摘  要： 針對(duì)某燃料運(yùn)輸有限公司燃煤運(yùn)輸車輛的管理現(xiàn)狀，以GPS、GPRS、GIS和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)為支撐，對(duì)該燃料運(yùn)輸有限公司的燃運(yùn)車輛監(jiān)控管理需求做了細(xì)致的分析，提出燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)了燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)，包括車輛管理、駕駛員管理和在途運(yùn)輸監(jiān)控等功能。

　　關(guān)鍵詞： GPS；GIS；GPRS；燃運(yùn)車輛；監(jiān)控

　　監(jiān)控運(yùn)輸車輛可以有效減少車輛事故和提高行車效率。目前，車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)集成許多先進(jìn)的技術(shù)，如衛(wèi)星定位技術(shù)GPS（Global Positioning System）、無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)GPRS（General Packet Radio Service）、地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System）、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)優(yōu)化等，通過以上技術(shù)的綜合運(yùn)用，能實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車輛的行駛數(shù)據(jù)自動(dòng)收集、傳送、儲(chǔ)存、分析以及備份，對(duì)運(yùn)輸車輛進(jìn)行合理調(diào)配以及實(shí)時(shí)監(jiān)控[1]。

　　1 背景與現(xiàn)狀分析

　　石河子天富燃料運(yùn)輸有限公司（簡(jiǎn)稱為燃運(yùn)公司）的主要任務(wù)是拉運(yùn)燃煤，確保石河子4個(gè)熱電廠和供熱公司燃煤的采購供應(yīng)運(yùn)輸，轄區(qū)內(nèi)農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)的集中供暖、農(nóng)工生活用煤。燃運(yùn)公司由最初幾輛運(yùn)輸車增長(zhǎng)至現(xiàn)今的幾十余輛，公司的規(guī)模不斷擴(kuò)大，效益不斷提高，同時(shí)帶來了許多新的問題。駕駛員的違章率高達(dá)30%，路橋費(fèi)用、運(yùn)輸車輛私用率以及車輛油耗增加，運(yùn)輸公司車輛管理工作者的工作量增大很多。

　　針對(duì)燃運(yùn)公司車輛管理現(xiàn)狀，綜合運(yùn)用GPS、GPRS、GIS和計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了燃運(yùn)公司車輛監(jiān)控系統(tǒng)。其中，GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛進(jìn)行定位；GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛定位數(shù)據(jù)的傳輸；GIS技術(shù)則以電子地圖的方式實(shí)時(shí)顯示車輛地理位置；計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃運(yùn)公司對(duì)在途運(yùn)輸車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。在對(duì)燃料公司車輛管理狀況充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，按照軟件工程的思想，運(yùn)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、Visual C++、SQL Server 2005和MapX技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了車輛管理、在途運(yùn)輸車輛監(jiān)控管理等模塊。

　　2 燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)分析

　　2.1 功能需求分析

　　下面將主要從車輛管理功能、監(jiān)控功能、系統(tǒng)管理功能和通信服務(wù)功能等4方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

　　2.1.1 車輛管理功能

　　車輛管理功能中主要包括車輛注冊(cè)和車輛查詢等。除了車輛等基本信息管理外，重點(diǎn)是對(duì)燃運(yùn)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)車輛及時(shí)定位，實(shí)時(shí)掌握車輛信息及駕駛員信息。因而，為實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸車輛的監(jiān)控，在每一輛車上配備GPS車載單元，通過GPRS獲得車載信息，可通過系統(tǒng)對(duì)它們進(jìn)行監(jiān)控和管理。在以下幾項(xiàng)具體的操作中，只有車輛查詢和駕駛員查詢操作，一般監(jiān)控人員可以操作外，其他的操作可以由監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)管理員操作。

　　（1）車輛注冊(cè)

　　車輛注冊(cè)主要針對(duì)新入網(wǎng)的車輛基本信息進(jìn)行登記。燃運(yùn)公司內(nèi)的貨運(yùn)車輛只有通過審驗(yàn)合格和管理部門審批后，才能由車輛管理人員將車輛的具體信息錄入數(shù)據(jù)庫中，以便實(shí)施監(jiān)控和管理。

　　（2）車輛注銷

　　一方面，隨著燃運(yùn)公司的煤炭運(yùn)輸任務(wù)的加重，公司內(nèi)部的貨運(yùn)車輛遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠使用，為了解決車輛短缺的問題，就通過尋找一些能夠長(zhǎng)期拉運(yùn)燃煤的私營(yíng)業(yè)主的貨運(yùn)車輛的辦法來解決。當(dāng)這些社會(huì)車輛今后不再承擔(dān)煤炭運(yùn)輸任務(wù)時(shí)，可以刪除這些車輛信息。另一方面，由于拉運(yùn)燃煤的車輛長(zhǎng)時(shí)間使用且多行駛在礦區(qū)，超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)難以繼續(xù)使用，或達(dá)到報(bào)廢年限，不得不將它們的信息進(jìn)行注銷。

　　（3）車輛查詢

　　通過對(duì)車輛的查詢可了解車輛的具體情況，為監(jiān)控工作人員提供管理的依據(jù)。查詢時(shí)，可根據(jù)車輛的車牌號(hào)碼、車輛顏色、車輛型號(hào)、駕駛員等信息進(jìn)行搜索。

　　（4）車輛信息修改

　　在燃運(yùn)公司的運(yùn)輸車輛，如果遇到車輛的車牌號(hào)碼更改及車輛重新噴漆等情況時(shí)，就需要更新數(shù)據(jù)，修改數(shù)據(jù)庫中車輛的基本信息。

　　（5）駕駛員信息添加、刪除與修改

　　對(duì)燃運(yùn)公司具有駕駛資質(zhì)的駕駛?cè)藛T的信息進(jìn)行添加，所要添加的信息主要包括駕駛?cè)藛T的姓名、年齡、駕駛證號(hào)、聯(lián)系方式等基本信息。如駕駛?cè)藛T從燃運(yùn)公司離職，就要將其數(shù)據(jù)信息刪除。駕駛員的信息如變化，比如駕駛員的移動(dòng)電話、家庭住址等，就需要將駕駛員信息進(jìn)行修改。

　　（6）駕駛員信息查詢

　　當(dāng)遇到有緊急的運(yùn)輸任務(wù)需要和駕駛員及時(shí)聯(lián)系，可通過查詢的方式，找到駕駛員的移動(dòng)電話，以便聯(lián)系。

　　2.1.2 監(jiān)控功能

　　監(jiān)控功能是設(shè)計(jì)運(yùn)行燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的。用戶通過監(jiān)控界面查看車輛的具體行駛位置，查看運(yùn)輸車輛歷史行駛軌跡，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸車輛及時(shí)定位等。此外，在監(jiān)控界面的電子地圖區(qū)域能對(duì)地圖進(jìn)行縮放、漫游和平移等操作，方便清晰地查看車輛位置信息。監(jiān)控功能模塊的用例圖如圖1所示。

　　（1）地圖查看

　　電子地圖顯示功能是系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的必備的條件，在電子地圖上用戶可實(shí)時(shí)查看車輛的準(zhǔn)確位置，依據(jù)地圖判斷車輛行駛情況。在電子地圖上還可以進(jìn)行放大、縮小和鷹眼效果。

　　（2）車輛位置定位

　　在本系統(tǒng)中，為了能將燃運(yùn)車輛的位置準(zhǔn)確地顯示在電子地圖上，考慮用形象的帶有方向性圖標(biāo)代表車輛的行駛方位，圖標(biāo)的位置即代表車輛的位置。

　　由于車輛的位置是處于動(dòng)態(tài)變化的，所以車輛在地圖上顯示時(shí)也是動(dòng)態(tài)的。通常車輛的位置是在道路上，尤其是正在行駛中的車輛，表現(xiàn)在電子地圖上時(shí)，車輛的圖標(biāo)也應(yīng)該在地圖對(duì)應(yīng)的道路上。然而由于GPS定位存在一定誤差，實(shí)時(shí)的車輛圖標(biāo)經(jīng)常無法和地圖上的道路一致，此時(shí)就要將圖標(biāo)的位置與道路進(jìn)行匹配，就需要不斷地把從車載終端中接收的車輛位置信息投射到電子地圖上，使車輛在地圖上的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和實(shí)際的行駛狀況相一致[2]。

　　（3）歷史軌跡回放功能

　　燃運(yùn)公司內(nèi)運(yùn)輸車輛的發(fā)車情況、行駛路徑、速度和事件等信息都由監(jiān)控中心所監(jiān)控，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，需要時(shí)可從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出特定時(shí)間段內(nèi)車輛的位置數(shù)據(jù)用來實(shí)現(xiàn)重新回放功能。

　　（4）報(bào)警處理

　　監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)的處理來自燃運(yùn)車輛的報(bào)警。在途運(yùn)輸車輛，如果出現(xiàn)了超速和駛離規(guī)定的路線時(shí)，會(huì)將信息傳送給監(jiān)控終端，這時(shí)一般監(jiān)控人員可以根據(jù)報(bào)警信息及時(shí)處理，可以啟動(dòng)與車載終端的通話等處理措施。

　　（5）電子圍欄設(shè)定

　　在煤炭運(yùn)輸過程中，如果出現(xiàn)迷路、司機(jī)干私活等情況，運(yùn)輸車輛會(huì)偏離正常路線。為防止這些情況，應(yīng)設(shè)置一定的區(qū)域限制。如車輛一旦出現(xiàn)偏離正常行駛路線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提示。

　　由于在監(jiān)控軟件中對(duì)經(jīng)緯度范圍和速度參數(shù)的設(shè)定，當(dāng)出現(xiàn)超范圍或超速時(shí)，除了監(jiān)控終端會(huì)給監(jiān)控人員報(bào)警外，車載終端設(shè)備也會(huì)給駕駛員提示越界或超速報(bào)警信息。

　　2.1.3 系統(tǒng)管理功能

　　監(jiān)控中心對(duì)車載終端發(fā)來的緊急狀態(tài)報(bào)警信息要有效地控制和處理。對(duì)緊急事件發(fā)生時(shí)的緊急標(biāo)識(shí)符的位置和數(shù)量進(jìn)行管理并存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。當(dāng)任務(wù)完成后，刪除緊急狀態(tài)控制標(biāo)志及相應(yīng)的后臺(tái)信息、存檔。

　　（1）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)與備份

　　為了讓系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，防止系統(tǒng)出現(xiàn)操作失誤或系統(tǒng)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，需將數(shù)據(jù)庫備份到磁帶或其他存儲(chǔ)介質(zhì)上，以便于對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和系統(tǒng)恢復(fù)等。

　　（2）用戶管理

　　對(duì)系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行權(quán)限的劃分，不同權(quán)限用戶所使用的功能略有區(qū)別。關(guān)于權(quán)限控制方面的需求，在系統(tǒng)中采用基于角色的權(quán)限控制機(jī)制，允許管理員對(duì)具有特殊要求的資源進(jìn)行操作，而非管理員權(quán)限的用戶登錄系統(tǒng)后，所見到的只是權(quán)限設(shè)定訪問模塊。在監(jiān)控中心系統(tǒng)中，將所有用戶分為管理員和一般監(jiān)控人員兩類。

　　2.1.4 通信服務(wù)

　　通信服務(wù)功能主要是為監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控功能提供服務(wù)支持，作為后臺(tái)通信服務(wù)系統(tǒng)，通信服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)與否，直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

　　通信服務(wù)功能支持信息發(fā)送和接收，保障監(jiān)控中心與終端之間的聯(lián)絡(luò)。車輛的定位信息是通過無線通信技術(shù)發(fā)送到管理監(jiān)控中心的，監(jiān)控中心需具有將車載終端發(fā)來的接收和信息解碼功能。監(jiān)控中心面向所有的燃煤運(yùn)輸車輛發(fā)送一些控制指令。通信服務(wù)模塊用例圖如圖2所示。

　　2.2 系統(tǒng)非功能需求

　　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)多方面考慮到今后運(yùn)行的穩(wěn)定以及后續(xù)擴(kuò)展，在設(shè)計(jì)時(shí)還考慮以下幾點(diǎn)。

　　（1）可靠性

　　燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)要運(yùn)行穩(wěn)定，為車輛監(jiān)控和企業(yè)的人身財(cái)產(chǎn)安全提供有力的保障。除硬件設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)高性能外，在采用安全性數(shù)據(jù)庫軟件的基礎(chǔ)上，還要在監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)中要有用戶權(quán)限設(shè)置和身份驗(yàn)證等功能。

　　（2）經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

　　針對(duì)燃運(yùn)公司中小規(guī)模特點(diǎn)，系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)要以簡(jiǎn)單、有效為目標(biāo)。在構(gòu)造系統(tǒng)時(shí)，使用易實(shí)現(xiàn)的C/S模式，降低系統(tǒng)架構(gòu)的硬件成本，利于數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)。在設(shè)計(jì)軟件時(shí)系統(tǒng)的界面要友好，操作簡(jiǎn)單，有利于監(jiān)控人員及時(shí)了解車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

　　（3）可擴(kuò)展性

　　因?yàn)槊鎸?duì)的是一個(gè)中小型的燃料運(yùn)輸企業(yè)的車輛管理業(yè)務(wù)原型，構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮今后系統(tǒng)擴(kuò)大容量的問題。選用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)軟件，預(yù)留可擴(kuò)展的模塊，用以實(shí)現(xiàn)用戶的新需求。各硬件設(shè)計(jì)應(yīng)符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通信技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，數(shù)據(jù)庫等軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)接口，都便于今后系統(tǒng)的擴(kuò)展[3]。

　　3 燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　構(gòu)建燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)的C/S兩層架構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮燃運(yùn)公司實(shí)際情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的原則。設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)、監(jiān)控中心軟件功能模塊和燃運(yùn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。

　　3.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)燃運(yùn)公司的規(guī)模特點(diǎn)、功能需求，構(gòu)建了基于C/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖，如圖3所示。燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心、GPRS網(wǎng)絡(luò)和車載終端3部分組成。監(jiān)控中心負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)所有流動(dòng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)工作，GPRS網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)GPS信息的運(yùn)輸，車載終端負(fù)責(zé)接收GPS衛(wèi)星定位信號(hào)和自身車輛狀態(tài)的采集。

　　車輛監(jiān)控系統(tǒng)中車載終端的通信方式使用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通信。而GPRS網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心的無線傳輸方式用GPRS無線DDN傳輸業(yè)務(wù)來實(shí)現(xiàn)的。GPRS無線DDN系統(tǒng)向用戶提供車載終端與監(jiān)控終端的透明數(shù)據(jù)通道。監(jiān)控中心通過DDN專線接入中國(guó)移動(dòng)的路由器，路由器為通信服務(wù)器分配私有IP地址，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸中安全性、可靠性和數(shù)據(jù)傳輸延遲時(shí)間。

　　3.2 監(jiān)控中心功能設(shè)計(jì)

　　充分考慮車輛監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，設(shè)計(jì)了監(jiān)控系統(tǒng)基本功能模塊，如圖4所示。

　　3.3 數(shù)據(jù)庫表設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2005，構(gòu)建基于C/S模式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。本系統(tǒng)中涉及數(shù)據(jù)量較大，需要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以保證能提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、事后查詢需求。系統(tǒng)中需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有：車輛基本屬性、用戶信息、GPS軌跡數(shù)據(jù)、用戶操作日志數(shù)據(jù)、報(bào)警信息管理和其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等。車輛監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫（DB_gps）中部分?jǐn)?shù)據(jù)表為：車輛基本信息表、車輛定位數(shù)據(jù)表、操作員信息表、報(bào)警事件表和駕駛員表等。

　　4 燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　監(jiān)控軟件是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序，如圖5所示。監(jiān)控系統(tǒng)主界面主要包括左右兩部分。左側(cè)為車輛列表，列表中為監(jiān)控系統(tǒng)中所有安裝有車載終端的車輛，右側(cè)為地圖界面，在地圖界面中用戶可看到車輛行駛狀態(tài)，并且依據(jù)由車載終端傳遞車輛位置數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間，每隔一段時(shí)間就對(duì)地圖刷新一次，從而達(dá)到對(duì)車輛的實(shí)時(shí)顯示。在監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)上，可以看到燃運(yùn)車輛的具體動(dòng)態(tài)，根據(jù)燃運(yùn)車輛運(yùn)行的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)等投射在電子地圖上，即將車輛在地圖上顯示。

　　基于C/S模式的燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)在石河子天富燃料運(yùn)輸有限公司的實(shí)施與應(yīng)用，不僅解決了對(duì)在途燃運(yùn)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史軌跡回放等問題，避免了運(yùn)輸途中倒煤、飛煤、摻假事件的發(fā)生，有效減少了運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，增加公司盈利能力，提高了石河子天富燃料運(yùn)輸有限公司的經(jīng)濟(jì)效益。

　　燃運(yùn)車輛GPS監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中所涉及知識(shí)比較廣泛，信號(hào)與數(shù)據(jù)的流動(dòng)和管理較為復(fù)雜。本文所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)雖然可對(duì)燃運(yùn)車輛實(shí)行實(shí)時(shí)定位監(jiān)控，但在系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上還需繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。由于受到自然因素、人為原因的干擾，GPS信號(hào)仍會(huì)受到一定程度的影響，需要一些硬件或軟件方法來彌補(bǔ)。本系統(tǒng)適合于中小型運(yùn)輸企業(yè)，考慮到燃煤運(yùn)輸車輛多在偏遠(yuǎn)地區(qū)行駛的情況，在監(jiān)控系統(tǒng)更加穩(wěn)定成熟后加入導(dǎo)航等一些輔助功能模塊。

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