ARM9 S3C2410控制GPRS模塊實(shí)現(xiàn)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)傳統(tǒng)基于單片機(jī)、GSM 技術(shù)、ArcGIS （ MapInfo 或 Google Map ） 的車輛監(jiān)控系統(tǒng)功能單一、通信費(fèi)用高、可移植性差、定位精度不高等缺點(diǎn)，提出一種新的車輛監(jiān)控系統(tǒng)解決方案：以 ARM9 S3C2410 控制 GPRS 模塊接入 Internet,實(shí)現(xiàn)車載端和監(jiān)控中心的無線數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)在監(jiān)控中心引入 51ditu、Web Service 和數(shù)據(jù)庫(kù)，完成車輛定位和用戶接入訪問，可廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)城市公共交通、出租車、旅游車、危險(xiǎn)品運(yùn)輸和物流等車輛管理方面。

1 系統(tǒng)需求及應(yīng)用分析

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，地鐵、輕軌、快速公交等現(xiàn)代化公共交通快速發(fā)展，軌道和公共交通成為城市交通的骨干。目前，我國(guó)現(xiàn)代化軌道交通和公共交通的建設(shè)仍存在資金需求量大、融資難，以及投產(chǎn)后車輛管理調(diào)用、維護(hù)效率低等問題。傳統(tǒng)車輛監(jiān)控系統(tǒng)一般采用單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集終端、短消息服務(wù) （ Short Messaging Service,SMS ） 作為通信手段、MapInfo作為地理信息系統(tǒng)（ Geographic Information System,GIS ） 平臺(tái)。由于單片機(jī)無操作系統(tǒng)，程序移植性差，已難以勝任車輛監(jiān)控系統(tǒng)功能快速發(fā)展的要求；同時(shí)，受帶寬的影響，SMS 通信鏈路已無法擴(kuò)展圖像、語音數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)；并且系統(tǒng)開發(fā)周期長(zhǎng)，價(jià)格昂貴，缺少在不同交通領(lǐng)域的推廣價(jià)值。因此，開發(fā)一種性能可靠、功能完善、組網(wǎng)方便、經(jīng)濟(jì)適用且易于推廣的車輛監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。

為了解決上述問題，本文提出一種基于國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星北斗導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)的車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用 ARM9 S3C2410 為主控芯片，融合 Internet 和通用無線分組業(yè)務(wù) （ General Packet Radio Service,GPRS ） 網(wǎng)絡(luò)，以原有 SMS 為備份鏈路，在保證北斗導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性與可靠性的同時(shí)，車載端還可以提供圖片、語音等數(shù)據(jù)傳輸功能；以國(guó)內(nèi)知名地圖產(chǎn)品供應(yīng)商靈圖的 51ditu 作為GIS 平臺(tái)，其豐富的 API 全部免費(fèi)開放，且沒有人為添加誤差因素，不需要經(jīng)過地圖匹配 就能夠完全滿足系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用在國(guó)內(nèi)城市公共交通、出租車、大客車、旅游車、危險(xiǎn)品運(yùn)輸和物流等車輛管理方面。在車輛上安裝的車載移動(dòng)終端，結(jié)構(gòu)小巧，可以根據(jù)需要裁減相應(yīng)監(jiān)控管理功能模塊。城市交通管理監(jiān)控中心應(yīng)用該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控車輛狀況，以及發(fā)出調(diào)度指揮命令和接受車輛反饋信息。研究歸納總結(jié)傳統(tǒng)系統(tǒng)在推廣、應(yīng)用方面的諸多局限性，抓住北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)正式民用的契機(jī)，提出以國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星北斗導(dǎo)航系統(tǒng)為平臺(tái)的車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)，從而大大降低系統(tǒng)的建設(shè)及運(yùn)營(yíng)成本，提高監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全性能，實(shí)現(xiàn)車輛的定位、監(jiān)控和調(diào)度。這對(duì)于掌握車輛位置，提高車輛調(diào)度水平，以及物流企業(yè)的服務(wù)水平都具有重要的意義。

2 系統(tǒng)工作原理

監(jiān)控車輛由車載北斗導(dǎo)航終端接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過 GPRS 無線通信和 Internet 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆?wù)器，服務(wù)器端軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后存儲(chǔ)到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，監(jiān)控中心通過 Web Service 訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，再由 GIS 平臺(tái)顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)將相應(yīng)的報(bào)警信息、調(diào)控指令發(fā)送到與之對(duì)應(yīng)的移動(dòng)車載端，最終實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的監(jiān)控管理功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖 1 所示。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)由車載單元 （ 車載北斗導(dǎo)航終端 ）、監(jiān)控中心 （ 客戶端 ） 和中心服務(wù)器 （ 服務(wù)器端軟件和數(shù)據(jù)服務(wù)庫(kù) ） 組成。

3.1 車載單元

車載移動(dòng)終端由基于 ARM9 的嵌入式系統(tǒng)、GPRS 模塊 （ 華為 GTM900C ）、北斗導(dǎo)航模塊 （ SiRFStarⅢ ）、液晶顯示屏和鍵盤形成的人機(jī)交互單元組成。車載終端可外接攝像頭和車載電話手柄實(shí)現(xiàn)圖像與語音的傳輸，專用的 GPIO 接口可連接車輛的各檢測(cè)控制線路，以獲取車輛的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

由 ARM 處理器控制 GPRS 模塊，接入移動(dòng)公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)，再連接到計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)無線傳輸功能。北斗導(dǎo)航模塊將接收的數(shù)據(jù)通過串口傳送到主控芯片進(jìn)行預(yù)處理。

Flash 存儲(chǔ)器用于存放已調(diào)試好的應(yīng)用程序和嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)；LCD 液晶顯示屏用于顯示系統(tǒng)信息和相關(guān)指令代碼。檢測(cè)控制線路獲取外接傳感器采集的不同狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng) GPIO 接口傳送至 CPU進(jìn)行回送等處理。

3.2 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心從功能結(jié)構(gòu)上可以分為 GIS 模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊和客戶端通信模塊。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3 所示。

GIS 模塊為調(diào)度指揮人員提供一系列操作電子地圖的功能，同時(shí)負(fù)責(zé)車輛信息的實(shí)時(shí)顯示、跟蹤和電子圍欄區(qū)域顯示；數(shù)據(jù)庫(kù)信息管理模塊完成數(shù)據(jù)庫(kù)的信息管理功能，同時(shí)為調(diào)度人員提供系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境設(shè)置、系統(tǒng)登錄、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)、權(quán)限分配、日志查詢等功能；客戶端通信模塊完成車輛的遠(yuǎn)程控制、實(shí)時(shí)調(diào)度，以及報(bào)警提示、確認(rèn)、取消、越界處理等功能。

3.3 中心服務(wù)器

系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于 Microsoft SQL Server 2008,表（ Table ） 是其主要存儲(chǔ)單位，用戶可以通過表來訪問數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中常用數(shù)據(jù)表如表 1 所示。

中心服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的中樞，是車輛和監(jiān)控中心進(jìn)行互聯(lián)的橋梁。一方面，中心服務(wù)器負(fù)責(zé)接收車輛通過網(wǎng)絡(luò)傳送的實(shí)時(shí)信息，并存儲(chǔ)在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后由監(jiān)控中心進(jìn)行訪問；另一方面，中心服務(wù)器負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取監(jiān)控中心發(fā)出的命令信息，傳送到相應(yīng)的車輛。

中心服務(wù)器由服務(wù)器軟件和服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，其中軟件負(fù)責(zé)接收、解析、存儲(chǔ)和發(fā)送信息。

經(jīng)過解析后的車輛信息或中心命令分別存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，由監(jiān)控中心進(jìn)行訪問或由服務(wù)器發(fā)送給相應(yīng)的車載單元。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)訪問的實(shí)現(xiàn)

車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)采用 Web Service 技術(shù)實(shí)現(xiàn)客戶端對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問功能。當(dāng)監(jiān)控中心訪問中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，首先通過 Web Service 向服務(wù)器發(fā)出申請(qǐng)，通過 SQL 語句讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，然后利用 ADO.NET 的組件 DataSet 生成 XML 文件存放在本地磁盤中。監(jiān)控中心軟件通過讀取 XML 文件，取得相應(yīng)的字段值，從而完成對(duì)中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。

4.2 中心服務(wù)器通信功能的實(shí)現(xiàn)

在車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)中，監(jiān)控中心需要與車載終端進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)采用 GPRS 通信，這是一種基于 I P 地址的網(wǎng)絡(luò)通信方式， 由SOCKET （ 套接字 ） 實(shí)現(xiàn)。當(dāng)車載單元與監(jiān)控中心之間有通訊請(qǐng)求時(shí)，主控制器就通過相應(yīng) AT 指令來完成指定的通信過程。

5 結(jié)束語

基于 ARM 的北斗導(dǎo)航 / GPRS / GIS 車輛監(jiān)控系統(tǒng)采用 GPRS 和 Internet 網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)通信平臺(tái)，解決了傳統(tǒng)基于單片機(jī)和 GSM 技術(shù)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)傳輸速度慢、易產(chǎn)生阻塞、功能單一、不便擴(kuò)展等問題；而且以數(shù)據(jù)庫(kù)、51ditu 和 Web Service 技術(shù)為依托，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能，降低了運(yùn)營(yíng)成本，縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能。經(jīng)過嚴(yán)格測(cè)試，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在網(wǎng)絡(luò)情況良好的條件下系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于 3 s.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)合理，軟硬件設(shè)計(jì)可行，并且具有良好的實(shí)用性、可擴(kuò)展性和可操作性，可以根據(jù)具體需求對(duì)系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行靈活配置。該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于地鐵、輕軌、公交、出租車等公共交通領(lǐng)域，在車輛的調(diào)度和管理、保證行車安全等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。