基于GPS的車輛導航及GPRS網絡監控

系統結構

整個定位導航監控系統主要由車載終端(包括微型工控機、觸摸屏、GPS接收模塊、GPRS通信模塊和電源等)和監控數據中心DSC(TCP/IP的網絡服務器)兩部分組成。

車載終端的GPS模塊實時接收全球定位衛星的位置、時間等數據，一方面發送給車內的微型單板計算機，得到車輛的當前位置并且在電子地圖上顯示；另一方面，數據將通過GPRS終端模塊發送到遠程監控中心服務器，使得監控中心能實時得到所有車輛的位置信息，給車輛的安全監控以及遠程調度提供了基礎。

車載終端

車載終端硬件組成如圖1所示。

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GPS接收模塊

GPS由三部分組成，空間星座部分、地面監控部分和用戶接收機部分。空間星座部分由24顆導航衛星構成，相當于提供了24個已知空間點。地面監控部分是用來監測衛星的狀態，對衛星軌道信息進行修正。用戶接收機用來接收衛星信號并完成信號的分析與計算，以獲得必要的導航和定位信息。

本文選用了天寶(Trimble)公司的Lassen SQ/IQ系列GPS接收模塊。該模塊支持的數據格式有TSIP和NEMA0183，在目前的軟件系統中，通常使用NEMA0183格式的數據。NEMA 0183協議允許信號源通過一根雙絞線將數據以串行通信方式發送到一個或者多個接收端。

微型工控機

GPS模塊的數據通過RS-232串口直接發送到微型工控機，通過工控機上運行的電子地圖軟件，能夠顯示出車輛當前的位置和各個主要地理位置。微型工控機不但具有普通計算機所有的功能，并且具有很高的集成度，體積小、重量輕、方便安裝。

GPRS通信模塊

車載終端嵌入了GPRS通信模塊，它將GPS接收模塊的位置信息實時發送到遠程數據庫監控中心，實現了所有車輛的監控和調度。

作為監控調度系統，首先要考慮監控覆蓋范圍、實時性、調度業務、車輛容量、刷新速率等要求，選擇合適的無線數據鏈路和電子地圖，并開發相應的業務軟件。GPRS/IP/TCP/UDP協議棧可以實現數據的實時交換，而且在現有的公用無線通信系統中擁有最大的帶寬，與目前流行的短消息傳輸方式相比，在相同數據長度、相同時間間隔下，其通信費用是短消息方式的1/6，甚至更少。本文使用深圳宏電公司的GPRS DTU H7000系列無線通信模塊實現GPRS的網絡連接和數據傳輸。當無線通信模塊登陸到GPRS網絡時，將實時地把GPS接收模塊的位置信息發送到遠程監控中心，以供監控和調度使用。

監控中心軟件設計

監控中心就是一臺具有公網IP地址的網絡服務器，通過編寫數據中心的監控系統軟件(主要由通信模塊、電子地圖數據庫、車輛信息數據庫等組成)，監控中心將實時接收車載終端通過無線通信模塊發送來的數據，并進行解析和存儲，將所有車輛的位置和運動狀態都顯示在電子地圖上。并針對不同的情況進行提示和報警。

監控中心也可以采用WebGIS技術，使用C/S或者B/S構架，監控中心和數據服務器可以處于不同的物理位置。由于數據服務器對設備的可靠性和相應的運營、維護要求較高，所以從經濟效益上來看，自建一個數據服務器對硬件和軟件的要求都很高。可以利用當前.NET技術的網絡服務，通過本地的監控中心訪問數據服務器，以獲取數據信息、發送命令等。

本文采用了Microsoft Visual C#.NET作為開發平臺，使用了深圳宏電GPRS模塊的動態開發庫，動態開發庫提供了GPRS無線通信過程中用到的一些操作函數。開發包中的重要結構如下：

1.終端模塊注冊信息接口結構

typedef struct GPRS_USER_INFO
{
char m_userid[12]; //終端模塊號碼
uint32 m_sin_addr; //終端模塊進入Internet的代理主機IP地址
uint16 m_sin_port; //終端模塊進入Internet的代理主機IP端口
uint32 m_local_addr;//終端模塊在移動網內IP地址
uint16 m_local_port;//終端模塊在移動網內IP端口
char m_logon_date[20]; //終端模塊登錄時間
char m_update_date[20]; //終端模塊更新時間
uint8 m_status; //終端模塊狀態
}user_info;

2.數據包接口結構

typedef struct GPRS_DATA_ RECORD
{
char m_userid[12]; //終端模塊號碼
char m_recv_date[20]; //接收到數據包的時間
char m_data_buf[1024]; //存儲接收到的數據
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