基于ARM的北斗导航 GPRS GIS车辆监控系统设计

　　1 系统需求及应用分析

　　随着我国城镇化进程加快，地铁、轻轨、快速公交等现代化公共交通快速发展，轨道和公共交通成为城市交通的骨干。目前，我国现代化轨道交通和公共交通的建设仍存在资金需求量大、融资难，以及投产后车辆管理调用、维护效率低等问题。传统车辆监控系统一般采用单片机作为数据采集终端、短消息服务 （ Short Messaging Service,SMS ） 作为通信手段、MapInfo作为地理信息系统（ Geographic Information System,GIS ） 平台。由于单片机无操作系统，程序移植性差，已难以胜任车辆监控系统功能快速发展的要求；同时，受带宽的影响，SMS 通信链路已无法扩展图像、语音数据传输业务；并且系统开发周期长，价格昂贵，缺少在不同交通领域的推广价值。因此，开发一种性能可靠、功能完善、组网方便、经济适用且易于推广的车辆监控系统是当务之急。

　　为了解决上述问题，本文提出一种基于国产卫星北斗导航系统平台的车辆监控管理系统。系统采用 ARM9 S3C2410 为主控芯片，融合 Internet 和通用无线分组业务 （ General Packet Radio Service,GPRS ） 网络，以原有 SMS 为备份链路，在保证北斗导航监控系统数据传输的实时性与可靠性的同时，车载端还可以提供图片、语音等数据传输功能；以国内知名地图产品供应商灵图的 51ditu 作为GIS 平台，其丰富的 API 全部免费开放，且没有人为添加误差因素，不需要经过地图匹配 就能够完全满足系统的应用要求。

　　该系统可广泛应用在国内城市公共交通、出租车、大客车、旅游车、危险品运输和物流等车辆管理方面。在车辆上安装的车载移动终端，结构小巧，可以根据需要裁减相应监控管理功能模块。城市交通管理监控中心应用该系统可实时显示监控车辆状况，以及发出调度指挥命令和接受车辆反馈信息。研究归纳总结传统系统在推广、应用方面的诸多局限性，抓住北斗卫星导航系统平台正式民用的契机，提出以国产卫星北斗导航系统为平台的车辆监控管理系统，从而大大降低系统的建设及运营成本，提高监控网络的安全性能，实现车辆的定位、监控和调度。这对于掌握车辆位置，提高车辆调度水平，以及物流企业的服务水平都具有重要的意义。

2 系统工作原理

　　监控车辆由车载北斗导航终端接收卫星数据，通过 GPRS 无线通信和 Internet 网络将数据传输到中心服务器，服务器端软件对数据进行解析后存储到服务器数据库中，监控中心通过 Web Service 访问数据库，再由 GIS 平台显示数据，同时将相应的报警信息、调控指令发送到与之对应的移动车载端，最终实现相应的监控管理功能。系统设计原理如图 1 所示。

　　3 系统结构设计

　　车辆监控管理系统由车载单元 （ 车载北斗导航终端 ）、监控中心 （ 客户端 ） 和中心服务器 （ 服务器端软件和数据服务库 ） 组成。

　　3.1 车载单元

　　车载移动终端由基于 ARM9 的嵌入式系统、GPRS 模块 （ 华为 GTM900C ）、北斗导航模块 （ SiRFStarⅢ ）、液晶显示屏和键盘形成的人机交互单元组成。车载终端可外接摄像头和车载电话手柄实现图像与语音的传输，专用的 GPIO 接口可连接车辆的各检测控制线路，以获取车辆的各种状态数据。其结构如图 2 所示。

　　由 ARM 处理器控制 GPRS 模块，接入移动公司的GPRS网络，再连接到计算机监控中心，从而实现远程数据无线传输功能。北斗导航模块将接收的数据通过串口传送到主控芯片进行预处理。

　　Flash 存储器用于存放已调试好的应用程序和嵌入式 Linux 操作系统；LCD 液晶显示屏用于显示系统信息和相关指令代码。检测控制线路获取外接传感器采集的不同状态数据，经 GPIO 接口传送至 CPU进行回送等处理。[page]

　　3.2 监控中心

　　监控中心从功能结构上可以分为 GIS 模块、数据库信息管理模块和客户端通信模块。其结构设计如图 3 所示。

　　GIS 模块为调度指挥人员提供一系列操作电子地图的功能，同时负责车辆信息的实时显示、跟踪和电子围栏区域显示；数据库信息管理模块完成数据库的信息管理功能，同时为调度人员提供系统运行环境设置、系统登录、数据备份、数据恢复、权限分配、日志查询等功能；客户端通信模块完成车辆的远程控制、实时调度，以及报警提示、确认、取消、越界处理等功能。

　　3.3 中心服务器

　　系统设计基于 Microsoft SQL Server 2008,表（ Table ） 是其主要存储单位，用户可以通过表来访问数据。系统中常用数据表如表 1 所示。

　　中心服务器是整个系统的中枢，是车辆和监控中心进行互联的桥梁。一方面，中心服务器负责接收车辆通过网络传送的实时信息，并存储在服务器数据库中，然后由监控中心进行访问；另一方面，中心服务器负责从数据库中提取监控中心发出的命令信息，传送到相应的车辆。

　　中心服务器由服务器软件和服务器数据库构成，其中软件负责接收、解析、存储和发送信息。

　　经过解析后的车辆信息或中心命令分别存储在数据库中，由监控中心进行访问或由服务器发送给相应的车载单元。

　　4 系统关键技术

　　4.1 远程数据库访问的实现

　　车辆监控管理系统采用 Web Service 技术实现客户端对数据库的访问功能。当监控中心访问中心服务器数据库时，首先通过 Web Service 向服务器发出申请，通过 SQL 语句读取数据库中的数据，然后利用 ADO.NET 的组件 DataSet 生成 XML 文件存放在本地磁盘中。监控中心软件通过读取 XML 文件，取得相应的字段值，从而完成对中心服务器数据库的访问。

　　4.2 中心服务器通信功能的实现

　　在车辆监控管理系统中，监控中心需要与车载终端进行双向数据传输。系统采用 GPRS 通信，这是一种基于 I P 地址的网络通信方式， 由SOCKET （ 套接字 ） 实现。当车载单元与监控中心之间有通讯请求时，主控制器就通过相应 AT 指令来完成指定的通信过程。

　　5 结束语

　　基于 ARM 的北斗导航 / GPRS / GIS 车辆监控系统采用 GPRS 和 Internet 网络作为数据通信平台，解决了传统基于单片机和 GSM 技术的车辆监控系统传输速度慢、易产生阻塞、功能单一、不便扩展等问题；而且以数据库、51ditu 和 Web Service 技术为依托，实现了对车辆的动态监控功能，降低了运营成本，缩短了项目开发周期，提高了监控系统的整体性能。经过严格测试，该系统运行稳定，在网络情况良好的条件下系统响应时间小于 3 s.实验结果表明，系统性能稳定可靠，结构合理，软硬件设计可行，并且具有良好的实用性、可扩展性和可操作性，可以根据具体需求对系统的硬件和软件进行灵活配置。该系统可广泛应用于地铁、轻轨、公交、出租车等公共交通领域，在车辆的调度和管理、保证行车安全等方面具有广泛的应用前景。