基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)的設(shè)計與發(fā)展

高山

摘要：通過GPS技術(shù)可以實現(xiàn)對車輛信息實時位置的采集，文章按照系統(tǒng)設(shè)計的步驟對基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)方面的研究，并結(jié)合GIS技術(shù)發(fā)展的趨勢對未來車輛監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：GPS；車輛監(jiān)控；指揮系統(tǒng)；交通擁堵

1車輛擁堵問題研究背景

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，車輛逐漸成為人們不可或缺的交通工具之一，隨著車輛的逐漸增多也給城市交通帶了越來越多的問題，比如交通擁堵問題，肇事逃逸問題等，這些問題嚴(yán)重地影響了人們的出行，給人們帶來諸多的不便。而GPS技術(shù)不同于傳統(tǒng)角度下的應(yīng)用為這一問題的解決帶來了技術(shù)方案。傳統(tǒng)的GPS技術(shù)主要是通過結(jié)合衛(wèi)星定位技術(shù)結(jié)合電子地圖為用戶提供導(dǎo)航服務(wù)。而通過GPS應(yīng)用角度的轉(zhuǎn)換，如在政府或者交通相關(guān)職能部門的應(yīng)用可以實現(xiàn)安裝GPS相應(yīng)的車輛的實時定位和監(jiān)控。如果通過相關(guān)的立法使得所有的車輛都必須安裝GPS，并且為每個GPS設(shè)備提供統(tǒng)一的編號和標(biāo)示與個人車輛的車牌進(jìn)行綁定。那么就可以實現(xiàn)對每輛登記的車輛實現(xiàn)實時的定位監(jiān)控。對各車輛進(jìn)行實時定位監(jiān)測在現(xiàn)實中有很多重要的應(yīng)用，比如通過對每輛車實時位置的監(jiān)測可以有效地提取每條路線每條路段實時的交通狀況，為人們提供實時的路況信息。并且在發(fā)生交通肇事逃逸之后通過該監(jiān)測技術(shù)可以實現(xiàn)對肇事車輛位置實時的定位與追蹤。此外在一些車輛運營公司比如出租車運營企業(yè)以及公交車運營企業(yè)和長途汽車運營企業(yè)可以有效地實現(xiàn)對企業(yè)每輛車所走路線的實時監(jiān)控，以及可以實現(xiàn)對所運營車輛的調(diào)度。所以通過GPS技術(shù)實現(xiàn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計具有十分重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景，有必要對基于GPS的車輛指揮監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的研究。

2基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)

2.1需求分析

基于GPS的車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)的設(shè)計要首先進(jìn)行系統(tǒng)分析，詳細(xì)全面的系統(tǒng)分析可以有效地幫助設(shè)計者較為全面的對系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析，防止系統(tǒng)開發(fā)和實現(xiàn)后期的返工與重新設(shè)計。本文所設(shè)計的GPS車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)涉及的各種車輛不單一局限到某種車輛，監(jiān)控指揮系統(tǒng)的使用者主要為交通部分，主要用于對轄區(qū)所涉及路線車輛信息的監(jiān)測。通過統(tǒng)計計算出實時的路況信息并通過衛(wèi)星通訊及時地將信息傳輸給相應(yīng)的設(shè)備為用戶提供路線路面狀況的實時信息，提醒用戶有效地避免擁堵路況達(dá)到順利通行的目的。在每輛登記過的車輛都已經(jīng)將GPS設(shè)備與車牌綁定在了一起，并且已經(jīng)通過相關(guān)的立法規(guī)定每輛車的實時位置信息都可以被交通部門所直接接受和獲取的前提下，系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)主要為GPS數(shù)據(jù)和一些實時矯正地理位置和參數(shù)的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的輸出主要為每輛車的實時位置信息，并且通過一定的技術(shù)手段來對每段路況進(jìn)行相關(guān)車輛數(shù)量的統(tǒng)計并按照一定的等級來對上述路況信息進(jìn)行分級，然后將實時的路況信息在系統(tǒng)上反映出來并用不同的顏色顯示。并且在系統(tǒng)中每輛被實時監(jiān)控的車輛可以都用一點或者是規(guī)則多邊形來進(jìn)行表示，不同的車輛可以采用不同的多邊形來表示，通過點擊每個實時位置上的車輛可以詳細(xì)地顯示車輛的所有的相應(yīng)信息以及車輛所有人的相關(guān)信息。且要求車輛的實時位置還要和城市交通燈系統(tǒng)結(jié)合起來，如果車輛闖紅燈可以將違反交通規(guī)則的車輛信息實時的記錄下來，反饋到違規(guī)交通信息管理系統(tǒng)中。

2.2面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計

接下來要對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)上述的系統(tǒng)的需求分析大致可以將系統(tǒng)分為硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分，其中硬件部門主要通過GPS終端與衛(wèi)星之間的相互信號的傳送可以實現(xiàn)對車載設(shè)備的GPS的定位，這是第一個功能；在定位之后還需要將車輛的定位信息通過GPS終端設(shè)備以及與衛(wèi)星之間的通信將位置信息傳輸?shù)浇煌ú块T的公共信息平臺上，這是硬件的第二個主要作用，因而硬件中的GPS終端設(shè)備必須要具有信號的收發(fā)功能以實現(xiàn)位置信息的傳輸。從硬件所具備的基本功能來看，硬件終端設(shè)備可以使用當(dāng)前較為成熟的GPS信號接收和發(fā)送模塊，也可以使用當(dāng)前市場上較為成熟的GPS終端設(shè)備。此外硬件部分主要包括位置信息的存儲、處理和顯示設(shè)備，這個設(shè)備要配置在交通部門的指揮調(diào)度室內(nèi)。主要用于對相關(guān)車輛信息的調(diào)度和顯示，對路況信息的實時監(jiān)測。用于控制顯示設(shè)備的計算機還可以用于位置信息的存儲以及處理。這是系統(tǒng)硬件的主要組成部分，系統(tǒng)硬件的組成部分與相互之間的連接如圖1所示。

接下來是系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件設(shè)備主要涉及以下幾個方面：（1）實時定位模型與實時位置信息的存儲（2）每輛車實時位置信息向公共監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)備之間的傳輸，該環(huán)節(jié)傳輸可以采用衛(wèi)星通信實現(xiàn)也可以通過移動3G或者是4G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)或者是基于GPRS的移動網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)，隨著WIFI的普及以及互聯(lián)網(wǎng)+汽車的出現(xiàn)未來很可能可以采用互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)上述車輛實時位置信息的傳輸，傳輸?shù)念l率由交通部門根據(jù)實際的情況和設(shè)備所能夠容納的最大數(shù)據(jù)量和所允許的處理的速度容忍度來進(jìn)行確定。（3）劃定統(tǒng)計路段每間隔一定的時間就對上述路段的車流量情況進(jìn)行實時的統(tǒng)計然后將統(tǒng)計的數(shù)據(jù)存儲在交通部門所設(shè)計的數(shù)據(jù)庫中。（5）最后一個環(huán)節(jié)為現(xiàn)實將采集到的路況信息以及車輛的實時位置信息以及車輛的綜合信息來構(gòu)建地理信息系統(tǒng)服務(wù)平臺。其中車輛的信息可以采用0維矢量或者是二維矢量來進(jìn)行表示，如果采用0維矢量則不考慮具體的車型的信息，如果考慮車輛的具體型號信息則可以考慮用不同形式的多邊形來表示不同車輛信息即在這種情況車輛用二維矢量來進(jìn)行表示。然后采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫來為每個監(jiān)測對象建立一個二元組，其中每一行代表一個具體的車輛對象，對應(yīng)改行的每一列代表車輛的屬性信息比如車輛的類型、車輛的顏色、車輛的型號、車輛的所屬人、車輛的是否具有違章信息等等。通過在地理信息系統(tǒng)中的查詢包括關(guān)于位置的查詢與關(guān)于屬性的查詢操作可以較好地查詢到滿足條件的車輛或者是滿足一定屬性的車輛信息。

2.3系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)的實現(xiàn)主要包括系統(tǒng)硬件的設(shè)計與實現(xiàn)與系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)以及各個功能模塊之間的連接，模塊之間的連接主要是為了數(shù)據(jù)的傳遞和信息的傳輸。大致包括客戶終端的軟硬件設(shè)計、服務(wù)器端的軟硬件設(shè)計具體的實現(xiàn)方式如下：車載GPS信號收發(fā)模塊（主要功能實現(xiàn)車輛定位與定位信息的發(fā)送，信息傳輸?shù)姆绞揭蛩扇〉膫鬏斒侄尾煌煌热缧l(wèi)星通信、移動網(wǎng)絡(luò)或者是互聯(lián)網(wǎng)）；服務(wù)器端位置信息的接受模型如果采用衛(wèi)星通信設(shè)備則需要相應(yīng)的信號接收硬件模塊，如果采用移動網(wǎng)絡(luò)傳輸方式需要在發(fā)送和接收端都有相應(yīng)的移動信號的發(fā)送和接收模塊。接著是GIS數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)，地理信息數(shù)據(jù)庫設(shè)計的目的是為了存儲每輛車輛的位置和屬性信息，由于每輛車是一個很自然的對象，因而非常適合采用關(guān)系模型建立二元組來存儲每個車輛的相關(guān)的位置信息和屬性信息，通過GIS系統(tǒng)中的基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集、存儲和處理以及空間分析功能可以較好地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中基于位置的車輛查詢以及基于屬性的車輛查詢和基于空間位置和拓?fù)潢P(guān)系的查詢等。

3基于GPS車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)的發(fā)展

隨著GIS技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，目前在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中采用GIS技術(shù)和GPS技術(shù)結(jié)合的車輛實時監(jiān)控與指揮系統(tǒng)是目前較為成熟的一種技術(shù)實現(xiàn)方式，并且隨著GIS空間建模和分析功能的不斷完善，后期基于GPS與GIS的基于位置的相關(guān)衍生的服務(wù)和產(chǎn)品會越來越多，逐漸地向功能全面化和復(fù)雜化以及智能化的方向發(fā)展。

4結(jié)語

GPS與GIS技術(shù)的結(jié)合可以實現(xiàn)對車輛地理位置信息的采集、存儲、處理與顯示相關(guān)的功能，且能夠使得車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)完成日趨復(fù)雜的和多樣化的功能，朝著基于位置的多功能衍生服務(wù)的方向發(fā)展。