基于gps的車輛監(jiān)控信息服務(wù)研究

基于gps的車輛監(jiān)控信息服務(wù)研究

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和交通壓力的增加，車輛定位信息服務(wù)（lest）成為智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（州政府）的重要內(nèi)容之一。此外，基于位置的服務(wù)（lbs）也非常發(fā)達(dá)。為適應(yīng)監(jiān)控規(guī)模的不斷增加，車載終端品種的多樣化，交通信息服務(wù)的需求，車輛監(jiān)控信息服務(wù)平臺(tái)就要解決好定位、數(shù)據(jù)通信和信息發(fā)布這3個(gè)關(guān)鍵問題。目前，定位技術(shù)相對(duì)比較成熟，主要采用GPS衛(wèi)星定位，且精度能滿足系統(tǒng)要求。近年來利用GSM網(wǎng)的短消息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的方案被提出，并進(jìn)行了一些試點(diǎn)工作，但實(shí)際應(yīng)用中仍然存在很多不足，主要表現(xiàn)在實(shí)時(shí)性差和費(fèi)用高。在信息的發(fā)布方面，大多數(shù)的控制中心系統(tǒng)還主要是集中式客戶機(jī)/服務(wù)器模式，系統(tǒng)在容量、能性、信息廣域共享的方面都存在很大局限性?；诖?，本文論述了將GPRS(GeneralPacketRadioService)和Webservices技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)建分布式監(jiān)控信息服務(wù)的LBS平臺(tái)，并開發(fā)出一套車輛監(jiān)控信息服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。1平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。車載終端上的GPS接收機(jī)接收坐標(biāo)，通信模塊將車輛的位置、狀態(tài)等信息由GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到分布在各個(gè)地區(qū)的通信服務(wù)器。通信服務(wù)器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)、解析并存儲(chǔ)來自各終端和中心服務(wù)器的雙向信息。中心服務(wù)器完成通信服務(wù)器與各監(jiān)控終端的連接，把移動(dòng)目標(biāo)顯示在電子地圖上，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。在中心服務(wù)器端與分布在各服務(wù)區(qū)的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端采用C/S模式，監(jiān)控信息服務(wù)中心的Webserver服務(wù)器端與Web瀏覽客戶端采用B/S模式。這樣監(jiān)控信息服務(wù)中心將命令信息發(fā)送到車載終端的同時(shí)，還以Web方式把交通信息發(fā)送到各類終端。設(shè)計(jì)這樣的體系結(jié)構(gòu)，主要基于以下幾個(gè)方面的考慮。(1)監(jiān)控模式采取C/S模式。這主要是從車輛監(jiān)控平臺(tái)的運(yùn)行效率、可維護(hù)性及安全性考慮的。為向用戶提供多種廣域的信息服務(wù)，并考慮到多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的集成，信息發(fā)布采取B/S模式。這樣結(jié)合二者長處，平臺(tái)采用C/S+B/S混合的3層模式，克服了信息廣域共享問題，同時(shí)提高了管理性能。(2)從移動(dòng)終端的可擴(kuò)充性和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性考慮，通信服務(wù)器分布呈樹狀層次結(jié)構(gòu)。通信服務(wù)器的數(shù)量可根據(jù)移動(dòng)終端的數(shù)量向深度和廣度方向增加，這種結(jié)構(gòu)可減輕每臺(tái)通信服務(wù)器負(fù)載，確保實(shí)時(shí)信息的迅速收發(fā)，使得系統(tǒng)在擴(kuò)展性方面更具靈活性。(3)要達(dá)到大容量、高質(zhì)服務(wù)和信息廣域共享的目的，服務(wù)器需要具備較強(qiáng)的處理和分析能力，而服務(wù)器技術(shù)可以最大限度地發(fā)揮服務(wù)器的潛力，充分利用服務(wù)器資源。綜上所述，通信模型的優(yōu)劣以及信息的發(fā)布手段是影響監(jiān)控信息平臺(tái)性能的關(guān)鍵因素。2分組交換傳輸技術(shù)GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)，在GSM網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換傳輸技術(shù)，用戶容量有了大幅提高。具有數(shù)據(jù)傳輸速率高，“永遠(yuǎn)在線”等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)正適合于車輛監(jiān)控中移動(dòng)互聯(lián)的應(yīng)用。2.1車輛監(jiān)控系統(tǒng)通信服務(wù)器gprs通信模型如圖2所示。(1)GPRS鏈路層是移動(dòng)終端與通信服務(wù)器的橋梁。GPRS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建是在原有的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上新增了兩個(gè)重要節(jié)點(diǎn)：GGSN(GatewayGPRSSupportNode)和SGSN(ServingGPRSSupportNode)，它們提供對(duì)GPRS功能的支持。SGSN的主要功能是建立移動(dòng)終端到GGSN的傳輸通道，接收從BSS傳來的移動(dòng)終端分組數(shù)據(jù)。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用。(2)通信服務(wù)層呈樹狀層次結(jié)構(gòu)。理想情況下，去掉網(wǎng)絡(luò)開銷，取數(shù)據(jù)傳輸速率100kbit/s，坐標(biāo)位置(經(jīng)緯度)為16個(gè)字節(jié)，目標(biāo)自身編號(hào)4個(gè)字節(jié)。則移動(dòng)的目標(biāo)臺(tái)數(shù)=(100×1000)÷(20×8)=625(臺(tái)/s)。因此，一臺(tái)通信服務(wù)器能實(shí)時(shí)收發(fā)600臺(tái)左右移動(dòng)目標(biāo)的信息，通信服務(wù)器的數(shù)量由移動(dòng)目標(biāo)的規(guī)模而定。采用GPRS作為車輛監(jiān)控系統(tǒng)的信息傳遞網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)時(shí)監(jiān)控大規(guī)模移動(dòng)目標(biāo)。(3)通信服務(wù)器的數(shù)據(jù)處理模型。GPRS通信模塊接收來自車載終端的數(shù)據(jù)后盡快轉(zhuǎn)發(fā)到報(bào)文處理轉(zhuǎn)發(fā)模塊；同時(shí)接收?qǐng)?bào)文處理轉(zhuǎn)發(fā)模塊送來的監(jiān)控中心控制命令，根據(jù)目標(biāo)車載ID(唯一編號(hào))發(fā)送到車載終端。報(bào)文處理轉(zhuǎn)發(fā)模塊是通信服務(wù)器的核心，負(fù)責(zé)解析報(bào)文，即將從GPRS通信模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包按自定義的監(jiān)控接口協(xié)議格式將其加入數(shù)據(jù)包，發(fā)給各監(jiān)控終端；同時(shí)，還對(duì)各監(jiān)控終端發(fā)來的數(shù)據(jù)包按類進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的車載終端；另外，該模塊對(duì)其處理過的數(shù)據(jù)包均作歷史備份。監(jiān)控中心通信模塊負(fù)責(zé)維護(hù)監(jiān)控中心與通信服務(wù)器的通信鏈路，完成監(jiān)控中心的登錄認(rèn)證工作，將報(bào)文處理轉(zhuǎn)發(fā)模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)包發(fā)往監(jiān)控中心，對(duì)監(jiān)控中心傳來的數(shù)據(jù)包根據(jù)監(jiān)控接口協(xié)議進(jìn)行解釋，需要轉(zhuǎn)發(fā)的則送往報(bào)文處理轉(zhuǎn)發(fā)模塊。每臺(tái)通信服務(wù)器存放的移動(dòng)終端表，其內(nèi)容包括編號(hào)、所屬監(jiān)控終端代號(hào)(一輛車可同時(shí)屬于多個(gè)監(jiān)控終端)等；監(jiān)控終端表的內(nèi)容包括用戶名、密碼、代號(hào)、IP地址等信息，用于監(jiān)控終端向通信服務(wù)器登錄時(shí)的注冊認(rèn)證。(4)由于現(xiàn)在的GPRS網(wǎng)絡(luò)還不夠穩(wěn)定，如車載終端和監(jiān)控中心之間無數(shù)據(jù)交互超過大約65s，有可能發(fā)生數(shù)據(jù)鏈路中斷（非通信中斷），即車載終端無法收到從監(jiān)控中心下達(dá)的數(shù)據(jù)，而造成車載終端和監(jiān)控中心的連接中斷。因此監(jiān)控中心與移動(dòng)終端需要在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，互相發(fā)送心跳包（間隔時(shí)間設(shè)定為60s），以此來對(duì)監(jiān)控中心與移動(dòng)終端建立的數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測和斷線監(jiān)控，保證系統(tǒng)通信的正常運(yùn)行。2.2數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)采用非面向連接的UDP協(xié)議，雖然不能保證數(shù)據(jù)完整到達(dá)目的地，但它對(duì)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷較小，比較適合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。為提高監(jiān)控平臺(tái)兼容性，減輕系統(tǒng)負(fù)載，在傳輸數(shù)據(jù)之前，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及對(duì)協(xié)議包頭的壓縮成為關(guān)鍵。本文按照TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議制定的標(biāo)準(zhǔn)，來編寫一套監(jiān)控通信協(xié)議。協(xié)議是不定長的，全部采用ASCII碼表示，具體協(xié)議格式見表1。3webhs-gis的特點(diǎn)雖然，最近網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)被應(yīng)用于車輛監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了空間信息資源的共享，車輛管理信息發(fā)布能力也有所提高，但WebGIS也存在一些局限，如并發(fā)訪問能力不適應(yīng)日益擴(kuò)大的系統(tǒng)規(guī)模，系統(tǒng)的異構(gòu)兼容性不足等問題亟待解決。Webservices是專門為不同應(yīng)用間的互操作而設(shè)計(jì)的軟件體系結(jié)構(gòu)，是下一代分布式系統(tǒng)的核心，具有開放通信標(biāo)準(zhǔn)和強(qiáng)調(diào)互操作的特點(diǎn)。本文提出的即是應(yīng)用于監(jiān)控信息服務(wù)平臺(tái)的Webservices框架。(1)監(jiān)控信息服務(wù)代理應(yīng)用于監(jiān)控信息服務(wù)平臺(tái)的Webservices框架（如圖3）。這個(gè)框架由4種服務(wù)按照Webservices體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)封裝成為車輛監(jiān)控信息服務(wù)（VehicleMonitorInformationServices）作為服務(wù)提供者、中心服務(wù)器，成為監(jiān)控信息服務(wù)代理和基于Web的各類客戶終端構(gòu)成。把各項(xiàng)服務(wù)描述成通用的語言格式WSDL(WebservicesDescriptionLanguage)發(fā)布到中心服務(wù)器；其監(jiān)控信息服務(wù)代理模塊通過UDDI(UniversalDescriptionDiscoveryandIntegration)注冊、發(fā)布服務(wù)。服務(wù)請(qǐng)求者(各類客戶終端)到服務(wù)代理模塊查詢到想要的服務(wù)后，把找到的Web服務(wù)的WSDL告訴服務(wù)請(qǐng)求者，請(qǐng)求者就可以與服務(wù)提供者進(jìn)行綁定。這個(gè)框架設(shè)計(jì)采用OGC(OpenGISConsortium)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行規(guī)范定義監(jiān)控信息服務(wù)和服務(wù)代理，有利于異構(gòu)系統(tǒng)的互操作和系統(tǒng)的擴(kuò)展，提高了客戶端與服務(wù)端的響應(yīng)速度。(2)web服務(wù)器s框架中作為監(jiān)控信息平臺(tái)主要服務(wù)提供者的4種服務(wù)器，分別是：GIS服務(wù)器，可以提供矢量地圖數(shù)據(jù)信息、地圖縮放、漫游、空間數(shù)據(jù)分析等GIS功能；車輛監(jiān)控服務(wù)器(VehicleMonitorServer,VMS)，可在地圖上實(shí)時(shí)顯示車輛的位置，對(duì)車輛發(fā)送監(jiān)控或調(diào)度命令；客戶管理服務(wù)器(ClientManagerServer,CMS)，支持用戶的認(rèn)證和管理功能，提供用戶車輛基本屬性信息；GPS服務(wù)器，提供定位信息、歷史軌跡的查詢、回放等功能。這個(gè)架構(gòu)中第2個(gè)重要的部件就是監(jiān)控信息服務(wù)代理，被視為Web服務(wù)的搜索引擎。是Web客戶端與各項(xiàng)監(jiān)控信息Web服務(wù)提供者之間的橋梁。由訪問接口模塊、XML解析模塊和WSDL管理模塊組成。訪問接口模塊用于客戶端和服務(wù)提供者訪問服務(wù)代理；XML解析模塊用于對(duì)XML文檔的解碼和編碼；WSDL管理模塊是代理的核心模塊負(fù)責(zé)分析客戶的請(qǐng)求，并查找已注冊的服務(wù)，返回以WSDL形式查詢的結(jié)果。4車輛監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸基于Webservices技術(shù)的分布式車輛監(jiān)控信息服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)，前端客戶應(yīng)用層分為Web應(yīng)用和分控系統(tǒng)，采取A、C#.net+MapXtreme2004開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管轄的所有車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控、調(diào)度、查看軌跡及查詢出車情況等操作。中間業(yè)務(wù)邏輯層提供各種專項(xiàng)應(yīng)用服務(wù)。企業(yè)信息服務(wù)層提供信息服務(wù)平臺(tái)所需的各類數(shù)據(jù)。車載終端的組成為GPS模塊、主機(jī)部分、GPRS模塊3部分。系統(tǒng)性能的優(yōu)劣關(guān)鍵在于通信。本文主要對(duì)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的通信服務(wù)器部分進(jìn)行壓力測試。同一時(shí)段內(nèi)，模擬500個(gè)終端每隔10s向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，檢測通信服務(wù)器CPU使用情況和數(shù)據(jù)包丟失情況。服務(wù)器CPU使用情況的最大值<17%，數(shù)據(jù)包丟失率<25%。從試驗(yàn)結(jié)果分析：(1)通信系統(tǒng)的選擇。本文選擇GPRS網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸方案，傳輸效率高；(2)通信協(xié)議的選擇。傳輸協(xié)議選擇用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP，可以滿足較大容量的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)來說，如此低的丟包率，不會(huì)影響系統(tǒng)可靠性；(3)數(shù)據(jù)壓縮傳輸。在傳輸數(shù)據(jù)之前，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及對(duì)協(xié)議包頭的壓縮，會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)性有很大提高。比以往以GSM短消息發(fā)送要好得多。5系統(tǒng)總體架構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)利用了GPRS網(wǎng)優(yōu)質(zhì)傳輸性能，將基于Webservices技術(shù)與現(xiàn)有的車輛監(jiān)控信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合了