（电力系统及其自动化专业论文）基于java的webgps车辆监控系统设计与开发研究.pdf

一系列功能，用户无论身在何处，都能通过i n t e m e t 方便地实时监控车辆。 在开发系统过程中，监控中心采用了c s 模型与b s 模型相结合的策略。 经过系统分析，把一些交互性和安全性要求高的应用设计为c s 模式，而在信 息的浏览、查询实现上采用b s 模式。两种体系结构的结合使用，进一步扩充 了系统的应用范围，满足了不同用户的要求，提高了系统的功能和运行效率， 在保证系统的安全性和实时性的同时，实现了信息的开放式检索，体现出与现 今信息系统的发展趋势的一致性。监控中心服务器端软件设计采用了全j a v a 解决方案，着重介绍了利用j a v a 技术开发基于i n t e r n e t 的g i s 系统和数据库应用 系统的特点和优势，深入分析了基于服务器端应用开发实现的j a v a 技术，包括 应用服务层的j a v as e r v l e t 技术、应用服务层与数据服务层的j d b c 技术等。 由于系统具有多用户、大数据量的特性，建立数据库连接的操作将是系 统中代价最大的操作之一。为了消除数据库频繁连接带来的开销瓶颈，对系统 性能进行优化，提出了用于优化多用户数据库并发连接的一套基于j d b c 的数 据库连接池高效管理策略。系统优化后有效地控制了资源消耗，提高了数据库 访问速度，增加了数据库连接的使用效率，极大地发挥了数据库系统的工作性 能，充分体现了方案的j 下确性及可预见性。 基于j a v a 的车辆监控系统是一项新的技术应用，适合广大中小物流运 输企业，它将大大增强客、货运输业的竞争能力，提高车辆的运营效益具有 广阔的应用前景。 关键词：车辆监控系统、g p s 、g i s 、g s m 短消息通信技术、c s 与b s 结合、j a v a 、数据库连接池管理策略 d e s i g n a n d d e v e l e p m e n t r e s e a c ho fj a v a b a s e d w e b g p sv e h i c l e m o n i t o r i n gs y s t e m m a j o r ：e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n d i t sa u t o m a t i o n g r a d u a t e ：l i ud a n a d v i s o r ：h o n g g u a n gh u a n g t h ew e b g p sv e h i c l e m o n i t o r i n gs y s t e md e s i g n e d i n t h i st h e s i sc o n t a i n s m a i n l yt h r e ep a n s ：t h ec o n t r o lc e n t e r ，t h em o b i l eu n i ti n s t a l l e di ne a c hv e h i c l ea n d g s mc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i ti sal a r g e s c a l ea n dp u b l i cm o n i t o r i n gp l a t f o r m f o rg p sv e h i c l ed y n a m i ci n f o r m a t i o nb a s e do ni n t e r n e t ，w h i c hc o m b i n e sa d v a n c e d g p s 、g i s 、g s ma n di n t e r n e t t e c h n o l o g i e s n l e i n t e r n e t - b a s e d m o n i t o r i n g p l a t f o r mf o rg p sv e h i c l ed y n a m i ci n f o r m a t i o np r o v i d e sa ni n t e g r a t e ds o l u t i o nf o r v e h i c l eo r i e n t a t i o n ，o n w a y g o o d sf o l l o w - u ps e r v i c e ，r e a l t i m ed i s p a t c h i n g a n d i n f o r m a t i o nq u e r y a sar e a l t i m ev e h i c l e p o s i t i o n i n ga n dm o n i t o r i n gs y s t e m ，t h e w e b g p s s y s t e m m u s tr e s o l v et h ec o l l e c t i o no f p o s i t i o n i n g d a t aa n dt h er e a l - t i m e t r a n s m i s s i o no ft h e s ed a t af i r s t l y m a n yl o c a t i o nt e c h o n o l o g i e sd e s i g n e dt oi m p r o v e v e h i c l ep o s i t i o n i n gp r e c i s i o na n dr e l i a b i l i t ya r ed i s c u s s e da n dt h ed e s i g np r o j e c to f i n t e r g r a t e dg p s d rn a v i g a t i o nt e c h n o l o g yi sc h o s e n a c c o r d i n g t ot h er e q u i r e m e n t f o rr e a l t i m ev e h i c l et r a c i n g ，t h ee s t a b l i s h i n go fc o m m u n i c a t i o nl i n k p a t ha n dt h e d e l i v e r i n go f d a t ai n f o r m a t i o nb e c o m et h em a j o r p r o b l e m i na c t u a la p p l i c a t i o n t h e v e h i c l e m o n i t o r i n gs y s t e ma d o p t s t h e t e c h n i q u e o fm e s s a g ec o m m u n i c a t i o ni n g s mn e t w o r kt or e a l i z er e m o t ed a t ad e l i v e r i n g ，w h i c hn o to n l yr e s o l v e st h i s p r o b l e mw e l l b u ta l s o h a sv e r yl o wc a s ti nc o m m u n i c a t i o n g s mn e t w o r ki s a l r e a d ye s t a b l i s h e de v e r y w h e r e t h ee x p e n s eo fu s i n g s h o r tm e s s a g es e r v i c ei s l o w e ra n di ti ss u i t a b l et ot r a n s m i tp o s i t i o n i n gd a t at ot h ec o n t r o lc e n t e rr e p e a t l yi n as h o r ts l o t t h e “p o i n tt oc e n t e r s o l u t i o ni sa d o p t e db e t w e e nt h ec o n t r o lc e n t e r r a n dt h es h o r tm e s s a g es e r v i c ec e n t e rt or e d u c et r a n s m i s s i o nd e l a ya n di n c r e a s e c a p a c i t yo fm o n i t o r i n gt a r g e t sg r e a t l y w h i c hi sv e r yi m p o r t a n ti nw e b g p ss y s t e m a n dh a sg o o d a p p l i c a t i o nm e a n i n g t h ec o n t r o lc e n t e r ，a s t h ek e r n e lp a r to ft h ew h o l ew e b g p s s y s t e m ，e m p l o y s t h er e a l i z a t i o nm o d eo f “i n t e r n e t + d a t a b a s e + v e c t o rm a p ”v e c t o rm a p w h i c hi s p r o d u c e dt h r o u g hs c a n n i n go r i g i nc h e n g d um a p ，d i g i t i z i n g a n dl a b e l i n gu s i n g m a p l n f o ，p r o v i d e s b a s i cd a t af o r i m p l e m e n t i n gm a pa p p l i c a i o nd e v e l o p m e n t m a p x t r e m e j a v a ，an e w a d v a n c e dm a pa p p l i c a t i o ns e r v e ri su s e dt om a t c hd i s p l a y o fg p s p o s i t i o n i n gp o i n t st r a n s m i t t e db yg s m n e t w o r ka n dr e a l i z ev e h i c l er e a l t i m ed i s p a t c ha n di n f o r m a t i o nq u e r yu n d e rb sm o d e w h e r e v e rac a rl o c a t e s ，u s e r c a n s u p e r v i s ei tc o n v e n i e n t l y a n d q u i c k l y v i ai n t e m e t t om a k ef u l lu s eo ft h ea d v a n t a g e so fb sa n dc sm o d e ，m ys o l u t i o nt o r e a l i z et h ed e s i g no ft h ec o n t r o lc e n t e ri sc o m b i n a t i o no fb i ss t r u c t u r ea n dc s s t r u c t u r e b sm o d ei su s e df o rb r o w s i n ga n de n q u i r yt h r o u g hb r o w s e r sa n dc s m o d ei sm a i n l yu s e df o rd a t am a i n t e n a n c e t h i ss y s t e mi si n c o m p a r a b l ye a s yt ob e o p e r a t e d u s e r sc a l le n t e rt h es y s t e mi n t e r f a c es i m p l yb yo p e n i n gi ea n di n p u ta n i p t h ec o m b i n a t i o no ft h e s et w om o d e sf u r t h e re x p a n d st h ea p p l i c a t i o ns c o p e ， s a t i s f i e st h ed e m a n d so fv a i l o u sc l i e n t s ，e n h a n c e st h es y s t e mf u n c t i o na n do p e r a f i o n e f f i c i e n c y a n dr e a l i z e st h e o p e n i n f o r m a t i o n s e a r c h i n g i t a l s oe m b o d i e st h e c o n s i s t e n c yw i t ht h et r e a do f t h ec u r r e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m i nt h es e r v e r s i d e ，t h e s o f t w a r e d e s i g n o ft h ec o n t r o lc e n t e ra d o p t sc o m p l e t ej a v as o l u t i o n t h e c h a r a c t e r i s t i c sa n da d v a n t a g e so fu s i n gj a v at e c h n o l o g yt od e v e l o pw e b g i sa n d d a t a b a s ea p p l i c a t i o ns y s t e ma r ed e s c r i b e di nd e t a i l t h ec o n c r e t ej a v a r e a l i z a i o n t e c h o n o l o g i e s ，i n c l u d i n gj a v as e r v l e ta n dj d b c ，a r ea n a l y z e dd e e p l y w i t ht h e j s p 、s e r v l e ta n dc o n n e c t i o np o o lt e c h n i q u e ，a c c e s s t o d y n a m i c d a t aa n d d e v e l o p m e n to f d y n a m i c d a t ab a s e do ng p s s y s t e m c a nb e i m p l e m e n t e d a sm e s y s t e mi sc h a r a c t e r i s t i co f v a s tn u m b e ro fu s e r sa n dl a r g ed a t ab u l k ，t h e o p e r a t i o no fe s t a b l i s h i n g d a t a b a s ec o n n e c t i o n sh a sb e c o m eo n eo ft h eo p e r a t i o n s w h i c hh a v et h em a x i m a lc o s t t oe l i m i n a t et h eb o t t l e n e c kp r o b l e mb r o u g h tf o r n lb y f r e q u e n t c o n n e c t i o nt ot h ed a t a b a s ea n do p t i m i z et h es y s t e mp e r f o r m a n c e ，a n j d b c b a s e dd a t a b a s ec o r m e c i t i o n p o o lm a n a g e m e n ts t r a t e g y i s d e v e l o p e d t o o p t i m i z et h ec o n c u r r e n tc o n n e c t i o np r o b l e m t h es y s t e ma f t e r t h eo p t i m a z a t i o n a c q u i r e ss a r i s f a c t o r yr e s u k ss u c h a se f f e c t i v e l yc o n t r o l l i n gt h er e s o u r c ee x h a u s t i o n ， c h a n c i n gt h ev i s i t i n gv e l o c i t yo f t h ed a t a b a s ea n dd e v e l o p i n gw o r k i n gc a p a b i l i t yo f t h ed a t a b a s es u f f i c i e n t l y ，w h i c hf u l l ye m b o d i e st h ea c c u r a c ya n df o r e s e e a b i l i t yo f t h es t r a t e g i e s a san e wt e c h n i c a la p p l i c a t i o n ，t h i ss y s t e mi sc o m p a r a t i v e l ys u i t a b l e t ot h e v a s tm a j o r i t yo fm i d d l ea n ds m a l ll o g i s t i c st r a n s p o r te n t e r p r i s e s i tw i l lb u i l du p t h e c o m p e t i t i o na b i l i t yo fp a s s e n g e r t r a f f i co rf r e i g h tt r a d ea n di m p r o v et h eo p e r a t i o n a l b e n e f i to f t h ev e h i c l e ，a n dh a v eb r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t k e yw o r d s ：v e h i c l em o n i t o r i n gs y s t e m 、g p s 、g i s 、s m s 、c sa n db s i n t e g r a t i o n 、j a v at e c h n o l o g y 、d a t a b a s e c o n n e c i t i o np o o lm a n a g e m e n ts t r a t e g y v 旧川人学顾1 学位论义( 2 0 0 4 ) 1 绪论 l i l 课题背景 随着改革开放和经济的高速发展，人民的生活水平大幅度地提高，许多 单位和个人都配备了汽车。同时，社会治安也面临着许多新问题，危害社会治 安、影响社会稳定的各种矛盾和纠纷剧增劫车、盗车等各种现象逐年上升， 重大刑事犯罪案件不断发生，并具有严重的突发性、暴力性、机动性、高科技 性。为了提高公安部门对社会治安的动态控制和管理能力，提高打击犯罪活 动、处理突发时间的快速反映能力，必须要加快快速反映机制建设。 如今经济的发展已突破地域的限制，很多车辆需要跨地域作业。如何对 大区域范围内的车辆进行有效的管理，提高有限资源的有效利用率，也是摆在 车队经营管理者面前的一个不容忽视的问题。对车辆的位置、状态等动态信息 进行实时监控，及时排除车辆遇到的问题，可以提高车辆的利用率，保障司机 的人身安全。因此，对这种地域广大、机动性强、数量众多的移动目标实现有 效监控、紧急救援和提供各种信息服务是社会所需，也是公安、银行、物流管 理等行业的所求。而这些都离不开相应的地理空间信息和移动目标位鼍信息的 获取，因此g p s 全球定位系统、g i s 地理信息系统在车辆监控系统中有着很 大的市场潜力和广阔的应用发展前景l l j 。 g p s 是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球 性的导航定位、定时、测速系统，它是目前技术上最成熟的种卫星导航和定 位系统。它利用位于距地球2 万多公罩高，由2 4 颗人造卫星组成的卫星网， 向地球不断发射定位信号。地球上的任何一个g p s 接收机，只要接受到三颗 以上的卫星发出的信号，瞬问就可以解算出被测载体的运动状态，如经度、纬 度、高度、时间、速度等。近几年来随着电子技术的发展，g p s 接收机的造 价大幅度下降，体积越来越小，快速定位能力和抗遮蔽能力也有所提高。另一 方面，由于嵌入式p c 、单片机和d s p 技术的发展使车载g p s 设备的体积和 造价也大幅下降。同时随着计算机和网络技术的发展，相关软硬件设备的性价 比有大幅度的提高，使得建立一个性价比高的g p s 综合服务系统成为可能。 地理信息系统( g i s ) 是一种将图形管理系统和数据管理系统有机地结合 起来，对各种空问信息进行收集、存储、分析和可视化表达的信息处理与管理 圳川大学坝 一学位论文( 2 0 0 4 ) 系统。g i s 将地理空间信息与属性信息有机结合起来，不仅可以提供空间图 象，还可以提供相关有效的各种信息。可以通过直观、方便、互动的可视化方 式，实现数据信息的快速查询、计算、分析和辅助决策。自2 0 世纪6 0 年代世 界第一个g i s 平台在加拿大问世以来，如今已发展成为一门效益卓著的产 业，其应用早已突破最初的土地资源管理领域，正逐渐向社会生活的各方面渗 透 5 。随着i n t e r n e t 的飞速发展，许多公司正将研究重点转移到w e b g i s 上， 它将进一步推动g i s 的业务化、实用化与产业化。 g p s 技术的发展，使得移动目标的实时定位成为可能，同时无线通信技 术的长足发展，在g i s 和g p s 之间建起了一座数据通信的桥梁，使得对移动 车辆的远程监控调度成为可能。车辆导航监控系统中，定位信息、路况信息及 其它信息都可以用g i s 来进行管理，一方面，可全面解决车辆监控所需信息 的实时更新与导航定位信息的可视化，突破现有电子地图的概念；另一方面， 可充分发挥g i s 的空间分析能力，提升车辆导航监控系统的服务品质1 4 j 。g p s 与专业的g i s 相结合，超越了二者原有的功能和应用范围，产生更直观的效 果，成为具有专业行为意义的动态实时信息系统【”。现在几乎所有的车辆监控 系统在很大程度上都依赖g p s 和g i s 数字地图技术。随着i n t e m e t 的蓬勃发 展，g p s 车辆监控系统也将进入网络时代，g p s 、g i s 、g s m 等各种先进技术 的融合形成现在的w e b g p s 一基于i n t e r n e t 的g p s ，成为g p s 定位信息通过国 际互联网传递的- 4 十新的应用方式。 1 2 课题研究的目的和意义 物流运输行业是推动国民经济快速发展必不可少的基础产业，各类物流 运输仓储企业虽然在长期发展历程中已经积累了丰富的实践经验，但由于车辆 动态信息的实时监控一直未得到解决，信息反馈不及时、不精确、不全面等问 题导致了运力的大量浪费与运作成本的居高不下。面对当今客户r 益增长的服 务需求，以及国外物流企业运用信息技术与快速反应式运作抢滩中国物流市场 的冲击，中国的物流运输企业必须采用新科技手段来武装自己，提高自身的服 务质量与服务水平，才能自信地迎接来自各方的挑战。毫无疑问，物流行业将 是未来g p s 应用的主要市场，市场潜力是巨大的l 。 近年来国内外对运用g p s g i s 技术实现车货在运输过程中的全程监控及 四川大学硕上学位论文( 2 0 0 4 ) 运输车辆的实时调度这些方面开展了许多的研究工作，并取得了一定的成果。 现在利用g p s g i s 集成技术对车辆实施监控已经不是一个新鲜的话题。在美 国，g p s g i s 集成系统已经成为其运输业物流管理的重要手段，8 0 的大型卡 车车辆都已安装了这类系统。在国内，物流行业的监控应用也已经开始起步。 很多物流运输企业对采用g i s g p s 技术十分关注且跃跃欲试，但大部分企业 却不敢贸然采用，而是持观望态度。据近期一项业内人士的调查，9 1 的企业 认为g p s 投资费用偏高且市场条件不成熟，6 0 的企业认为g p s 自身技术及 配套设施不够完善，5 0 的企业认为缺乏售后服务的支持，2 0 的企业认为操 作简便性不够。由此可见，实施周期长、投入资金多、开发层次低、维护费用 高、配套设施不全、可持续发展性差等原因极大地阻碍了g p s g i s 在物流行 业的推广应用 2 1 。 如果在全国范围内建立一个强大的监控体系，通过i n t e r n e t 将各物流企业 连接起来，任何物流公司只要在相应车辆上安装监控设备即可享受各类服务， 这样不仅能够提高生产效率又可降低物流企业不必要的投资费用，促进我国物 流业的整体发展。在研究这一问题的过程中w e b g p s 实时车辆监控管理系统 应运而生。这是一套建筑于国外、国内先进技术基础之上的物流管理综合服务 系统，它的出现大大促进了物流产业的发展。该系统为用户提供了通过 i n t e r n e t 远程实时访问被监控车辆、货物动态信息的手段。各类用户可以充分 利用自己的权限，进入监控主界面对其车辆及货物进行监控、调度、即时定位 等多项操作，实现车辆实时动态信息的全程管理，使有关物流运输部门能全 面、准确、动态地了解所有车辆的运营状态，把握散布在各个中转环节之中的 产品流动状况，从而进行合理调度，使物流运输更快捷、更安全。 w e b g p s 车辆监控系统，构建于i n t e r n e t 上的一个大型公共的车辆动态信 息j 盗控平台、一套高效的信息化、网络化、智能化的车辆跟踪、物流管理系 统，为车货在途监控、实时调度及信息查询提供了完整的解决方案，并将 g p s 、g i s 、g s m 应用真正推向了互联网，较好地解决了在i n t e r n e t 上实现车 辆跟踪的一些技术难题，如：实时刷新、动态跟踪、多辆车同时跟踪、多辆车 并发管理、负载均衡等问题。 w e b g p s 是以建立中国物流行业公共信息平台为己任，继网上运力、网上 货源、网上委托、网上跟踪和网上仓库五大功能模块联合使用后，最近又大力 州川大学砸 。学位论文( 2 0 0 4 ) 推出的g p s 新概念。它有机地结合了i n t e m e t 与g p s 的优势与特色，一方面 利用互联网实现了无地域限制的跟踪信息显示，另一方面又通过设置不同权限 做到了信息的保密。两者的结合使得w e b g p s 车辆临控系统具有以下优势： ( 1 ) 成本优势：一般使用g p s 必须有摹站、g p s 车载设备、集群通讯 网、其他相应设备及软件，而基于i n t e r n e t 的g p s 无需建设通讯网络( 基站和 其他设备) ，也不存在对通讯网络的维护问题，只需支付网络服务费节省了 庞大的通讯网络建设和维护费用，极大地降低了整个项目的投资。 ( 2 ) 信息透明化，易跟踪监控：一般的g p s 应用主要表现为能对目标 进行跟踪、监控，但是它只能由发货人、承运方、收货人的其中一方对目标进 行监控，其它两方都无法知道目标的信息，而基于i n t e r n e t 的g p s 很容易解决 这个问题，只要给每一方一个权限，各方都能够通过国际互联网及时地了解目 标的情况，从而实现了一般g p s 不能完全实现的信息透明化。 ( 3 ) 跟踪、监控范围更广：一般g p s 信息的传递通过基站，应用范围 限于一定地区，不能在全国范围内监控、跟踪，而基于i n t e r n e t 的g p s 车辆监 控管理系统利用现有的g s m 网络进行通讯，理论上能覆盖全球任何的角落。 表1l 通过对比g p s 不同的建设方法说明了w e b g p s 平台在成本投入上 的优势。除了成本方面的低投入外，它在对车辆进行监控调度、实现物流流程 表11 各种g p s 应用系统比较 自建监控中心白建分控中心租川g p s 服务使w e b g p s 建立监控中心所租h 网络服务 注册成 漫备投入需的网络服务器、自建g i s i l ：租j _ i j 网络 为用户 器、g i s i 徘站作站 设备 投入成本 约6 0 万约1 5 缴纳租借费缴纳月租费 设备 约4 年约2 年无无 同收周期 能较好的控制公 能较好的控制公以较低的成本 司的运作，但投 司的运作，但投 对业务控制能 获得更加广泛 投入与入高且回收周期 入较高且问收周 力较差，适用 的运作甄域 性能列比长受建设舟络 期长受建设网 于约1 0 台左右 ( 含远程 限制，满足不了 络限制，满足不 午载的用户， i n t e m e t ) 能 了远程客户的需 但受供应商的 够满足客户日 远程客户的需求限制 求益增睦的需求 心川火学碳l ：学位论文( 2 0 0 4 无缝化等方面体现出来的平台优势，也是传统g p s 不可比拟的。w e b g p s 车 辆动态信息监控平台提供了与公司实际业务相结合的信息服务，方便了公司与 职员个性化沟通，提高了公司的业务运作效率，减少了因信息不畅给公司业务 所带来的损失，从而实现了业务流程的无缝化。可以看到：它必然为物流业带 来一场革命，为处于转型期的物流企业插上腾飞的翅膀。 1 3 本文所作的工作 近年来国内外对实现车辆定位导航和跟踪监控功能的g p s g i s g s m 集成 技术已经研究得比较广泛，而基于i n t e r n e t 的g p s g i s g s m 车辆监控系统是 一项新的技术应用，国内真正掌握g p s 和网络结合技术的企业只有少数几 家，因此还不完全成熟，有待于不断发展和完善。随着g p s 技术的成熟、互 联网和无线通信技术的飞速发展，w e b g p s 车辆调度监控系统的发展前景将越 来越广阔。w e b g p s 系统的组成部分主要包括车载移动单元和监控中心，监控 中心系统的软件实现及其性能优化是系统- 丌发中的核心部分。本文主要就以下 一些方面开展研究工作： 1 ) 分析了w e b g p s 车辆监控系统的原理及特点，给出了整个系统的总体 结构设计：对车辆监控系统必须要解决定位数据的采集、数据的实时传输等关 键技术进行了研究，给出了较好的解决方案；对系统重要组成部分一监控中心 进行了规划与设计，在开发系统过程中，综合分析c t s 与b s 各自的优势，采 用了c s 模型与b s 模型相结合的策略，划分了监控中心实现的功能模块，并 给出了其主要性能及质量指标。 2 ) 对监控中心服务器端软件设计采用了全j a v a 技术的实现方案，分析 了利用j a v a 技术开发基于i n t e r n e t 的g i s 系统和数据库应用系统的特点和优 势；探讨了系统开发所使用的m a p x t r e m e 、j s p 、s e r v l e t 、j d b c 等关键技 术：给出了b r o w s e r s e r v e r 模式下地图应用的具体实现方法。 3 ) 针对系统性能指标和优化原则，提出了多用户、大数据量下的系统性 能优化策略，包括基于j d b c 的数据库连接池高效管理策略和基于预处理语句 对象的参数化查询；给出了该数据库连接池的具体实现：并对优化后的系统性 能进行了研究分析。 v q ) t i 大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 2w e b g p s 车辆监控系统总体设计 2 1 系统网络结构 w e b g p s 车辆监控系统主要由安装在每辆车上的移动车载终端、监控中 心、以及无线通信网络三大部分组成。系统结构如图2 1 所示。 图2 1 系统网络结构 移动车载终端的主要功能就是实时采集当前的车辆位嚣坐标、车辆状态 等定位信息，并将其发往监控中心。监控中心是主要以电子地图为基础数据库 的监视和控制操作平台，它为用户提供了方便的信息数据库查询和电子地图操 作功能。客户端w e bb r o w e r 通过i n t e r n e t 网络可以访问监控中心主页输入 监控中心预先给定的用户名、用户密码进入监控中心的车辆监控管理界面，选 择并显示要监控的车辆，实现对用户所属车辆目标的实时监控管理。 作为一种实时的车辆定位监控系统，w e b g p s 车辆监控系统必须要解决定 位数据的采集、数据的实时传输以及图形可视动态显示等关键技术。因此研究 车辆导航定位技术、数据传输技术以及基于i n t e r n e t 的g i s 功能实现技术在整 个系统中的应用是非常有意义的。 2 2 车辆定位技术 车辆的定位是导航系统的关键，如果车载定位系统不能提供所需的位置精 度和可靠性，将使大部分的系统功能无法实现。根据目前的科技发展水平，世 6 卤卤 巨 巨 四川人学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 界范围内现有的车辆导航定位技术主要有以下几种【6 】： 全球定位系统g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 。一种广泛使用的卫 星定位系统，在全球上空分布有2 4 颗卫星，用户通过g p s 接收机接收来自4 颗卫星的信号，就可以实时地获得被监控目标的三维位置、速度和时间信息。 目前g p s 民用用户的标准定位服务( s p s ) 仅仅提供1 0 0 m 的车辆定位精度， 因此它常常与其他定位方法配合使用，使定位精度达到1 0 m 以内。 全球卫星导航系统g l o n a s s ( g l o b a ln a v i g a t i o ns a t e l l i t e ss y s t e m ) 。 g l o n a s s 是由前苏联研制，后出俄罗斯继续完善的全球卫星导航系统。其组 成和功能与g p s 类似，可用于陆、海、空各类用户的定位、测速及精密定 时。g l o n a s s 采用频分多址，具有无s a 影响的特点，可提供可靠性高、完 善i 生好的高精度定位服务。 惯性导航系统( i n s ) 。i n s 由加速度计和陀螺仪组成，一般包括3 只 加速度表和3 只陀螺仪。它具有很高的精度且有高速捕获数据的能力，但时间 长了精度会下降，所以得配备辅助传感器，如g p s 等。 推算定位( d e a d r e c k o n i n g ) 。d r 包括电子罗盘、速度陀螺仪、里程 表，这些传感器能够测量出正在行驶的车辆的位移、速度及行驶的方向。在短 时涮内，这种方法的定位精度较高，但时间长了会产生累积误差。 地图匹配( m a pm a t c h i n g ) 。这是一项确定车辆在带有街道名称和地 址名称地图之中的位置匹配的相关技术，类似于人工智能的软件技术。车辆的 行驶路线同道路网络的图形相关，利用具有确定性的坐标( 如十字路口) 确定 车辆的位置。它通常与其他技术结合，利用数字道路地图修f 车辆的定位误差 及协调车辆位最。 g p s 定位技术成熟可靠，且具有全球性、全天候、连续实时导航定位以 及设备简单、成本低、体积小、应用广泛等优点，已广泛用于车辆定位与导 航，因此在本文所设计的车辆监控系统中选用了g p s 实现车辆的实时动态定 位。可选用高精度、低成本的g p s 设备作为车载终端的g p s 接收机。只要 g p s 信号可用，即可实时提供车辆的位霞坐标。鉴于s p s 仅仅提供1 0 0 m 的车 辆定位精度，如果仅用g p s 实现连续不问断的定位是不能满足车辆定位的要 求的，常采用以下几种定位方式来提高g p s 定位精度或辅助g p s 定位： d g p s 技术【i 7 1 四j 1 1 大学硕：i ：学位论文( 2 0 0 4 ) 即差分g p s 。差分g p s 是建立位置已知的基准站观测g p s 卫星的运动轨 迹，对g p s 的卫星信号加以改正，从而提高g p s 的定位精度。目前d g p s 水 平定位精度已达到3 - 5 m ，但是，d g p s 定位需要建立g p s 基准站，并且基准 站信号传输距离有限，要想在全面范围内实现d g p s 定位就必须建立相当数 量的基准站，因而费用较高。 g p s m m 组合导航技术 只需要g p s 接收机和数字地图库，且成本较低，但存在当g p s 信号丢失 时系统无法工作的致命弱点，系统的可靠性较低。 g p s d r 组合导航技术【2 0 】 g p s 卫星导航系统虽然能够迅速、准确、全天候地提供定位导航和授时 信息，但是，由于需要通过接收来自空中卫星的信号进行定位，当安装接收机 的车辆行驶在城市的高楼大厦构成的“城市峡谷”之间、林荫路上或者通过隧 道、桥洞、立交桥( 路) 时，会出现信号被遮挡而无法获得车辆位簧的情况。 航位推算是一种常用的定位技术，但由于方向传感器容易产生误差积累，故长 时间后定位精度变得很低，容易使定位结果匹配到错误的道路上去。g p s 和 d r 的特点正好具有互补性。因此，利用g p s d r 组合定位自然成为理想的途 径。g p s d r 组合定位系统就是利用g p s 能够获得绝对定位坐标而且误差不 会积累；d r 定位不怕遮挡而存在误差积累的特点，在g p s 能够收到信号时采 用g p s 定位结果校正d r ，消除积累的误差；而当g p s 信号被遮挡时，用d r 进行定位。从而保证了车辆定位的高精度和连续性，提高了定位系统的性能和 可靠性。 目前，利用g p s 全球卫星定位融合d r ( 航位推算) 技术来采集运行车辆 位置信息的技术己日趋成熟，并己广泛应用于公路运输中。在车辆上安装 g p s 接收机以及定位传感器，可以实时采集车辆当前的位置信息以及速度、 方向和时间等相关信息。通过无线通信方式，把车载终端定位数据传输到监控 中心。监控中心对回传的信息进行解析，通过g i s 图形功能进行图形的可视 动态显示，直观显示车辆实时坐标的准确位置。因此，g p s d r 与g i s 的组 合，再集成无线通信技术，可以较好地解决车辆监控系统中定位数据采集、传 输以及图形动态显示等关键技术，随着w e b 技术在i n t e r n e t 中应用的同益广 泛，w e b g i s 系统对传统的g i s 系统模式作了极大的改进，进一步实现了车辆 四川大学硕士学位论文( 2 0 0 4 ) 信息的网上发布，提供了一种用户通过i n t e r n e t 实时访问被脏控车辆动态信息 的途径。用户无论身在何处，都能通过i n t e r n e t 方便快捷地对车辆进行监控。 2 3 无线通信系统的选择 由于g p s 系统的定位方式是被动的，它只能提供定位信息，而其本身不 具备和其它系统相互通信的能力，而要实现车辆监控，必须能够把车辆位置等 信息传送到监控中心，同时监控中心也能下达控制命令至被监控的车辆，因此 w e b g p s 车辆监控系统需要组建一个通信网使得车载移动单元和监控中心能够 传输定位信息等数据。根据目前我国移动通信的现状，组建车辆监控系统一般 要充分利用现有的具有数据传送功能的通信系统，以降低成本，或根据不具备 数据传输功能的通信系统，如模拟蜂窝系统，从系统底层出发，对系统进行一 定的改造，丌发接口与控制电路，用音频调制解调器把数据调制在模拟移动通 信所能够传输的音频带宽内，使之能够用以传输数据。 2 3 1 选择标准 合适的通信链路是系统容量和性能的决定性因素，是保证连续、实时定位 和跟踪的关键。在选择方案时必须考虑到以下因素： 传输质量，即能否准确地把定位信息发送到远程监控中心，并有效 地进行错误检测和纠证 通信网络的覆盖面积、有效范围 系统容量能否满足实际应用的需求 通信设备的投资成本和使用成本 23 2 主要通信方案 目前利用g p s 定位的车辆监控系统采用的通信方案主要有以下几种1 1 9 1 ： ( 1 ) 单频点通信 它属于早期的移动通信方式，组网方案简单，易于工程实现。网络由一 个位于中心站的基站中继台和若干移动台组成，般采用异频半双工方式， 移动台为a 机，发射用频率f l ，接收用频率f 2 ；基站中继台为b 机，发射用 频率娌，接收用频率f l 。移动台发出的呼叫只有基地台可必收到，而基站中 四川大学颂一k 学位论文( 2 0 0 4 ) 继台发出的呼叫是广播式的，所有的移动台都可以收到。这有利于广播差分 g p s 信息。由于基站中继台的天线可以架设得很高( 例如5 0 m ) ，因此通信 范围较远，一般在地势起伏缓慢的地区可以达到3 0 5 0 k m 半径的通信范围。 不同频率组之间的移动台不能相互通信。 用这种通信网实现的车辆监控系统中的各移动台一般采用时分多址 ( t d