车辆监控与调度的方法

专利名称：车辆监控与调度的方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆监控与调度的方法，具体地说，就是基于GPRS通信方式、WebGIS地理系统并带有GPS定位模块的车辆监控与调度的方法。
背景技术：
在当前信息社会中，交通运输的合理调度与管理是一个重要问题，也是促进社会生产发展和人类生活的关键环节。例如，出租汽车公司的汽车监控和调度、公共汽车的合理调度、公安警车的调度和指挥，运钞车的监控、各专业运输公司车辆的监控等等，都需要实时向总部汇报自己所在的位置(及速度)和运营状况，或者总部实时地询问车辆的位置和状态，以便及时指挥车辆，灵活地处理所遇到的情况。随着信息技术的不断发展，智能交通管理不断显示出它的潜力。发达国家最近在改进汽车驾驶员路线跟踪潜力的商业性估计中发现，失误路线所带来的浪费相当于非商业车辆总行程的6.4％、总时间的12％。对于超出的行程，仅考虑汽车驾驶费、事故费和时间的价值，就以百万计。如果车辆配备有效的导航与调度设备，就能降低对道路通行能力的要求，以便改善交通条件和节省巨大的经费开支。电子技术、通信技术、计算机技术和人工智能的发展为解决交通问题提供了新的思路，即不仅应该修建更多的交通建设设施，而且更应该采用先进信息技术对道路网络和城市交通进行更有效的控制与管理。发展车辆监控与调度系统，可以提高交通的机动性、安全性，最大限度地发挥现有道路系统的交通效率。GPS(Global Positioning System)全球定位系统的建立，为全球范围内的用户提供了一种廉价、实用的定位手段。我国通讯事业迅猛发展，GPRS和CDMA1X2.5G数据通讯网络的建立，为车辆监控与调度系统的发展提供了新思路；WebGIS的发展，解决了监控与调度方法中电子地图制作、应用与更新的瓶颈问题。
中国专利公开号CN1285518A，2001年2月28日公开了一项发明，名称为定位通讯组合系统，该发明的特征为移动用户终端将本车辆的位置信息、互连网数据通过移动通信公司的GPRS无线数据链路传送到系统控制中心并且接收系统控制中心发来的指令和各种数据，系统控制中心对收到的数据进行处理，对互联网数据交换到Internet，对位置信息送到用户监控终端，由用户监控终端显示该车辆所在位置。该系统虽然信息传输的可靠性高、兼容性好、系统可“无限”扩容，但该系统需建立自己的通讯网络，建设费用和维护费用高，用户经济压力大，工作模式有限，用户群体范围小。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适合各种车辆的监控和调度，有着广泛的用户群体，集GPS技术、GPRS现代移动通信技术和WebGIS技术等高科技于一身的新一代车辆监控与调度的方法。
本发明的技术方案是1、在车辆上安装车载终端装置，车载终端包括GPS接收模块、GPRS通讯模块和中央控制器，GPS接收模块把从卫星得到的位置信息和终端装置的其他感应器信息一起发送给车载终端装置的中央控制器；中央控制器按照嵌入的TCP/IP协议将收到信息打包处理成TCP/IP数据包发送给GPRS模块；GPRS模块在接受到中央控制器的命令之后，首先使用PPP交换协议登陆GSM/GPRS通讯网络，把TCP/IP数据包发送到GPRS通讯服务器上去；通讯服务器根据监控与调度系统提供的IP地址把TCP/IP数据包通过因特互联网交与监控与调度系统软件的网络信息接收软件；网络信息接收软件把数据进行解析，按照设定的标准与规则把有效数据分发到系统信息管理数据库服务器中去，车辆监控调度工作站通过因特网进入客户数据库服务器和webGIS网络服务器读取车辆的位置与状态信息，对车辆进行监控与调度。
2、在本发明中，由于一般的GPRS通讯模块只接受在GPRS数据传输网络上传送的网络协议数据，所以要对中央控制器进行TCP/IP协议的嵌入，以便对GPS接收的定位信息和其他传感器得到的信息进行协议打包和数据处理；嵌入时首先对TCP/IP协议包这一庞大的协议族进行裁减选其有用部分建立数据传送模型，然后再进行TCP/IP协议的编制和嵌入。
3、在本发明中，由于一般的中央控制器只有一个串口通讯接口，为了与GPS模块和GPRS模块同时通讯，从中央控制器的许多I/O口中引出两条数据通道，使用软件模拟硬件的方式虚拟一个串口，以便同时与两块模块进行通讯。
4、在本发明中，车辆监控调度系统的网络接收软件用了SOCKET套接字方法编制，这样只需等待车辆监控调度工作站的连接即可，当接收到监控调度工作站发来的数据后，监控调度系统才把有效数据从TCP/IP协议包里分发到客户数据库服务器。数据库包括1)描述数据库将数据描述语言所描述的各项内容从源形式转换为目标形式存放在数据库中供系统查阅。
2)管理数据库包括控制整个数据库系统的运行；控制多用户的并发性访问；执行对数据的安全、保密、完整检验；实施对数据的检索、插入、删除、修改等操作(又称为数据的控制功能)。
3)维护数据库包括系统运行之初数据的装载；运行时工作日志的记录、数据库性能的监视；性能改变时数据库的重新组织；用户要求或者系统设备变化时数据库的更新或修改；系统软硬件发生故障时数据库的恢复等。
4)数据通信库系统负责处理数据的流动，数据可能来自应用程序、监控调度工作站或其它系统，也可能有系统内运行的进程产生。数据可能被送到调用队列缓冲区、终端或正在执行的某个程序中，该功能通常与操作系统协同实现。
5、本发明中，采用的系统软件主要分为两大子系统1)网络地理信息系统(WebGIS)，主要组成部分是电子地图，电子地图的特征为A、实施准确的显示车辆位置，跟踪车辆行驶进程；B、数据库结构简单，拓扑关系准确，可以计算出发地到目的地的最佳经济效果。如最佳的路线、时间、公路收费等；C、数据存储冗余小，软件运行速度快，空间数据处理与分析操作时间短，查询方便。
2)管理调度系统，系统软件实现的功能是A、数据管理；B、地图操作；C、空间查询；D、车辆监控调度；E、局部监控；F、消息发布。
对于一般客户无需建立监控调度中心，即车辆调度工作站，可以直接登陆服务商的客户数据库服务器和webGIS中心服务器，使用浏览器察看车辆位置；车辆的位置显示在电子地图上，从而对移动车辆进行管理。对于大型用户可建立自己的监控调度中心，下设若干车辆监控与调度工作站，设立自己的GPRS通讯服务器、webGIS中心网络服务器和数据库服务器，车辆监控与调度工作站通过监控调度中心对移动车辆进行管理。


图1是车辆监控与调度方法的示意图；图2是车载终端装置构造图；图3是车辆监控与调度方法使用软件框图。
图4是车载终端控制程序流程图；具体实施方式
由图1和图2所示，车辆监控与调度方法的过程是首先车载终端装置的GPS模块通过天线从GPS卫星得到位置信息，中央控制器按照TCP/IP协议将位置信息打包成为TCP/IP数据包发送给GPRS模块；GPRS模块在接受到中央控制器的命令之后，首先登陆GSM/GPRS网络，从通讯运营商那里得到登录互联网许可后把TCP/IP数据包通过GPRS网络和DDN专线发送到GPRS通讯服务器上去。GPRS通讯服务器根据用户提供的IP地址，把TCP/IP数据包交监控与调度系统的网络信息接收软件；网络信息接收软件把数据进行解析，按照设定的标准与规则把有效数据分发到客户数据库服务器中去。用户通过webGIS中心网络服务器和客户数据库服务器读取车辆的位置与状态信息对车辆进行监控与调度。服务器有两种设置情况一是网络服务商设置GPRS通讯服务器、WebGIS网络服务器和客户数据库服务器，供一般车辆调度工作站客户使用。二是大型客户(如某个城市)建立自己的车辆监控调度系统，供自己下属的车辆调度工作站客户使用。
图2所示的车载终端是一个实施例的构造电路图。它是安装在车辆上的一个“黑盒子”，盒子里面有一块电路板，电路板上主要有三个模块中央控制器、GPS模块和GPRS模块。中央控制器的串口通讯接口接GPRS模块的数据通讯接口，从中央控制器的I/O串口中引出两条数据通道采用软件模拟硬件的方式虚拟了一个接口接GPS模块的I/O接口上，在GPRS模块上接上SIM模块用于存储信息。盒子前面有一个电源插孔，接4.5V直流电源。盒子上有5个发光二极管指示灯，分别接在电源和三个模块的指示灯接口上，用于指示移动终端的工作状态。盒子上还有复位按钮和信号输入口，复位按钮连接在中央控制器的复位接口，用于工作复位，信号输入插口连接在中央控制器信号输入口上，用于车辆其它信号的输入。后面有两个天线插孔一个连接在GPS模块上，插上天线用于接收GPS的信号；一个连接在GPRS模块上，插上天线用于GPRS信号的发送和接收。GPS模块上接上备用电源，以备车辆电源中断时正常工作。
中央控制器选用MICROCHIP公司的单片机PIC18LF252。它具有高性能的RISC CPU，有32K的程序存储器，1.5K的内存。
GPS模块采用U-blox的GPS-MS1E模块。
GPRS模块采用Cellon的CMS91-900/1800 GSM/GPRS模块。
车载终端使用时，首先把GPS和GPRS天线分别接好，再插上4.5V直流电源，移动终端便自动开始工作。可以通过面板上的指示灯来了解终端的工作状态。指示灯从左到右分别设定为绿灯(1)、黄灯(2)、红灯(3)、绿灯(4)和红灯(5)。
各个指示灯的意义规定如下绿灯(1)移动终端开始工作；黄灯(2)GPRS模块工作正常；红灯(3)GPRS通信通路建立；绿灯(4)(闪烁)移动终端发送信息给监控中心；红灯(5)(闪烁)GPS模块工作正常。
车载终端容量、性能及指标如下1)预计用户数量使用GPRS数据传输方式时，如果采用1M的互联网接入带宽的话，每个监控中心最多可以同时并发接收3000个用户，如果需要增加用户数量可以和ISP服务商商议增加网络带宽即可。
2)每秒实时监控目标数每秒钟实时监控的目标个数为10个。通常情况下，采用大带宽时(GSM采用多台终端同时工作)，可以成倍提高回传速率。
3)GPS接收机定位精度在无差分时应＜10米，有差分＜5米，定时精度优于500ns，可设定用户ID，具备控制接口及终端设备接口。
4)软件系统软件的地图模块具备有用户接口，可供用户对电子地图部分进行扩充或更改。地图使用矢量数据，地图平台具备完善的GIS功能，可完成对地图与目标的各种操作，并具备二次开发的接口。
图4所示的车载终端中央控制器的控制系统源程序描述如下复位开始-系统自检-逐步对GPS模块GPRS模块进行初始化并开启端口—读取SIM卡中的数据信息-初始化网络协议堆栈-开启网络端口建立连接-连接正常读取GPS数据和来自数据库服务器的数据-解析数据-格式化发送数据，进而循环工作。
图3所示的监控与调度系统软件主要包括1)GIS核心组件和与其相联系的地图数据库、外部数据库；2)操作软件有数据管理，地图操作，空间查询，车辆监控调度，局部监控，消息发布等；3)网络客户端服务软件。
系统软件主要具备以下功能1)监控移动目标的轨迹显示，连续轨迹，车辆编号及相关参数。
2)监控移动目标轨迹的清除。
3)根据用户要求显示用户所指定的监控目标的当前位置，重新设置显示地图窗口，突出此目标。
4)可要求任一个、一组或所有移动目标进行位置报告。
5)显示移动目标的基本单元号、目标编号、时间、速度、经度、纬度、状态等信息。
6)报警车辆显示，文字、声光提示监控中心操作员车辆报警；显示移动目标的基本单元号、目标编号、时间、速度、经度、纬度、状态等信息。
7)车辆报警时，根据数据库信息显示其相关资料，如车辆单位、联系电话、车牌号、车型、司机等信息。
8)显示报警车辆的状态，提示监控中心操作员进行正确的操作，如实施熄火、停车、锁车等操作。
9)实时监控报警车辆的运行轨迹，并显示其附近的警力部署。
10)显示所有监控车辆的最新状态(正常状态、报警状态、休眠状态)，为监控中心操作员提供一目了然的信息。
11)提供各种常用地图工具放大、缩小、漫游、面积距离测量等。
12)以专门的模块实现车辆信息的输入、编辑、查询、修改、删除、增加等编辑功能，并提供相应的用户界面。
13)监控目标运行数据的存储回放功能，随时调出车辆、日期、时间段的历史数据，在电子地图上重现车辆运行状态。
14)运行情况实时查询时间查询、监控目标(车辆)查询，运行状态查询，人员查询。
15)所有车辆(移动目标)的信息查询，如目标编号、实际车牌号、所属单位、驾驶员、电话等。
16)运行情况报表系统自动生成车辆运行信息每日报表，并根据需要进行打印。
17)实现双向数据的实时传输。
本发明的积极效果1、本发明使用了GPRS(General Packet Radio Service)的通讯方式。GPRS是一项高速数据处理的科技，它以分组交换技术为基础，用户通过GPRS可以在移动状态下使用各种高速数据业务，包括收发E-mail、进行Internet浏览等。GPRS是一种新的GSM数据业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和X.25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS技术160Kbps的极速传送几乎能让无线上网达到公司ISDN的效果，实现“随身‘携带’互联网”。使用GPRS，数据实现分组发送和接收，用户永远在线，且按流量、时间计费，有效降低了服务成本。
2、目前的车辆监控大部分是面向单位用户，对于社会用户很少考虑。本发明可同时运用于单位用户和社会用户。单位用户需要建立监控调度中心和使用网络版的软件，社会用户只要使用单机版的软件并和服务商网络连接即可。
本发明系统中心软件采用了WebGIS的新技术，这样只要把系统软件放在一台接入INTERNET互联网的计算机上，所有拥有权限的用户都可以使用本发明，也就是说任何一个购买了车载终端(监控设备)的用户都可以通过上网浏览查看自己放置了监控设备的车辆或其他设施。这样还可以把GPS的定位系统应用到保险、人工天气、河流监测等等。
3、时时在线，降低延时。因为GPRS是一种新的通信方式，它其中一个很明显的特点就是“时时在线”。因此可在任何时间对车辆进行监控和调度。
4、降低建设和维护使用成本。目前市场上的监控与调度系统使用集群式通讯方式，需要建立自己的通讯网络，对于单一用户不适用；对于单位用户则网络建设费用巨大，而且网络维护费用巨大，再就是则这种通讯方式作用范围有限，系统容量一定，如果想扩大系统容量，也是一笔很大的费用。对于短消息的方式，监控与调度中心要购买短消息收发器(市场价格一般在5万左右)，每台收发器的容量有限，如果要扩大系统容量系统建设费用将成倍增；，短消息的方式日常使用费用也比较高。
本发明不需要建立自己的通讯网络，所以投资少、维护使用成本低。
5、本发明成功地实现了GPS、GSM/GPRS与WebGIS的有效集成，定位精确，保证了整个系统的实时化、自动化和可靠性。可以监控各种车辆，实现监控、报警、防盗、调度、遥控等多项功能，具备二次开发的接口，可扩容性强。为车辆监控与调度系统的广泛应用奠定了良好的基础。
权利要求
1.一种车辆监控与调度的方法，在车辆上安装车载终端装置，车载终端包括GPS接收模块、GPRS通讯模块和中央控制器，其特征是GPS接收模块把从卫星得到的位置信息和其他感应器信息一起发送给车载终端装置的中央控制器；中央控制器按照嵌入的TCP/IP协议将收到信息打包处理成为TCP/IP数据包发送给GPRS模块；GPRS模块在接受到中央控制器的命令之后，首先使用PPP交换协议登陆GSM/GPRS网络，把TCP/IP数据包发送到GPRS通信服务器上去；通讯服务器根据监控与调度系统提供的IP地址，把TCP/IP数据包交与监控与调度系统软件的网络信息接收软件；网络信息接收软件把数据进行解析，按照设定的标准与规则把有效数据分发到客户管理数据库服务器中去，车辆监控调度工作站通过因特网进入客户数据库服务器和webGIS中心网络服务器，读取车辆的位置与状态信息，对车辆进行监控与调度。
2.根据权利要求1所述的车辆监控与调度的方法，其特征在于，中央控制器进行了TCP/IP协议的嵌入，嵌入时对TCP/IP协议的协议族进行裁减选其有用部分建立数据传送模型。
3.根据权利要求1或2所述的车辆监控与调度的方法，其特征在于，中央控制器为了与GPS模式和GPRS模块同时通讯，从它的I/O口中引出两条数据通道，使用软件模拟硬件的方式虚拟了一个串口。
4.根据权利要求1所述的车辆监控与调度的方法，其特征是网络信息接收软件使用SOCKET套接字的方法编制。
5.根据权利要求1所述的车辆监控与调度的方法，其特征在于系统信息管理数据库至少包括下述数据库中的一种1)描述数据库将数据描述语言所描述的各项内容从源形式转换为目标形式存放在数据库中供系统查阅；2)管理数据库控制整个数据库系统的运行；控制多用户的并发性访问；执行对数据的安全、保密、完整检验；实施对数据的检索、插入、删除、修改等操作；3)维护数据库系统运行之初数据的装载；运行时工作日志的记录、数据库性能的监视；性能改变时数据库的重新组织；用户要求或者系统设备变化时数据库的更新或修改；系统软硬件发生故障时数据库的恢复等；4)数据通信库负责处理数据的流动，数据来自应用程序或计算机终端或其它系统，或系统内运。
6.根据权利要求1所述的车辆监控与调度的方法，其特征是系统软件采用了以下功能的管理调度软件1)数据管理，2)地图操作，3)空间查询，4)车辆监控与调度，5)局部监控，6)消息发布。
全文摘要
一种车辆监控与调度的方法，在车辆上安装由GPS模块、中央控制器、GPRS模块组成的车载终端，车载终端将收到的车辆位置信息根据TCP/IP协议打包成数据包，登陆GSM/GPRS网络发送到GPRS通讯服务器，按照IP地址发送到客户数据库服务器，车辆监控调度工作站通过因特网从webGIS中心网络服务器和客户数据库服务器读取车辆位置信息，实现对车辆的监控与调度。
文档编号G06F17/00GK1560760SQ20041002367
公开日2005年1月5日 申请日期2004年3月7日 优先权日2004年3月7日
发明者卢秀山, 刘光林, 刘磊, 吴昌华, 韩晓东, 吴和明 申请人:卢秀山, 刘光林, 刘磊