目标无线监测系统的定位技术，目前比较成熟的主要有卫星导航系统和移动定位服务网络，世界上正在使用或建设的卫星导航系统主要有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗导航系统。其中美国的GPS已经发展的很成熟，具有信号覆盖广、精度高等特点，产品在世界市场中占绝对优势;我国开发的BD-2(Beidou2)导航系统现已面向全国和亚太大部分地区提供连续无源定位、导航、授时等服务，具有双向短报文通信功能［1-2］。北斗相关的产品已开始在市场中推广，2013年交通运输部开始在9个示范省市使用北斗卫星导航系统，率先应用于我国重点营运车辆的监控，包括大客车、旅游包车和危险品运输车辆，完成对车辆的监控、车辆的出行服务与指挥调度等任务;全球移动通讯系统(简称GSM)具备完善的通信体制，且准备进入4G时代，能弥补卫星定位在山区或建筑物密集地区的不足，减少定位监控的盲区［3］。综合以上几种定位技术的特点，设计一种基于BD-2/GPS双模接收机的客运车辆监测系统，对山区客运公司的营运客车进行定位和实时监测，改善山区客运安全环境［4］。

1 客运车辆监测系统软件的总体结构与设计功能

本文在完成了系统理论架构和硬件设计的基础上，进行系统软件的开发设计。根据客运车辆监测系统开发需求，其软件的功能流程如图1所示，首先需要实时接收信号采集板采集的信息数据，经过格式处理之后由GSM发送到监控服务中心，然后接收、处理和存储。主要功能如下:

图1 系统软件功能设计流程图

(1)定位跟踪功能。当需要对被监控的车辆进行定位跟踪时，监控服务中心发送定位请求，可以实时获取被监控目标的基于BD-2/GPS/GSM三方位置信息。(2)车辆运行参数检测和保护功能。可以实现被监控目标的动态参数检测和远距离数据传输，当车辆发生异常状况或被盗时，能够远程发送参数保护请求，对被控车辆进行相关的安全保护或防盗操作。(3)提供GIS服务功能。根据跟踪到的经纬度位置，能在数据库中查找到具体的地理位置信息，加快事故应急响应的速度，为救援行动节约时间。

基于BD-2/GPS/GSM的客运车辆监测系统，利用BD-2/GPS双模接收机［5］获取被监控目标的组合位置信息［6-7］，实现对长途客车的定位、预警和运行参数的检测与保护等功能。该系统的软件工作流程如图2所示。

图2 监测系统软件总体流程图

2 车载终端软件

车载终端采用BD-2/GPS智能OEM板，负责卫星定位和目标车辆与监控服务中心的通信，采用PC104总线的嵌入式主板SX-340作为扩展平台，负责对采集到的车辆车速、转速、油压、轮胎压力等状态信号进行采集、接收和处理，并通过RS232串口与车载ECU实时通信。

2.1 串口连接模块与模块初始化的设计

利用VC6.0实现串口通信的方法主要有串口通信控件、Windows API函数或第三方设计类［8］。本系统采用第三方设计类CSerialPort作为设计基础，可以结合系统的需要来设计串口通信。CSerialPort的工作基本流程是:先设置串口参数然后启动串口通信检测线程，当接收到数据时以消息形式通知主程序并进行数据处理，发送数据是通过串口发送缓冲区完成。系统的车载终端接收通信板卡通过BD-2/GPS和GSM获得跟踪信息数据，并接收监控服务中心发送的命令指示;系统在定位与通信之前，需要对GSM通信单元初始化，包括检测与串口的连接情况、设置短消息提示功能、设置短消息格式和判断短消息存储情况等内容。BD-2/GPS的初始化自动完成。

2.2 定位监控模块的设计与车辆运行参数检测保护

图3 定位监控模块程序流程图

当需要跟踪和控制某个车辆的运动状态参数时，通过信号采集模块读取车辆状态信息，并同时收到BD-2/GPS定位信息，根据信号强弱切换合适的定位系统模式，然后对数据信息以协议方式封装并通过GSM基站转发给客运监控服务中心，工作流程如图3所示。为了满足系统动态数据传输的要求，对不同来源和种类的数据进行定义时，需要对定位、状态参数和查询信息等进行排序。在山区行驶的客运车辆，往往受到复杂公路与气候的影响比较大，主动安全的设置非常重要。系统对被监控车辆运行参数保护的操作封装成一个类CSafeguard，实现车辆运行的实时故障检测、车辆运行关键参数保护(车速、水温、机油压力、轮胎压力等)、车辆事故记录和车辆防盗等功能。

2.3 GSM通信与北斗通信模块的设计

GSM单元主要用来进行辅助定位以及与监控中心进行通信，通过嵌入式主板SX-340完成BD-2与GPS的模式切换，利用RS232串口从车载信号采集系统获取数据，然后把这些数据和对应客车信息进行排序编辑，以短消息的形式自动发送到SIM移动卡，在监控中心计算机上存储与管理。设计中采用PDU(Protocol Description Unit)模式［9］，它可以编辑文字、声音或者图像，支持中英文短信息发送。PDU模式将信息编码为十六进制PDU序列串，发送和接收短信息的格式略有不同，下面以发送短消息为例，向SIM卡号码为“8615991878038”的车载用户发送内容为“你好”的信息编码为＜0011000D9191685199818730F80008AA044F60597DFF01＞;北斗通信利用车载用户机与地面监控服务中心之间的通信服务，每次提供最多1680bit或120个汉字的短消息［10］。其工作流程为:当车辆终端收到监控中心的信号时，通过定位通信模块定位，获取BD-2、GPS和GSM三者的经纬度信息，再按照通信协议要求重新编码发回监控中心;当车载终端收到监控中心的车辆操作命令时，按照要求完成车辆参数保护的操作;最后将车辆主要状态参数和操作结果反馈给监控中心。

3 监控服务中心软件

3.1 通信服务模块的设计

如图4所示，当中心收到车载终端连接请求或主动选择监控目标时，启动线程进行监控，并结合数据库模块收发、处理和存储信息。当被监控的数量接达到上限时，可以选择合适目标退出线程，再继续启动新线程监控其他车辆。监控过程中，将目标终端的地址、端口号以及连接状态在人机交互界面上显示出来。监控服务中心与车载终端的通信主要包括定位监控请求和车辆运行参数保护等。

图4 与车载终端通信模块程序流程图

3.2 Google Earth 翻译模块

选择Plus版的Google Earth客户端软件对GSM模块发回短消息中的经纬度信息进行定位和实名翻译［11］。当系统向指定的SIM卡发送来一条短消息，其中包含被控车辆的经度、纬度、时间、速度等信息，需要对这些英文信息字符进行翻译，系统选择用RMC数据格式。在实验测试过程中，设置接收短消息的手机号码为:1599187＊＊＊＊(商洛移动用户)，被控客车上的SIM号码为:1348822＊＊＊＊(西安移动用户)，短消息服务中心号码:861871058＊＊＊＊;测试地点在商洛市某高校电控实验室;BD-2信号强度一般，GPS信号强度一般，GSM信号强度较好。RMC数据的翻译见表1，测试收到短消息内容为:

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数据格式翻译

从上述的数字串中选出经纬度信息，然后输入到Google Earth的Search对话窗口中，进行搜索实名定位。实例结果:测试时间为2013年11月28日13点11分23秒，被控客车实际位置在西安市城东客运站停车场内，处于一档缓慢前进状态，跟车实测车速处于9.00 km/h～9.68 km/h之间;商洛测试点接收到短消息，车速为9.22 km/h，最大相对误差为4.96%，可以满足实际需要。

3.3 中心数据库模块的设计

根据山区地形与公路复杂程度，交通管理部门还可以对特殊地点做特殊标记并编入实名范畴，建立数字化的地名数据库。实际推广中，客运车辆途径的交通要道和交通特殊地点要在卫星地图上做数字化编号标记，使每一个编号对应一个地理位置，相对应有一个合适的理想的客车行驶动态参数。车辆监控单位联合移动通信公司为被控目标安装车载设备并配备专用SIM卡，建立车牌号数据库的拓展库，如图5所示。如果车辆发生意外情况，不仅监控中心可以立即采取应急反应，还会自动记录车辆在此时刻的状态参数。车辆监控服务中心的软件还有初始化和串口模块，与车载终端软件类似。

图5 SIM卡号拓展动态数据库

4 结束语

基于对当前远程目标定位与监控技术的研究与分析，结合山区客运安全环境与实际发展情况，车载终端的软件实现了根据监控服务中心发送的定位请求获取BD-2/GPS的位置信息，根据监控服务中心发送的检测请求获取车辆运行实时参数，并根据监控服务中心发送的车辆运行参数保护请求实现对车载终端的远程保护;监控服务中心的软件完成了指令发送、信息数据接收处理、地理信息地图的集成拓展和数据库的建立与查询等模块设计。该系统结合了BD-2与GPS的技术优势，并利用移动通信网络传输数据，应对环境复杂的山区公路客运，具有较好的实用效果。系统在开发应用过程中，针对监控对象较少的客运公司，只需要一部手机和一台电脑即可，如果针对大集团监控模式，则需要设计基于GIS的监控管理平台，实现电子地图的集成、车载轨迹查询等功能。

［1］安家春，王泽民，胡志刚，等.北斗二代在中国及周边海域的定位分析［J］.大地测量与地球动力学，2013，33(3):83-86.

［2］黄建华，吴升.面向北斗二代终端的导航地图更新框架［J］.福州大学学报:自然科学版，2012，40(3):347-351.

［3］ZHOU JUE，CHENG PENG-GEN，LI JING.Design and implementation of vehicle integrated monitoring system based on MS4W and GPRS/GSM technology［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，2009，32(2):177-179.

［4］郭琳，李传博.山区城际公路客运安全评价研究——以商洛市六县一区为例［J］.商洛学院学报，2013，27(2):68-73.

［5］丁昊，谭美景，王万历，等.北斗数据接入中间件的设计与实现［J］.测绘工程，2013，22(3):20-23.

［6］刘季，张小红.GPS/BD组合导航定位试验和精度分析［J］.测绘信息与工程，2012，37(4):1-3.

［7］侯博，谢杰，范志良，等.多模卫星信号模拟器设计与实现［J］.计算机测量与控制，2012，20(1):170-172.

［8］宋洪涛.GPS接收机抗干扰技术研究［D］.黑龙江:哈尔滨工程大学，2011.

［9］龚建伟，熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信编程实践［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［10］施闯，赵齐乐，李敏，等.北斗卫星导航系统的精密定轨与定位研究［J］.中国科学:地球科学，2012，42(6):854-861.

［11］冯春生，朱瑞祥，张勇.基于GPS/GSM/SMS的农机肇事监测技术［J］.农机化研究，2008，30(3):87-89.