車聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控中心的研究與設(shè)計(jì)

摘要：為了解決由汽車而引起的能源、環(huán)境和安全問題，進(jìn)行了車聯(lián)網(wǎng)的PC機(jī)監(jiān)控中心以及Android手機(jī)客戶端的研究與設(shè)計(jì)。完成了PC機(jī)的Socket通信、電子地圖的加載與糾偏、后臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)。同時(shí)也完成了在Android操作系統(tǒng)下Socket通信和地圖的加載與糾偏問題。與硬件平臺進(jìn)行聯(lián)合測試，驗(yàn)證了監(jiān)控中心和手機(jī)客戶端設(shè)計(jì)的有效性，且具有良好的魯棒性。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/article/245925.htm

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；socket通信；地圖糾偏；Android系統(tǒng)

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.4.003

引言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，全球能源問題、環(huán)境問題和安全問題日益嚴(yán)重，解決問題的方式之一是建立汽車移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)通信平臺。汽車移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層。由感知層獲取采集車輛內(nèi)部和外部的各種信息。網(wǎng)絡(luò)層主要是GPRS/3G無線網(wǎng)絡(luò)，將感知層得到的信息通過GPRS/3G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機(jī)，應(yīng)用層主要是接收網(wǎng)絡(luò)層傳輸過來的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理[1]，圖1為車聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)圖。

系統(tǒng)的應(yīng)用層包括上位機(jī)監(jiān)控中心和Android手機(jī)版本的客戶端，具備六大功能模塊：車輛基本信息、遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程故障診斷、尋車輔助、駕駛員疲勞狀態(tài)等。

上位機(jī)監(jiān)控中心作為Socket服務(wù)器，要求具備公網(wǎng)IP和端口，可以被外網(wǎng)訪問。車載終端模塊作為Socket客戶端，當(dāng)Socket連接建立之后，由車載終端將車輛的信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳給PC機(jī)，同時(shí)上位機(jī)監(jiān)控中心也可以主動(dòng)下發(fā)一些指令，查詢車載終端的狀態(tài)，要求車載終端上傳相關(guān)信息。

1 PC機(jī)監(jiān)控中心設(shè)計(jì)

1.1 Socket通信設(shè)計(jì)

Socket分為服務(wù)器和客戶端兩部分，上位機(jī)作為服務(wù)器，使用VB中的Winsock控件，通過Socket實(shí)現(xiàn)與車載終端和手機(jī)客戶端的通信。

服務(wù)器端Winsock在接收客戶端連接之后，會(huì)檢測Winsock1.State的值，如果Winsock1沒有關(guān)閉的話則會(huì)將Winsock1關(guān)閉。當(dāng)服務(wù)器與客戶端連接成功之后，服務(wù)器便開始接收客戶端的數(shù)據(jù)并且進(jìn)行處理，同時(shí)還可以向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)和命令。

當(dāng)打開了主窗體時(shí)，在Private Sub Form_Load（）事件中自動(dòng)加載Socket的監(jiān)聽和連接，并且當(dāng)點(diǎn)擊了各個(gè)功能模塊的按鈕時(shí)，上位機(jī)會(huì)通過Socket向車載終端下發(fā)查詢或者控制指令。

在PC機(jī)上位機(jī)程序中，需要設(shè)計(jì)兩個(gè)Socket連接，一個(gè)是用來與車載終端建立連接，另外一個(gè)是用來與Android手機(jī)建立連接。上位機(jī)Winsock1收到車載終端發(fā)送的數(shù)據(jù)之后，會(huì)進(jìn)行處理并且存入到后臺數(shù)據(jù)庫。Android手機(jī)通過Winsock2從上位機(jī)獲取數(shù)據(jù)。當(dāng)多個(gè)車載終端同時(shí)連接監(jiān)控中心時(shí)，可以采用動(dòng)態(tài)加載和卸載Winsock的方式，同一個(gè)端口監(jiān)聽不同的連接請求，根據(jù)客戶端的IP地址來區(qū)分車載終端，端口號相同但連接的Index不同。

1.2 電子地圖的加載與糾偏

為了能夠在電腦上直觀地看到車輛的位置，在上位機(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)地圖加載界面，通過GPRS傳送的經(jīng)度和緯度信息，顯示出車輛的當(dāng)前位置。由于傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)復(fù)雜，建設(shè)和維護(hù)的成本高，本次設(shè)計(jì)采用調(diào)用在線地圖API（應(yīng)用程序接口）的方式來實(shí)現(xiàn)地圖的加載，這樣一方面省去了繁瑣的測繪和地圖編制工作，另一方面也保證了地圖更新的實(shí)時(shí)性，地圖提供商會(huì)定期更新地圖，提高定位的有效性和精度[2]。

通過VB中的webbrowser控件，來加載一個(gè)后綴名為.htm的靜態(tài)網(wǎng)頁文件，可以實(shí)現(xiàn)電子地圖的加載。在靜態(tài)網(wǎng)頁中，編寫一個(gè)JavaScript函數(shù)，就可以在百度地圖上通過經(jīng)度和緯度進(jìn)行定位，并且可以實(shí)現(xiàn)電子地圖的放大、縮小和移動(dòng)。

由于GPS的坐標(biāo)與百度地圖加載的坐標(biāo)是不匹配的。國際上采用的是WGS-84標(biāo)準(zhǔn)的地心坐標(biāo)，國內(nèi)發(fā)行的地圖必須要使用國家測繪局規(guī)定的GCJ-02進(jìn)行加密，而百度地圖在此基礎(chǔ)上還使用百度公司的BD-09進(jìn)行二次加密，因此GPS采集的經(jīng)緯度和百度地圖并不匹配，需要進(jìn)行坐標(biāo)接口轉(zhuǎn)換，百度地圖也提供了進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的API接口函數(shù)。

在VB中利用webbrowser控件調(diào)用電子地圖并且實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的語句如下：

We b B r o w s e r 1 . D o c u m e n t . parentWindow.execScript \"map. panTo（new BMap.Point（ \" jingdu \"，\" weidu \"））\"， \"javascript\"

We b B r o w s e r 1 . D o c u m e n t . parentWindow.execScript\"map. addOverlay（new BMap.Marker（new BMap.Point（ \" jingdu \"，\" weidu \"）））\"， \"javascript\"

We b B r o w s e r 1 . D o c u m e n t . parentWindow.execScript \"BMap. Convertor.translate（new BMap. Point（ \" jingdu \"，\" weidu \"），0，translateCallback）\"， \"javascript\"

在上面的語句中，使用WebBrowser1.Navigate App.Path \"＼BaiduMap.htm\"這個(gè)語句來加載已經(jīng)編寫好的“BaiduMap.htm”地圖文件。調(diào)用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)時(shí)使用了new BMap.Point函數(shù)來新建坐標(biāo)點(diǎn)，translateCallback為在靜態(tài)網(wǎng)頁文件中編寫的函數(shù)，該函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)將指定點(diǎn)移到地圖中心、清除標(biāo)注以及在指定坐標(biāo)位置添加地標(biāo)[3]。

1.3 后臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

在VB中可以直接嵌入開發(fā)Access數(shù)據(jù)庫，通過“外接程序”中的“可視化數(shù)據(jù)管理器”可以直接創(chuàng)建Access數(shù)據(jù)庫，也可以加載或?qū)肫渌愋偷臄?shù)據(jù)庫。在VB中與數(shù)據(jù)庫的連接通常是使用ADO來實(shí)現(xiàn)的，在VB中操作后臺數(shù)據(jù)庫的步驟如下[4]：

（1）創(chuàng)建或?qū)霐?shù)據(jù)庫，與數(shù)據(jù)庫建立連接。

（2）根據(jù)相應(yīng)的命令讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并且在數(shù)據(jù)綁定控件中顯示。

（3）對獲取的對象進(jìn)行增刪改查操作，并且將更新后的數(shù)據(jù)重新存入數(shù)據(jù)庫。

在數(shù)據(jù)庫的表格中，設(shè)計(jì)的字段主要有車主、車牌號、車型、經(jīng)度、緯度、速度、前左車門、前右車門、后左車門、后右車門、前端蓋、后端蓋、故障代碼和駕駛員疲勞狀態(tài)等，在收到了GPRS發(fā)送過來的數(shù)據(jù)之后，根據(jù)協(xié)議進(jìn)行解碼，將其中的數(shù)據(jù)分別存入對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。向數(shù)據(jù)庫中新增數(shù)據(jù)的代碼如下：

Adodc1.Recordset.AddNew ’將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫

Adodc1.Recordset（\"車主\"） = chezhu

Adodc1.Recordset（\"車牌號\"） = chepaihao

Adodc1.Recordset（\"車型\"） = chexing

. . . . . .

Adodc1.Recordset.Update

上面的chezhu、chepaihao、chexing等變量都是獲得了車載終端數(shù)據(jù)的全局變量，利用這種方式可以將數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的字段當(dāng)中，便于查詢、使用和保存。

2 Android手機(jī)客戶端設(shè)計(jì)

2.1 Android中Socket通信設(shè)計(jì)

Android中提供了一個(gè)Socket的類，存在于“java. net.Socket”包中。首先要設(shè)定連接服務(wù)器的公網(wǎng)IP以及端口號，同時(shí)以輸入流InputStream（）的形式來獲取從服務(wù)器傳過來的數(shù)據(jù)，然后從輸入流中讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)，最后讀取緩沖區(qū)即可以得到所需要的數(shù)據(jù)。把接收到的數(shù)據(jù)存在一個(gè)字符串里面，根據(jù)Android手機(jī)客戶端和PC上位機(jī)的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的解碼，再把解碼后的數(shù)據(jù)存入到相應(yīng)的字段當(dāng)中，比如經(jīng)度、緯度、速度、駕駛員疲勞狀態(tài)等等。

使用手機(jī)也可以向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)和指令，比如點(diǎn)擊了“車輛監(jiān)控”按鈕時(shí)，就需要向PC機(jī)發(fā)送指令，再通過PC機(jī)來控制車輛，從而達(dá)到手機(jī)監(jiān)控車輛的效果。當(dāng)手機(jī)需要向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，建立Socket連接之后，是通過輸出流來實(shí)現(xiàn)的，先定義好所要發(fā)送的數(shù)據(jù)，再用outputStream. write（）語句來將數(shù)據(jù)發(fā)送到Socket服務(wù)器。

由于Socket在連接通信的時(shí)候有可能會(huì)出現(xiàn)異常，所以系統(tǒng)要求加入用來捕捉和處理異常的try-catch語句。程序運(yùn)行正常時(shí)，執(zhí)行try{}里面的代碼；當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，執(zhí)行catch里面的語句捕捉和處理異常。Android中Socket通信的部分代碼如下。

try{

Socket Socket = new Socket（\"125.21 6.144.177\"，8091）； //實(shí)例化Socket

InputStream indata = Socket. getInputStream（）； //獲得從服務(wù)器傳過來的數(shù)據(jù)

byte[] buffer = new byte[indata. available（）]； //緩沖區(qū)

i n d a t a . r e a d （ b u f f e r ） ；//讀取緩沖區(qū)

String msg = new String（buffer）；//轉(zhuǎn)換字符串

System.out.println（msg）； //將得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出

String[] arr= msg.split（\"，\"）； //以“，”分割收到的數(shù)據(jù)，存入arr[]數(shù)組當(dāng)中

OutputStream outputStream = Socket.getOutputStream（）； //獲得輸出流，向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)

byte[] buffer2 = new byte[1111] ；//定義要發(fā)送的數(shù)據(jù)

outputStream.write（buffer2， 0， 6）；//開始發(fā)送數(shù)據(jù)

}catch （IOException e） {

// TODO Auto-generated catch block

e.printStackTrace（）； }

2.2 Android中電子地圖的加載與糾偏

近幾年隨著Android操作系統(tǒng)的興起，越來越多的地圖供應(yīng)商都提供了Android地圖的SDK（軟件開發(fā)包），在Android中開發(fā)地圖加載的流程如下[5]：

Android程序在開發(fā)地圖時(shí)，需要在“AndroidManifest.xml”列表中添加多個(gè)應(yīng)用權(quán)限，保證電子地圖能夠正確加載。

然后進(jìn)行初始化設(shè)置，在“SetupMap”函數(shù)中，需要設(shè)置地圖視圖、設(shè)置縮放尺度、將指定坐標(biāo)設(shè)置為地圖中點(diǎn)。

“MapView”類的“setTraffic”方法可以設(shè)置顯示地圖視圖的模式，地圖視圖的模式有衛(wèi)星圖map.setSatellite（true）、一般地圖map.setTraffic（true）、街道圖map. setStreetView。“MapController”類的“setZoom”方法可以控制地圖的縮放尺度。由全球地圖（1）到街道地圖（21），數(shù)值越大地圖細(xì)節(jié)越詳細(xì)。

Android通過“Geopoint”類來定義坐標(biāo)，“Geopoint”接受的兩個(gè)參數(shù)分別是“緯度”、“經(jīng)度”值，需要以整數(shù)來表示。“Geopoint”接受的緯度和經(jīng)度手機(jī)通過Socket從上位機(jī)獲取，然后通過實(shí)例化GeoPoint （）對象，在GeoPoint （）輸入緯度和經(jīng)度即可以實(shí)現(xiàn)地圖的加載[6]。

G e o P o i n t p o i n t = n e w GeoPoint（（int）（weidu），（int）（jingdu））；

無論是Google地圖還是百度地圖，GPS坐標(biāo)直接輸入加載處理的位置是有偏差的，論文使用百度地圖提供的在線API坐標(biāo)轉(zhuǎn)換接口來實(shí)現(xiàn)糾偏，其語句為

G e o P o i n t p o i n t 2= C o o r d i n a t e C o n v e r t . bundleDecode（CoordinateConvert .

fromWgs84ToBaidu（point））；進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后可以很好的解決坐標(biāo)偏移的問題，測試結(jié)果表明定位誤差在5米以內(nèi)。

為了在地圖上標(biāo)示車輛所在的位置，需要添加一個(gè)定位圖標(biāo)。在Android電子地圖中屬于覆蓋物，所有的覆蓋物都繼承“Overlay”類，本次設(shè)計(jì)自定義一個(gè)CustomItemizedOverlay子類，繼承ItemizedOverlay類，用來實(shí)現(xiàn)標(biāo)注定位圖標(biāo)和定位文字的功能。

3 系統(tǒng)的測試與結(jié)論

在設(shè)計(jì)好監(jiān)控中心和手機(jī)客戶端之后，配合硬件進(jìn)行測試，監(jiān)控中心要具備公網(wǎng)IP，圖4和圖5為監(jiān)控中心的部分界面展示，圖6為Android手機(jī)客戶端界面。

從以上測試結(jié)果可知，本次車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，系統(tǒng)總體運(yùn)行流暢，上位機(jī)監(jiān)控中心和Android手機(jī)能夠正確顯示車輛的基本信息、精確顯示車輛的位置、對車輛進(jìn)行監(jiān)控和控制、警示駕駛員是否疲勞等，便于車輛的管理、監(jiān)控、調(diào)度、遠(yuǎn)程診斷等，為我國的智能交通行業(yè)的發(fā)展提供有力的參考。