摘  要： 针对某燃料运输有限公司燃煤运输车辆的管理现状，以GPS、GPRS、GIS和数据库等技术为支撑，对该燃料运输有限公司的燃运车辆监控管理需求做了细致的分析，提出燃运车辆GPS监控系统总体设计方案，实现了燃运车辆GPS监控系统，包括车辆管理、驾驶员管理和在途运输监控等功能。

　　关键词： GPS；GIS；GPRS；燃运车辆；监控

　　监控运输车辆可以有效减少车辆事故和提高行车效率。目前，车辆GPS监控系统集成许多先进的技术，如卫星定位技术GPS（Global Positioning System）、无线网络通信技术GPRS（General Packet Radio Service）、地理信息系统GIS（Geographic Information System）、数据库技术以及网络运营优化等，通过以上技术的综合运用，能实现对运输车辆的行驶数据自动收集、传送、储存、分析以及备份，对运输车辆进行合理调配以及实时监控[1]。

　　1 背景与现状分析

　　石河子天富燃料运输有限公司（简称为燃运公司）的主要任务是拉运燃煤，确保石河子4个热电厂和供热公司燃煤的采购供应运输，辖区内农牧团场的集中供暖、农工生活用煤。燃运公司由最初几辆运输车增长至现今的几十余辆，公司的规模不断扩大，效益不断提高，同时带来了许多新的问题。驾驶员的违章率高达30%，路桥费用、运输车辆私用率以及车辆油耗增加，运输公司车辆管理工作者的工作量增大很多。

　　针对燃运公司车辆管理现状，综合运用GPS、GPRS、GIS和计算机软件开发技术，设计并实现了燃运公司车辆监控系统。其中，GPS技术实现对车辆进行定位；GPRS技术实现车辆定位数据的传输；GIS技术则以电子地图的方式实时显示车辆地理位置；计算机软件开发技术实现燃运公司对在途运输车辆的实时监控系统。在对燃料公司车辆管理状况充分调研的基础上，按照软件工程的思想，运用面向对象技术、Visual C++、SQL Server 2005和MapX技术，设计并实现了车辆管理、在途运输车辆监控管理等模块。

　　2 燃运车辆GPS监控系统分析

　　2.1 功能需求分析

　　下面将主要从车辆管理功能、监控功能、系统管理功能和通信服务功能等4方面对系统进行分析。

　　2.1.1 车辆管理功能

　　车辆管理功能中主要包括车辆注册和车辆查询等。除了车辆等基本信息管理外，重点是对燃运车辆进行实时监控，对车辆及时定位，实时掌握车辆信息及驾驶员信息。因而，为实现对运输车辆的监控，在每一辆车上配备GPS车载单元，通过GPRS获得车载信息，可通过系统对它们进行监控和管理。在以下几项具体的操作中，只有车辆查询和驾驶员查询操作，一般监控人员可以操作外，其他的操作可以由监控系统的系统管理员操作。

　　（1）车辆注册

　　车辆注册主要针对新入网的车辆基本信息进行登记。燃运公司内的货运车辆只有通过审验合格和管理部门审批后，才能由车辆管理人员将车辆的具体信息录入数据库中，以便实施监控和管理。

　　（2）车辆注销

　　一方面，随着燃运公司的煤炭运输任务的加重，公司内部的货运车辆远远不够使用，为了解决车辆短缺的问题，就通过寻找一些能够长期拉运燃煤的私营业主的货运车辆的办法来解决。当这些社会车辆今后不再承担煤炭运输任务时，可以删除这些车辆信息。另一方面，由于拉运燃煤的车辆长时间使用且多行驶在矿区，超负荷运转难以继续使用，或达到报废年限，不得不将它们的信息进行注销。

　　（3）车辆查询

　　通过对车辆的查询可了解车辆的具体情况，为监控工作人员提供管理的依据。查询时，可根据车辆的车牌号码、车辆颜色、车辆型号、驾驶员等信息进行搜索。

　　（4）车辆信息修改

　　在燃运公司的运输车辆，如果遇到车辆的车牌号码更改及车辆重新喷漆等情况时，就需要更新数据，修改数据库中车辆的基本信息。

　　（5）驾驶员信息添加、删除与修改

　　对燃运公司具有驾驶资质的驾驶人员的信息进行添加，所要添加的信息主要包括驾驶人员的姓名、年龄、驾驶证号、联系方式等基本信息。如驾驶人员从燃运公司离职，就要将其数据信息删除。驾驶员的信息如变化，比如驾驶员的移动电话、家庭住址等，就需要将驾驶员信息进行修改。

　　（6）驾驶员信息查询

　　当遇到有紧急的运输任务需要和驾驶员及时联系，可通过查询的方式，找到驾驶员的移动电话，以便联系。

　　2.1.2 监控功能

　　监控功能是设计运行燃运车辆GPS监控系统的主要目的。用户通过监控界面查看车辆的具体行驶位置，查看运输车辆历史行驶轨迹，实现运输车辆及时定位等。此外，在监控界面的电子地图区域能对地图进行缩放、漫游和平移等操作，方便清晰地查看车辆位置信息。监控功能模块的用例图如图1所示。

　　（1）地图查看

　　电子地图显示功能是系统进行监控的必备的条件，在电子地图上用户可实时查看车辆的准确位置，依据地图判断车辆行驶情况。在电子地图上还可以进行放大、缩小和鹰眼效果。

　　（2）车辆位置定位

　　在本系统中，为了能将燃运车辆的位置准确地显示在电子地图上，考虑用形象的带有方向性图标代表车辆的行驶方位，图标的位置即代表车辆的位置。

　　由于车辆的位置是处于动态变化的，所以车辆在地图上显示时也是动态的。通常车辆的位置是在道路上，尤其是正在行驶中的车辆，表现在电子地图上时，车辆的图标也应该在地图对应的道路上。然而由于GPS定位存在一定误差，实时的车辆图标经常无法和地图上的道路一致，此时就要将图标的位置与道路进行匹配，就需要不断地把从车载终端中接收的车辆位置信息投射到电子地图上，使车辆在地图上的运动状态和实际的行驶状况相一致[2]。

　　（3）历史轨迹回放功能

　　燃运公司内运输车辆的发车情况、行驶路径、速度和事件等信息都由监控中心所监控，并存储在数据库中，需要时可从数据库中调出特定时间段内车辆的位置数据用来实现重新回放功能。

　　（4）报警处理

　　监控系统能够及时的处理来自燃运车辆的报警。在途运输车辆，如果出现了超速和驶离规定的路线时，会将信息传送给监控终端，这时一般监控人员可以根据报警信息及时处理，可以启动与车载终端的通话等处理措施。

　　（5）电子围栏设定

　　在煤炭运输过程中，如果出现迷路、司机干私活等情况，运输车辆会偏离正常路线。为防止这些情况，应设置一定的区域限制。如车辆一旦出现偏离正常行驶路线时，系统会报警提示。

　　由于在监控软件中对经纬度范围和速度参数的设定，当出现超范围或超速时，除了监控终端会给监控人员报警外，车载终端设备也会给驾驶员提示越界或超速报警信息。

　　2.1.3 系统管理功能

　　监控中心对车载终端发来的紧急状态报警信息要有效地控制和处理。对紧急事件发生时的紧急标识符的位置和数量进行管理并存入后台数据库。当任务完成后，删除紧急状态控制标志及相应的后台信息、存档。

　　（1）数据库恢复与备份

　　为了让系统能够安全稳定地运行，防止系统出现操作失误或系统故障导致数据丢失，需将数据库备份到磁带或其他存储介质上，以便于对历史数据进行查询和系统恢复等。

　　（2）用户管理

　　对系统中的用户进行权限的划分，不同权限用户所使用的功能略有区别。关于权限控制方面的需求，在系统中采用基于角色的权限控制机制，允许管理员对具有特殊要求的资源进行操作，而非管理员权限的用户登录系统后，所见到的只是权限设定访问模块。在监控中心系统中，将所有用户分为管理员和一般监控人员两类。

　　2.1.4 通信服务

　　通信服务功能主要是为监控系统的数据传输和监控功能提供服务支持，作为后台通信服务系统，通信服务功能实现与否，直接影响系统的运行状况。

　　通信服务功能支持信息发送和接收，保障监控中心与终端之间的联络。车辆的定位信息是通过无线通信技术发送到管理监控中心的，监控中心需具有将车载终端发来的接收和信息解码功能。监控中心面向所有的燃煤运输车辆发送一些控制指令。通信服务模块用例图如图2所示。

　　2.2 系统非功能需求

　　监控系统设计时多方面考虑到今后运行的稳定以及后续扩展，在设计时还考虑以下几点。

　　（1）可靠性

　　燃运车辆GPS监控系统要运行稳定，为车辆监控和企业的人身财产安全提供有力的保障。除硬件设置可以实现高性能外，在采用安全性数据库软件的基础上，还要在监控软件设计中要有用户权限设置和身份验证等功能。

　　（2）经济实用性

　　针对燃运公司中小规模特点，系统架构时要以简单、有效为目标。在构造系统时，使用易实现的C/S模式，降低系统架构的硬件成本，利于数据的管理和维护。在设计软件时系统的界面要友好，操作简单，有利于监控人员及时了解车辆的实时运行状态。

　　（3）可扩展性

　　因为面对的是一个中小型的燃料运输企业的车辆管理业务原型，构建系统时应充分考虑今后系统扩大容量的问题。选用面向对象的程序设计软件，预留可扩展的模块，用以实现用户的新需求。各硬件设计应符合工业标准，通信技术设计时应遵循标准的协议，数据库等软件设计时应使用标准接口，都便于今后系统的扩展[3]。

　　3 燃运车辆GPS监控系统的设计

　　构建燃运车辆GPS监控系统的C/S两层架构。设计时充分考虑燃运公司实际情况，系统设计结构简单易实现的原则。设计出系统总体结构、监控中心软件功能模块和燃运车辆监控系统的数据库。

　　3.1 系统总体结构设计

　　根据燃运公司的规模特点、功能需求，构建了基于C/S模式的监控系统设计图，如图3所示。燃运车辆GPS监控系统由监控中心、GPRS网络和车载终端3部分组成。监控中心负责整个监控系统内所有流动数据的存储转发工作，GPRS网络负责GPS信息的运输，车载终端负责接收GPS卫星定位信号和自身车辆状态的采集。

　　车辆监控系统中车载终端的通信方式使用GPRS无线网络通信。而GPRS网络和监控中心的无线传输方式用GPRS无线DDN传输业务来实现的。GPRS无线DDN系统向用户提供车载终端与监控终端的透明数据通道。监控中心通过DDN专线接入中国移动的路由器，路由器为通信服务器分配私有IP地址，保证系统数据传输中安全性、可靠性和数据传输延迟时间。

　　3.2 监控中心功能设计

　　充分考虑车辆监控系统的需求分析，设计了监控系统基本功能模块，如图4所示。

　　3.3 数据库表设计

　　数据库系统采用Microsoft SQL Server 2005，构建基于C/S模式的数据库系统。本系统中涉及数据量较大，需要建立相关的数据库系统，以保证能提供数据存储、事后查询需求。系统中需要存储的数据有：车辆基本属性、用户信息、GPS轨迹数据、用户操作日志数据、报警信息管理和其他业务数据等。车辆监控系统的数据库（DB_gps）中部分数据表为：车辆基本信息表、车辆定位数据表、操作员信息表、报警事件表和驾驶员表等。

　　4 燃运车辆GPS监控系统的实现

　　监控软件是个标准的Windows应用程序，如图5所示。监控系统主界面主要包括左右两部分。左侧为车辆列表，列表中为监控系统中所有安装有车载终端的车辆，右侧为地图界面，在地图界面中用户可看到车辆行驶状态，并且依据由车载终端传递车辆位置数据的间隔时间，每隔一段时间就对地图刷新一次，从而达到对车辆的实时显示。在监控系统平台上，可以看到燃运车辆的具体动态，根据燃运车辆运行的经纬度数据等投射在电子地图上，即将车辆在地图上显示。

　　基于C/S模式的燃运车辆GPS监控系统在石河子天富燃料运输有限公司的实施与应用，不仅解决了对在途燃运车辆的实时监控、历史轨迹回放等问题，避免了运输途中倒煤、飞煤、掺假事件的发生，有效减少了运输风险，增加公司盈利能力，提高了石河子天富燃料运输有限公司的经济效益。

　　燃运车辆GPS监控系统的设计与实现中所涉及知识比较广泛，信号与数据的流动和管理较为复杂。本文所设计的监控系统虽然可对燃运车辆实行实时定位监控，但在系统稳定运行的基础上还需继续对其进行优化。由于受到自然因素、人为原因的干扰，GPS信号仍会受到一定程度的影响，需要一些硬件或软件方法来弥补。本系统适合于中小型运输企业，考虑到燃煤运输车辆多在偏远地区行驶的情况，在监控系统更加稳定成熟后加入导航等一些辅助功能模块。

　　参考文献

　　[1] 袁安存.全球定位系统GPS原理与应用[M].大连：大连海事大学出版社，2000.

　　[2] 马健.基于MapX组件开发的车辆监控系统的设计与实现[D].成都：西南交通大学，2009.

　　[3] 王东瑾.GPS车辆监控系统的设计与实现[D].北京：北京工业大学，2008.