工程車輛的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賀東梅

摘 要：文中提出建立工程車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，并給出了具體的實(shí)踐應(yīng)用。該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以GPS定位、傳感器、RFID射頻識別、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)為支撐，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以Web端與Android移動(dòng)端為數(shù)據(jù)的展示輸出，實(shí)現(xiàn)了工程車輛在途運(yùn)輸環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括車輛的行駛速度、行駛區(qū)域以及行駛時(shí)間等。應(yīng)用本系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對城市工程車輛的統(tǒng)一調(diào)度及運(yùn)行安全性的實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)的研究成果對于減少工程車輛為城市交通帶來的安全問題具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：工程車輛；監(jiān)控；監(jiān)測；物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）08-00-03

0 引 言

對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)而言，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系一般可分為三個(gè)層次，即感知延伸層，通過傳感器連接事物和感知信息；網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層，融合異構(gòu)的泛在通信網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用服務(wù)層，為各種終端設(shè)備提供應(yīng)用和服務(wù)。

針對工程車輛，按照這三個(gè)層次進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其中各子系統(tǒng)的功能見表1所列。

1 物聯(lián)網(wǎng)感知層設(shè)計(jì)

感知層是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，用以獲取數(shù)據(jù)。感知層主要由硬件組成，對于工程車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)而言，包括定位子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)。

1.1 定位子系統(tǒng)

定位子系統(tǒng)是車載GPS設(shè)備接收機(jī)，它將工程車輛動(dòng)態(tài)位置的實(shí)時(shí)經(jīng)度和緯度、時(shí)間和狀態(tài)等信息，通過無線通信鏈路網(wǎng)絡(luò)（GSM/GPRS）發(fā)送至應(yīng)用服務(wù)層。包括車載定位設(shè)備、無線通信鏈路。定位子系統(tǒng)如圖2所示。

（1）車載定位設(shè)備由定位模塊和無線通信模塊組成。定位模塊接收衛(wèi)星定位信號，計(jì)算出車輛當(dāng)前位置。無線通信模塊接入無線通信網(wǎng)絡(luò)，將車輛當(dāng)前位置發(fā)送至應(yīng)用層。

（2）無線通信網(wǎng)絡(luò)。無線通信鏈路連接車輛無線通信模塊和應(yīng)用層，傳遞控制信息和位置信息，系統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡(luò)為GSM/GPRS。

1.2 門禁子系統(tǒng)

門禁子系統(tǒng)基于RFID技術(shù)，可實(shí)時(shí)提供車輛和司機(jī)的位置信息。RFID射頻識別、應(yīng)用識別裝置通過被識別物品和識別裝置之間的非接觸互動(dòng)自動(dòng)獲取被識別物品的相關(guān)信息，并提供給后臺計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)操作。包括RFID、RFID Reader和處理單元，如圖3所示。

（1）RFID：為RFID寫入唯一標(biāo)識的車輛編號信息或司機(jī)編號信息，系統(tǒng)為車輛和司機(jī)分配編號。為每輛車和每位司機(jī)單獨(dú)配發(fā)電子標(biāo)簽，由車輛或司機(jī)隨車或隨身攜帶，以標(biāo)識其唯一身份；

（2）RFID Reader：安裝在車庫門口，在車輛出入庫和司機(jī)刷卡時(shí)讀取信息并發(fā)送給處理單元；

（3）處理單元：將RFID Reader讀取到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，通過802.11無線局域網(wǎng)協(xié)議接入車庫無線接入點(diǎn)，并發(fā)送信息至應(yīng)用層。

1.3 狀態(tài)子系統(tǒng)

利用霍爾傳感器檢測發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài) 、利用油位傳感器檢測車輛的油量。將檢測結(jié)果通過ZigBee模塊與GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送給服務(wù)器，檢測車輛的發(fā)動(dòng)情況，以獲取其車輛動(dòng)作的時(shí)間長度。 實(shí)時(shí)檢測車輛的油量、油耗情況，系統(tǒng)自動(dòng)生成里程、油耗對應(yīng)表，對司機(jī)中途偷盜油的行為進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)，便于單位對車輛進(jìn)行油耗管理，降低單位用車費(fèi)用。狀態(tài)子系統(tǒng)信息傳輸原理如圖4所示。

2 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)層設(shè)計(jì)框架

工程車管理系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層是對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收處理、分析顯示的軟件系統(tǒng)，這一層建立的內(nèi)容稱為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，整體又稱為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用管理平臺。

應(yīng)用層接收處理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入SQLServer數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)處理在服務(wù)器端。采用JSP方式開發(fā)客戶端Web界面，進(jìn)行狀態(tài)顯示。移動(dòng)端采用Android方式設(shè)計(jì)，于移動(dòng)手機(jī)端顯示。

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)的功能包括車輛的位置監(jiān)控、車輛的狀態(tài)監(jiān)控、車輛的調(diào)度管理。

（1）位置服務(wù)應(yīng)用：接收車輛返回的位置信息，并向用戶與其他服務(wù)提供相關(guān)位置服務(wù)。將車輛當(dāng)前位置顯示在電子地圖上，利用車輛歷史位置信息監(jiān)控其運(yùn)行軌跡，為規(guī)范管理和用車計(jì)費(fèi)服務(wù)。

（2）車輛狀態(tài)監(jiān)控應(yīng)用：接收車輛返回的狀態(tài)信息，并向用戶與其他服務(wù)提供相關(guān)的車輛狀態(tài)服務(wù)。將車輛當(dāng)前轉(zhuǎn)速、水溫、油耗等信息顯示在客戶端或手機(jī)上，對車輛進(jìn)行管理。

（3）車輛調(diào)度與分析應(yīng)用：該模塊從前兩個(gè)模塊讀取數(shù)據(jù)，獲取車輛的實(shí)時(shí)位置信息與狀態(tài)信息，對車輛作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理。

應(yīng)用層管理模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示。

3 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)的實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用層接收處理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入SQLServer數(shù)據(jù)庫中，分別采用客戶端和移動(dòng)手機(jī)端進(jìn)行顯示。Web采用JSP進(jìn)行應(yīng)用端界面設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示在應(yīng)用端界面，數(shù)據(jù)處理在服務(wù)器端完成。移動(dòng)端采用Android編程進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成移動(dòng)端信息調(diào)用和顯示。

工程車管理平臺系統(tǒng)包括車輛區(qū)域監(jiān)控管理模塊、單車信息管理模塊、車輛調(diào)度與分析模塊。

3.1 車輛區(qū)域監(jiān)控管理模塊

車輛區(qū)域監(jiān)控模塊可以按照區(qū)域劃分，將在區(qū)域內(nèi)作業(yè)的車輛顯示出來，以詳細(xì)定位所在街區(qū)。監(jiān)控列表的圖形顯示界面如圖6所示。

3.2 單車信息管理模塊

用戶點(diǎn)擊車輛列表中某輛車的圖標(biāo)，進(jìn)入該車的單車信息頁面。單車信息的展示功能包括車輛實(shí)況、軌跡回放、車輛報(bào)警、作業(yè)違規(guī)、里程油耗、歷史工況。

3.2.1 車輛實(shí)況

車輛實(shí)況實(shí)時(shí)展示車輛的狀況，包括頁面左邊的車輛基本信息、中間的地圖與頁面下的實(shí)時(shí)工況和頁面右邊的儀表盤。車輛軌跡會(huì)在地圖上顯示，如圖7所示。

3.2.2 車輛軌跡回放管理

根據(jù)指定時(shí)間段回放車輛的歷史軌跡。軌跡回放頁面包括時(shí)間段查詢選項(xiàng)、速度和工況變動(dòng)、播放條變化和軌跡的地圖顯示，如圖8所示。endprint

3.2.3 車輛狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控

以車輛的里程油耗模塊為例，對車輛的單車?yán)锍毯陀秃倪M(jìn)行詳細(xì)的圖表顯示。在該系統(tǒng)中增加里程油耗功能。里程，可根據(jù)地圖軌跡算出。油耗，按照單位油耗30～40 L/百公里進(jìn)行計(jì)算。

3.3 車輛調(diào)度與分析

3.3.1 車輛調(diào)度

車輛調(diào)度子系統(tǒng)的主要功能是圍繞用戶用車申請，在車輛和人員在位信息的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)車輛調(diào)度功能，對用車任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和相關(guān)結(jié)算。調(diào)度子系統(tǒng)涉及的相關(guān)功能有：接受用車申請；根據(jù)司機(jī)和車輛的在位情況，向用車人員返回車輛在位信息；根據(jù)車輛實(shí)時(shí)位置實(shí)現(xiàn)在線調(diào)度。

調(diào)度總系統(tǒng)由無線通信模塊、調(diào)度模塊和數(shù)據(jù)庫模塊組成。數(shù)據(jù)庫記錄車輛司機(jī)的在位信息和任務(wù)相關(guān)信息，無線通信模塊支持GSM和WLAN，調(diào)度模塊可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問。

3.3.2 車輛分析

客戶設(shè)定某一周（查詢時(shí)間段以一周為單位）的時(shí)間段后顯示該周每一天的油耗曲線和里程分析。作業(yè)油耗、行駛油耗、作業(yè)里程和非作業(yè)里程分開展示。

4 結(jié) 語

該工程車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)硬件部分采用GPS定位技術(shù)、傳感器技術(shù)、RFID射頻識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程車狀態(tài)監(jiān)測、門禁管理、位置信息采集等。

軟件部分利用數(shù)據(jù)庫管理和調(diào)用技術(shù)對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，利用Web和Android技術(shù)進(jìn)行界面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)平臺綜合軟硬件實(shí)現(xiàn)了電子地圖管理、數(shù)據(jù)分析管理、異常管理、車輛控制、油耗管理、工班控制、圖像管理、語音提示、定點(diǎn)管理、系統(tǒng)管理、任務(wù)管理等。

通過車輛物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)平臺，管理人員可以監(jiān)控名下所有車輛的實(shí)時(shí)位置、歷史軌跡回訪、定點(diǎn)裝卸、作業(yè)管理、異常狀態(tài)位置連鎖?？蓪λ熊囕v進(jìn)行任務(wù)調(diào)度、任務(wù)狀態(tài)反饋、智能評判、語音提示、工班管理、作業(yè)參數(shù)分析、油耗管理、異常報(bào)警管理、圖像數(shù)據(jù)管理、績效分析。

該應(yīng)用平臺系統(tǒng)是在感知延伸和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用服務(wù)層綜合各種采集和識別到的信息，通過泛在網(wǎng)絡(luò)傳輸共享數(shù)據(jù)和資源，并對用戶提供各種應(yīng)用和服務(wù)。該平臺大大提高了城市對特殊車輛的管理能力，對保障城市交通安全具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李寧.基于GPRS技術(shù)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2005.

[2]卓靜，施濤，靳晶.基于GPS/GPRS/GIS車輛監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，6（2）：37-39.

[3]王世君.基于GPS/GIS的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

[4]康秀光，刁宏軒，劉立峰.基于RFID技術(shù)的車輛管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2009（3）：51.

[5] Elliott D. Kaplan，Christopher J. Hegarty.GPS原理與應(yīng)用[M].邱致和，王萬義，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[6]田麗，劉春瑞，翟鳴宇. 基于車牌識別技術(shù)的車輛管理系統(tǒng)應(yīng)用[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（7）：84-86.

[7]王冬，邱育橋.基于無線傳感網(wǎng)的運(yùn)動(dòng)車輛定位技術(shù)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（3）：59-61.

[8]曹領(lǐng)，魏勝利.基于物聯(lián)網(wǎng)的園區(qū)停車管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù)，2016，12（3X）：102-103.endprint