車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)實驗設(shè)計

韋娟 劉乃安 付衛(wèi)紅 李曉輝

[摘 要] 車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)實驗來源于實際車輛管理部門的需求，使用GPS模塊采集數(shù)據(jù)，通過GIS專業(yè)軟件進行影像配準，分層矢量化，通過通信模塊發(fā)射和接收信息，學(xué)生切身感受整個系統(tǒng)的功能及業(yè)務(wù)流程，實驗涵蓋了GPS、GIS、無線通信等內(nèi)容。支持設(shè)計性和綜合性實驗，可進行硬件電路設(shè)計、通信系統(tǒng)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計等。

[關(guān)鍵詞] 車輛監(jiān)控;采集數(shù)據(jù);影像配準;無線通信

[基金項目] 2019年度教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“新工科背景下電子信息系統(tǒng)智能創(chuàng)新實踐”（201901020023）

[作者簡介] 韋 娟（1973—），女，陜西渭南人，工學(xué)博士，西安電子科技大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事空間信息處理研究。

[中圖分類號] TP391.4? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）36-0021-04? ? [收稿日期] 2020-12-28

車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)是利用GPS定位技術(shù)、GIS技術(shù)和無線通信技術(shù)的產(chǎn)物[1-3]。GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)將移動目標的動態(tài)位置（經(jīng)度、緯度）、時間、狀態(tài)等信息，通過無線通信的方式發(fā)送回監(jiān)控中心。監(jiān)控中心通過使用GIS和組件技術(shù)，在具有地理信息查詢功能的數(shù)字地圖上進行移動目標運動軌跡的直觀顯示，亦可以通過監(jiān)控終端向車輛發(fā)出監(jiān)控指令，從而實現(xiàn)監(jiān)控車輛的集中監(jiān)控和指揮調(diào)度。

本實驗主要是設(shè)計一個監(jiān)控管理車輛系統(tǒng)來模擬實際系統(tǒng)。主要功能有：車載終端能夠向監(jiān)控端發(fā)送自己的位置信息，監(jiān)控終端能夠接收數(shù)據(jù)和顯示車輛的運動軌跡，并且能給車載端發(fā)送控制指令和查詢車輛的基本信息，車載終端能將接收到控制中心的調(diào)度指令顯示。

車輛監(jiān)控管理實驗系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)組成上由車輛監(jiān)控管理中心和車輛終端組成，從功能上綜合了監(jiān)控中心子系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、車輛定位子系統(tǒng)和顯示指令子系統(tǒng)四個部分，從而形成了一個完整的綜合性車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)，為車輛的管理、調(diào)度和智能控制提供了一套解決方案。整個系統(tǒng)的框架如圖1所示。

車載終端設(shè)備包括：GPS信號接收模塊，無線通信模塊，顯示監(jiān)控中心的調(diào)度指令模塊，串口及短消息傳輸控制模塊。監(jiān)控調(diào)度中心包括：無線通信模塊，GIS模塊（調(diào)用MapObjects及數(shù)字地圖顯示相關(guān)信息）[4，5]，數(shù)據(jù)庫模塊，查詢模塊，主控制器PC。系統(tǒng)由一些接口和通信協(xié)議將車載終端和中心監(jiān)控端連接起來。接口包括：與數(shù)據(jù)庫的接口、串行通信接口、PC串口及網(wǎng)絡(luò)接口。通信協(xié)議包括：自定義的消息數(shù)據(jù)格式，AT指令集等。

一、車輛管理系統(tǒng)地圖配準及矢量化

學(xué)生以給定研究區(qū)域的平面圖片為底圖（本文用西電校園平面圖），完成數(shù)字化過程，主要包括：操作影像圖配準;已配準影像圖的矢量化;相關(guān)屬性信息的添加。

首先掃描地圖，采用GPS接收機進行數(shù)據(jù)采點，然后使用影像配準工具進行配準，在影像配準時，根據(jù)實際坐標數(shù)據(jù)在影像上逐一選點進行配準，選點時要注意順序，以便于控制整個圖像不至于扭曲變形。在影像圖上增加多個控制點（至少4個），輸入其實際坐標。圖片就配準到了GCS_WGS_1984地理坐標系下。當(dāng)鼠標在地圖顯示區(qū)移動時，在ArcMap狀態(tài)欄上就會顯示當(dāng)前位置的經(jīng)緯度坐標。對配準后的影像圖進行分層矢量化，得到圖像的平面數(shù)字地圖。示例圖2為西電校園平面數(shù)字地圖。

二、車載終端設(shè)計

車載終端設(shè)計，一是能夠正確接收GPS衛(wèi)星的信號，解碼處理后向中心監(jiān)控端以一定的格式通過無線模式，發(fā)送車輛的定位信息、時間信息和車輛狀態(tài)等數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)與矢量化后的數(shù)字地圖進行匹配，顯示監(jiān)控車輛的位置和軌跡。二是接收監(jiān)控中心的指令，并顯示在液晶屏上。實驗中的車載終端由四個子系統(tǒng)組成：核心板子系統(tǒng)、GPS定位子系統(tǒng)、無線通信子系統(tǒng)和用于顯示調(diào)度指令的液晶屏子系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖1上部分所示，硬件連接如圖3所示。核心板為該終端的大腦中樞，連接定位模塊、通信模塊和液晶屏，其主要作用是通過控制MCU接收GPS定位信息、發(fā)送定位信息、接收調(diào)度指令并顯示在液晶屏上。定位子系統(tǒng)由GPS 模塊組成。主要完成車輛運動過程中的實時位置信息（經(jīng)度、緯度、速度、方位角）和航向信息的采集處理等功能。無線通信子系統(tǒng)是監(jiān)控中心與車輛系統(tǒng)進行通信的橋梁，采用無線通信的方式可保證信息傳輸?shù)膶崟r性，可靠性等。通信模塊主要是實現(xiàn)控制指令的接收和狀態(tài)信息的發(fā)送等功能。一方面車載終端將車輛位置點的經(jīng)度、緯度、速度、方向等信息以一定格式發(fā)給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心接收數(shù)據(jù)并解析后存入數(shù)據(jù)庫供GIS平臺調(diào)用。另一方面接收由監(jiān)控中心發(fā)來的指令。

三、車輛監(jiān)控中心設(shè)計

車輛監(jiān)控中心是系統(tǒng)的核心部分，主要功能是用來顯示和記錄車輛的位置和運動軌跡，清楚的監(jiān)控到車輛的運動情況，以便發(fā)送指令給車載終端對車輛施加控制。在不斷接收由無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送來的車輛位置等數(shù)據(jù)信息后，將以約定的控制指令形式，通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至車輛終端。監(jiān)控中心需要配有電子地圖顯示窗口，用于實時顯示車輛的運動軌跡。

實驗中的數(shù)據(jù)庫主要用來保存車輛的靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)，由若干數(shù)據(jù)表組成，GIS顯示程序、通信程序和車輛信息管理查詢程序三者均使用數(shù)據(jù)庫，車輛信息管理查詢程序主要使用車輛靜態(tài)資料表，用于查詢車輛的基本信息，而GIS顯示程序和通信程序主要訪問車輛動態(tài)數(shù)據(jù)，GIS顯示程序是從數(shù)據(jù)庫中讀出動態(tài)數(shù)據(jù)，在數(shù)字地圖上顯示，通信程序是將接收到的車輛位置動態(tài)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中。

車輛基本信息表用于記錄車輛的相關(guān)屬性信息，如車輛編號，車牌號，車主姓名，SIM卡號，所屬單位等，該數(shù)據(jù)表中車輛編號為關(guān)鍵字，可通過下拉菜單選擇車輛編號查詢車輛信息，查詢時調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示在對話框中。