基于移動互聯的車聯網監控調度系統設計與研究

王亞平，張 政，藺紅良

（1.陜西交通職業技術學院汽車工程學院，陜西西安710018；2.西安交通大學機械工程學院，陜西西安710049）

在我國社會經濟不斷發展的過程中，我國交通法規也不斷完善，駕駛人員的安全意識也在不斷提高，交通事故的發生機率在不斷的提高，但是傷亡率并沒有下降。現在每年國內由于交通事故導致的死亡人數及傷殘人數大約為50多萬。相關研究表示，駕駛人員的操作失誤及局限性是導致交通事故的主要因素，如果能夠使駕駛人員提前1s意識到有可能會發生交通事故，那么駕駛人員就有充分的時間對事故進行反應，以此避免汽車發生碰撞的機率。車聯網屬于智能交通系統中的主要內容，在其不斷發展的過程中已經個逐漸成為智能交通系統中的主要組成部分。車聯網能夠在車輛行駛過程中作為信息感知對象，使人、車、道路、交通設備進行相互的信息共享及交換，以此實現四者之間的智能管控，有效改善道路交通擁堵情況，并且提高出行效率及安全性。基于此，本文就根據現代車輛行業的需求，針對線上業務，設計了以移動互聯為基礎的車聯網監控調度系統，從而實現車聯網無線數據通信的數據的收集及感知，實現現代交通的互聯化及物聯網，以此提供車輛管理調度的現代化管理水平，降低車輛事故的發生機率[1-2]。

1 基于移動互聯的車聯網監控調度系統架構

1.1 系統的總體架構

文中所涉及的基于移動互聯的車聯網監控調度系統主要是使用現代化的傳感器技術及通信技術，實現與汽車相關信息的收集及處理，并且實現數據信息的共享，以此車、道路、人、城市網絡的相互連接，創建滿足智能化定位、識別、監控、跟蹤及管理的現代化網絡。通過功能將車聯網監控調度系統結構分為3個層次，分別為感知層、網絡層及應用層，詳情見圖1。通過圖1可以看出來，感知層的主要目的就是通過RFID電子標簽、傳感器、閱讀器及視頻攝像頭實現車輛的感知，在感知過程中獲得大量與交通信息、車輛行駛情況及車輛信息相關的數據信息，在此過程中通過網絡將收集的信息傳送到互聯網中，利用云平臺實現大量異構數據信息的傳輸，并且對數據進行分析及處理，以此實現遠距離通信及遠程控制的目的。應用層的主要目的實現人機通信，比如車載計算機及終端等。基于云平臺，通過衛星定位導航、電子地圖、語音識別及4G網絡構成的移動通信導航信息系統，也就是車載通信系統，其能夠通過GPS定位系統及無線通信網對乘客及駕駛人員提供汽車、交通、工作及生活詳細的狀況及互聯網服務[3]。

圖1 基于移動互聯的車聯網監控調度系統總體架構

1.2 系統功能需求

車聯網監控調度系統是以GPS車輛監控調度為基礎，通過GPS技術及無線通信技術，利用車載終端實現車輛實時調度及安防報警，為駕駛人員提供準確的車輛信息服務，以此提高車輛的使用率及車輛在運行過程中的安全性。監控中心要求利用云平臺進行集成，系統在高起點進行設計，以此能夠實現系統可擴展性及可伸縮性，具有相應的計算機、通信及網絡設備信息存儲及處理能力，軟件及硬件預留接口，便于系統的維護、升級及擴展，滿足系統的信息化發展需求[4]。

2 系統的硬件設計

系統硬件平臺就是車載終端設計，車載終端的主要目的就是實現GPS模塊及GPRS模塊數據的處理。對硬件設計及軟件設計的難易程度進行全面的考慮，并且考慮先帝啊實施的需求，使用嵌入式處理器結構實現設計，利用現代化的嵌入式處理器S3C，其具有較快的運算速度，并且具有兩個串口，能夠實現GPS模塊及GPRS模塊的連接。圖2為車載終端硬件的整體架構[5]。

圖2 車載終端硬件的整體架構

車載終端屬于系統重要模塊，其主要目的就是實現車輛運行情況數據的收集，并且將收集到的數據傳送到監控中心，實現監控中心返回調度命令的接收。簡單來說，車載終端就是整個系統的行動及感知終端[6]。

2.1 GPS/GPSR集成模塊

為了降低系統硬件設計的難度及PCB的面積，本文選擇使用GPS/GPRS集成一體化的芯片SIM，此芯片供電電壓為5 V，具有兩個串口，能夠支持電池充電管理，并且功能消耗較低，靜態待機的電流只有1.0 mA，內部集成TCP/IP協議，此能夠滿足移動終端產品的使用需求[7]。

2.2 電源模塊的設計

在車聯網監控調度系統中，硬件模塊具有重要的作用，其能夠保證系統告訴的穩定運行，因為車載電源具有12 V及24 V電源，嵌入式處理器使用3種電源，并且汽車電器環境較為復雜，汽車在點火過程中及正常運動過程，都會影響輸出電壓，所以電源設計要使用款電源變換芯片，通過對比使用開關電源調節芯片LM作為系統的電源模塊[8]。

3 系統的軟件設計

基于移動互聯的車聯網監控調度系統主要包括兩大部分的軟件設計，分別為上位機軟件及下位機軟件，系統軟件設計的整體框架如圖3所示。

圖3 系統軟件設計的整體框架

下位機軟件指的是車載終端嵌入式處理器中的軟件，其是基于Linux操作系統的嵌入式軟件系統，在整個系統的是最底層，主要目的就是實現硬件初始化，并且引導以上的操作系統。本文中的下位機軟件就是實現操作系統的裁剪，并且在這個操作系統中編寫應用軟件，實現多種功能。

上位機軟件指的是在遠程監控中心運動的計算機軟件，其主要目的就是實現系統接收數據軟件及本地數據庫管理系統數據進行檢測。在開發上位機軟件過程中，重點內容為數據接收及存儲查詢等，還包括數據庫操作及地圖匹配算法。以下就對本文設計系統中的個別軟件進行分析設計，并且對軟件進行實現[9]。

3.1 GPS模塊設計

GPS監控模塊的主要目的就是實現所有車輛的監控，將車輛在形式過程中的軌跡進行全面顯示，并且實現車輛的實時跟蹤。中心根據職能部門收到的調度命令，對移動終端發送文字調度命令。在移動終端接收到短信回復之后，根據一定的需求存檔并且轉發。中心接收到報警信息之后，通過監聽形式實現核實，全面掌握實際情況，對正在執行任務的車輛實現重點跟蹤監控，系統中心實現數據庫歷史資料的保存，對于需要包括的軌跡及地圖進行打印，將車輛的狀態全面顯示，主要包括正常狀態、報警狀態。

為了能夠保證GPS模塊數據定位的準確性及可靠性，在進行軟件設計過程中要對每幀的數據進行校對，具體操作使用異或者和的奇偶決定數據的可靠性。GPS數據的開始符號為?，只要實現結束符號*的設計，在這兩個符號中間的字符使用ASCII碼進行異或運算，校對并且對比異或和幀數，就具有較高的可靠性，數據的解析是有效的，否則就無效[10]。圖4為GPS模塊的具體操作，以下為GPS模塊設計部分代碼：

圖4 GPS模塊的具體操作

3.2 GPRS無線數據通信模塊

智能監控調度系統使用嵌入式微處理器中的兩個串口實現SIM的控制，其操作流程如圖5所示。

圖5 SIM發送數據的流程圖

文中設計使用動態數據定時發送，因為GPRS模塊在長時間沒有接到數據收發指令的時候會掉線，之后要重新創建連接才能夠使用，所以為了實現數據的有效傳輸，軟件就要使用指令檢測其是否在線，從而能夠提高數據傳輸的可靠性[11]。

3.3 操作系統

Linux操作系統為開源、可固化、可移植的實時操作系統，其結構較為簡單，能夠滿足小型應用系統的設計需求。本文所設計的系統屬于小型系統，所以使用Linux操作系統實現，其中所有應用程序都在操作系統中，根據不同的硬件平臺實現系統的內核裁剪，以此匹配硬件系統及軟件系統，實現程序在運行過程中的高速性及穩定性[12-13]。

4 系統實現

文中所設計的監控調度系統能夠實現監控人員對車輛的控制及監視，其是系統設計的主要功能。監控工作人員為了得到車輛的定位信息，要創建呼叫策略，使車聯網無線數據數據通訊回傳定位數據，實現車輛追蹤目的。并且還能夠將數據包括歷史記錄，便于今后的查詢。通過將指令發送到數據通訊中，實現車輛控制的目的[14-15]。系統的主要界面如圖6所示。

圖6 系統的應用主界面

5 結束語

文中以傳感器網絡技術及智能交通系統的發展為基礎，通過GPS技術及物聯網感知技術實現車聯網監控調度系統的設計，實現車聯網數據通信數據的收集及感知，以此實現系統對車輛的實時監控及安防報警，有效緩解交通擁堵，提高車輛使用的有效率，降低安全事故的發生機率。