基于GPS的车辆监控指挥系统的设计与发展

    高山

    

    摘要：通过GPS技术可以实现对车辆信息实时位置的采集，文章按照系统设計的步骤对基于GPS的车辆监控指挥系统进行了系统的需求分析、系统设计和实现方面的研究，并结合GIS技术发展的趋势对未来车辆监控系统的发展进行了展望。

    关键词：GPS；车辆监控；指挥系统；交通拥堵

    1车辆拥堵问题研究背景

    随着人们物质生活水平的提高，车辆逐渐成为人们不可或缺的交通工具之一，随着车辆的逐渐增多也给城市交通带了越来越多的问题，比如交通拥堵问题，肇事逃逸问题等，这些问题严重地影响了人们的出行，给人们带来诸多的不便。而GPS技术不同于传统角度下的应用为这一问题的解决带来了技术方案。传统的GPS技术主要是通过结合卫星定位技术结合电子地图为用户提供导航服务。而通过GPS应用角度的转换，如在政府或者交通相关职能部门的应用可以实现安装GPS相应的车辆的实时定位和监控。如果通过相关的立法使得所有的车辆都必须安装GPS，并且为每个GPS设备提供统一的编号和标示与个人车辆的车牌进行绑定。那么就可以实现对每辆登记的车辆实现实时的定位监控。对各车辆进行实时定位监测在现实中有很多重要的应用，比如通过对每辆车实时位置的监测可以有效地提取每条路线每条路段实时的交通状况，为人们提供实时的路况信息。并且在发生交通肇事逃逸之后通过该监测技术可以实现对肇事车辆位置实时的定位与追踪。此外在一些车辆运营公司比如出租车运营企业以及公交车运营企业和长途汽车运营企业可以有效地实现对企业每辆车所走路线的实时监控，以及可以实现对所运营车辆的调度。所以通过GPS技术实现车辆监控系统的设计具有十分重要的现实意义和应用前景，有必要对基于GPS的车辆指挥监控系统进行相应的研究。

    2基于GPS的车辆监控指挥系统

    2.1需求分析

    基于GPS的车辆监控指挥系统的设计要首先进行系统分析，详细全面的系统分析可以有效地帮助设计者较为全面的对系统的需求进行分析，防止系统开发和实现后期的返工与重新设计。本文所设计的GPS车辆监控指挥系统涉及的各种车辆不单一局限到某种车辆，监控指挥系统的使用者主要为交通部分，主要用于对辖区所涉及路线车辆信息的监测。通过统计计算出实时的路况信息并通过卫星通讯及时地将信息传输给相应的设备为用户提供路线路面状况的实时信息，提醒用户有效地避免拥堵路况达到顺利通行的目的。在每辆登记过的车辆都已经将GPS设备与车牌绑定在了一起，并且已经通过相关的立法规定每辆车的实时位置信息都可以被交通部门所直接接受和获取的前提下，系统所需要输入的数据主要为GPS数据和一些实时矫正地理位置和参数的数据。系统的输出主要为每辆车的实时位置信息，并且通过一定的技术手段来对每段路况进行相关车辆数量的统计并按照一定的等级来对上述路况信息进行分级，然后将实时的路况信息在系统上反映出来并用不同的颜色显示。并且在系统中每辆被实时监控的车辆可以都用一点或者是规则多边形来进行表示，不同的车辆可以采用不同的多边形来表示，通过点击每个实时位置上的车辆可以详细地显示车辆的所有的相应信息以及车辆所有人的相关信息。且要求车辆的实时位置还要和城市交通灯系统结合起来，如果车辆闯红灯可以将违反交通规则的车辆信息实时的记录下来，反馈到违规交通信息管理系统中。

    2.2面向对象的系统设计

    接下来要对系统进行设计，根据上述的系统的需求分析大致可以将系统分为硬件设计部分和软件设计部分，其中硬件部门主要通过GPS终端与卫星之间的相互信号的传送可以实现对车载设备的GPS的定位，这是第一个功能；在定位之后还需要将车辆的定位信息通过GPS终端设备以及与卫星之间的通信将位置信息传输到交通部门的公共信息平台上，这是硬件的第二个主要作用，因而硬件中的GPS终端设备必须要具有信号的收发功能以实现位置信息的传输。从硬件所具备的基本功能来看，硬件终端设备可以使用当前较为成熟的GPS信号接收和发送模块，也可以使用当前市场上较为成熟的GPS终端设备。此外硬件部分主要包括位置信息的存储、处理和显示设备，这个设备要配置在交通部门的指挥调度室内。主要用于对相关车辆信息的调度和显示，对路况信息的实时监测。用于控制显示设备的计算机还可以用于位置信息的存储以及处理。这是系统硬件的主要组成部分，系统硬件的组成部分与相互之间的连接如图1所示。

    接下来是系统的软件设计软件设备主要涉及以下几个方面：（1）实时定位模型与实时位置信息的存储（2）每辆车实时位置信息向公共监测系统硬件设备之间的传输，该环节传输可以采用卫星通信实现也可以通过移动3G或者是4G网络实现或者是基于GPRS的移动网络的实现，随着WIFI的普及以及互联网+汽车的出现未来很可能可以采用互联网来实现上述车辆实时位置信息的传输，传输的频率由交通部门根据实际的情况和设备所能够容纳的最大数据量和所允许的处理的速度容忍度来进行确定。（3）划定统计路段每间隔一定的时间就对上述路段的车流量情况进行实时的统计然后将统计的数据存储在交通部门所设计的数据库中。（5）最后一个环节为现实将采集到的路况信息以及车辆的实时位置信息以及车辆的综合信息来构建地理信息系统服务平台。其中车辆的信息可以采用0维矢量或者是二维矢量来进行表示，如果采用0维矢量则不考虑具体的车型的信息，如果考虑车辆的具体型号信息则可以考虑用不同形式的多边形来表示不同车辆信息即在这种情况车辆用二维矢量来进行表示。然后采用关系数据库来为每个监测对象建立一个二元组，其中每一行代表一个具体的车辆对象，对应改行的每一列代表车辆的属性信息比如车辆的类型、车辆的颜色、车辆的型号、车辆的所属人、车辆的是否具有违章信息等等。通过在地理信息系统中的查询包括关于位置的查询与关于属性的查询操作可以较好地查询到满足条件的车辆或者是满足一定属性的车辆信息。

    2.3系统实现

    系统的实现主要包括系统硬件的设计与实现与系统软件的设计与实现以及各个功能模块之间的连接，模块之间的连接主要是为了数据的传递和信息的传输。大致包括客户终端的软硬件设计、服务器端的软硬件设计具体的实现方式如下：车载GPS信号收发模块（主要功能实现车辆定位与定位信息的发送，信息传输的方式因所采取的传输手段不同而不同比如卫星通信、移动网络或者是互联网）；服务器端位置信息的接受模型如果采用卫星通信设备则需要相应的信号接收硬件模块，如果采用移动网络传输方式需要在发送和接收端都有相应的移动信号的发送和接收模块。接着是GIS数据库的设计与实现，地理信息数据库设计的目的是为了存储每辆车辆的位置和属性信息，由于每辆车是一个很自然的对象，因而非常适合采用关系模型建立二元组来存储每个车辆的相关的位置信息和属性信息，通过GIS系统中的基础的数据采集、存储和处理以及空间分析功能可以较好地实现对数据库中基于位置的车辆查询以及基于属性的车辆查询和基于空间位置和拓扑关系的查询等。

    3基于GPS车辆监控指挥系统的发展

    随着GIS技术的不断进步与发展，目前在车辆监控系统中采用GIS技术和GPS技术结合的车辆实时监控与指挥系统是目前较为成熟的一种技术实现方式，并且随着GIS空间建模和分析功能的不断完善，后期基于GPS与GIS的基于位置的相关衍生的服务和产品会越来越多，逐渐地向功能全面化和复杂化以及智能化的方向发展。

    4结语

    GPS与GIS技术的结合可以实现对车辆地理位置信息的采集、存储、处理与显示相关的功能，且能够使得车辆监控指挥系统完成日趋复杂的和多样化的功能，朝着基于位置的多功能衍生服务的方向发展。