工程車輛的物聯網管理系統設計與實現

賀東梅

摘 要：文中提出建立工程車輛物聯網管理系統，并給出了具體的實踐應用。該物聯網系統以GPS定位、傳感器、RFID射頻識別、無線網絡傳輸等技術為支撐，以實時數據為基礎，以Web端與Android移動端為數據的展示輸出，實現了工程車輛在途運輸環節的實時監控，包括車輛的行駛速度、行駛區域以及行駛時間等。應用本系統，可實現對城市工程車輛的統一調度及運行安全性的實時監控，系統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際意義。

關鍵詞：工程車輛；監控；監測；物聯網管理系統

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

0 引 言

對于物聯網應用系統而言，其網絡架構體系一般可分為三個層次，即感知延伸層，通過傳感器連接事物和感知信息；網絡互聯層，融合異構的泛在通信網絡；應用服務層，為各種終端設備提供應用和服務。

針對工程車輛，按照這三個層次進行系統設計。網絡體系結構如圖1所示。

其中各子系統的功能見表1所列。

1 物聯網感知層設計

感知層是物聯網應用系統的基礎，用以獲取數據。感知層主要由硬件組成，對于工程車輛物聯網管理系統而言，包括定位子系統、門禁子系統、狀態子系統。

1.1 定位子系統

定位子系統是車載GPS設備接收機，它將工程車輛動態位置的實時經度和緯度、時間和狀態等信息，通過無線通信鏈路網絡（GSM/GPRS）發送至應用服務層。包括車載定位設備、無線通信鏈路。定位子系統如圖2所示。

（1）車載定位設備由定位模塊和無線通信模塊組成。定位模塊接收衛星定位信號，計算出車輛當前位置。無線通信模塊接入無線通信網絡，將車輛當前位置發送至應用層。

（2）無線通信網絡。無線通信鏈路連接車輛無線通信模塊和應用層，傳遞控制信息和位置信息，系統的無線通信網絡為GSM/GPRS。

1.2 門禁子系統

門禁子系統基于RFID技術，可實時提供車輛和司機的位置信息。RFID射頻識別、應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自動獲取被識別物品的相關信息，并提供給后臺計算機處理系統來完成相關后續操作。包括RFID、RFID Reader和處理單元，如圖3所示。

（1）RFID：為RFID寫入唯一標識的車輛編號信息或司機編號信息，系統為車輛和司機分配編號。為每輛車和每位司機單獨配發電子標簽，由車輛或司機隨車或隨身攜帶，以標識其唯一身份；

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

（3）處理單元：將RFID Reader讀取到的信息進行數據轉換后，通過802.11無線局域網協議接入車庫無線接入點，并發送信息至應用層。

1.3 狀態子系統

利用霍爾傳感器檢測發動機狀態 、利用油位傳感器檢測車輛的油量。將檢測結果通過ZigBee模塊與GPRS網絡傳送給服務器，檢測車輛的發動情況，以獲取其車輛動作的時間長度。 實時檢測車輛的油量、油耗情況，系統自動生成里程、油耗對應表，對司機中途偷盜油的行為進行精確統計，便于單位對車輛進行油耗管理，降低單位用車費用。狀態子系統信息傳輸原理如圖4所示。

2 物聯網應用服務層設計框架

工程車管理系統應用服務層是對數據進行接收處理、分析顯示的軟件系統，這一層建立的內容稱為物聯網應用系統，整體又稱為物聯網應用管理平臺。

應用層接收處理數據，將數據存入SQLServer數據庫中，數據處理在服務器端。采用JSP方式開發客戶端Web界面，進行狀態顯示。移動端采用Android方式設計，于移動手機端顯示。

應用層實現的功能包括車輛的位置監控、車輛的狀態監控、車輛的調度管理。

（1）位置服務應用：接收車輛返回的位置信息，并向用戶與其他服務提供相關位置服務。將車輛當前位置顯示在電子地圖上，利用車輛歷史位置信息監控其運行軌跡，為規范管理和用車計費服務。

（2）車輛狀態監控應用：接收車輛返回的狀態信息，并向用戶與其他服務提供相關的車輛狀態服務。將車輛當前轉速、水溫、油耗等信息顯示在客戶端或手機上，對車輛進行管理。

（3）車輛調度與分析應用：該模塊從前兩個模塊讀取數據，獲取車輛的實時位置信息與狀態信息，對車輛作業進行統一調度管理。

應用層管理模塊結構設計如圖5所示。

3 物聯網應用服務的實現

應用層接收處理數據，將數據存入SQLServer數據庫中，分別采用客戶端和移動手機端進行顯示。Web采用JSP進行應用端界面設計，數據顯示在應用端界面，數據處理在服務器端完成。移動端采用Android編程進行設計，完成移動端信息調用和顯示。

工程車管理平臺系統包括車輛區域監控管理模塊、單車信息管理模塊、車輛調度與分析模塊。

3.1 車輛區域監控管理模塊

車輛區域監控模塊可以按照區域劃分，將在區域內作業的車輛顯示出來，以詳細定位所在街區。監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

用戶點擊車輛列表中某輛車的圖標，進入該車的單車信息頁面。單車信息的展示功能包括車輛實況、軌跡回放、車輛報警、作業違規、里程油耗、歷史工況。

3.2.1 車輛實況

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

3.2.2 車輛軌跡回放管理

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

3.2.3 車輛狀態實時監控

以車輛的里程油耗模塊為例，對車輛的單車里程和油耗進行詳細的圖表顯示。在該系統中增加里程油耗功能。里程，可根據地圖軌跡算出。油耗，按照單位油耗30～40 L/百公里進行計算。

3.3 車輛調度與分析

3.3.1 車輛調度

車輛調度子系統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上實現車輛調度功能，對用車任務進行調度和相關結算。調度子系統涉及的相關功能有：接受用車申請；根據司機和車輛的在位情況，向用車人員返回車輛在位信息；根據車輛實時位置實現在線調度。

調度總系統由無線通信模塊、調度模塊和數據庫模塊組成。數據庫記錄車輛司機的在位信息和任務相關信息，無線通信模塊支持GSM和WLAN，調度模塊可實現對數據庫的訪問。

3.3.2 車輛分析

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

4 結 語

該工程車輛物聯網管理系統硬件部分采用GPS定位技術、傳感器技術、RFID射頻識別技術實現工程車狀態監測、門禁管理、位置信息采集等。

軟件部分利用數據庫管理和調用技術對數據庫進行管理，利用Web和Android技術進行界面設計。設計的車輛物聯網管理系統平臺綜合軟硬件實現了電子地圖管理、數據分析管理、異常管理、車輛控制、油耗管理、工班控制、圖像管理、語音提示、定點管理、系統管理、任務管理等。

通過車輛物聯網管理系統平臺，管理人員可以監控名下所有車輛的實時位置、歷史軌跡回訪、定點裝卸、作業管理、異常狀態位置連鎖。可對所有車輛進行任務調度、任務狀態反饋、智能評判、語音提示、工班管理、作業參數分析、油耗管理、異常報警管理、圖像數據管理、績效分析。

該應用平臺系統是在感知延伸和網絡互聯的基礎上，應用服務層綜合各種采集和識別到的信息，通過泛在網絡傳輸共享數據和資源，并對用戶提供各種應用和服務。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實意義。

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