基于地理信息平台的车辆安全管控研究与应用

摘要： 本文首先对地理信息和卫星定位的基本理论进行研究，分析了车辆运行的监控系统和网络拓扑及功能模块，在此基础上进行了硬件和软件的方案设计，研究了地理信息的地图匹配，解决了软件开发的关键技术难题。详细分析了车辆安全管控系统的功能，并对系统进行了设计和实现。

Abstract： On the basis of researching the basic theory of geographic information and satellite positioning， analyzing the monitoring system， network topology and functional modules of vehicle operation， the paper designs program of hardware and software， researches the map matching of geographic information， and solves key technical problems of software development. Then the paper analyzes the functions of vehicle safety control system in detail， and designs and implements the system.

关键词： 安全管控；车辆监控；卫星定位

Key words： safety control；vehicle monitoring；satellite positioning

中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）35-0215-02

1 关键技术研究

基于地理信息平台的交通智能安全管控系统将通过GPS系统获取车辆的定位信息，然后把定位信息发回调度管理中心。下面我们对将要使用的GIS和GPS相关技术进行综合分析，为后续的系统分析和应用设计奠定技术和理论基础。

1.1 地理信息系统GIS 首先，我们来了解地理信息系统。在云计算、物联网、移动互联、大数据等新技术发展形势下，GIS在理念、方法、技术和应用全方位所发生改变。目前，GIS正在通过由地图所承载的科学信息，改变着地理科学，转变着城市规划、自然资源管理，甚至改变着我们的沟通和社交方式，转变着我们对世界的理解以及我们的行为。GIS可以帮助我们对身边的世界获得更丰富的信息和更深刻的理解，可以利用以前没有的方式来解决问题。而面对IT环境发生的根本性改变，GIS也做好了应对这些改变的准备。

1.2 全球卫星定位技术 全球定位系统于1994年在美国全面建成，具有海、陆、空全方面三维定位能力的新一代卫星导航与定位系统融GPS以全天候高精度自动化高效益等显著特点给测绘领域带来一场深刻的技术革命。

近年来北斗卫星导航系统在很多领域发挥着重要的作用，但是中国卫星导航产业仍面临过度依赖美国GPS系统、核心技术研发和集成应用能力薄弱等突出问题，加快推动基于中国自主系统的北斗卫星导航产业发展已刻不容缓。2012年12月北斗二号卫星导航系统开始向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。这使中国加速发展北斗卫星导航产业具备了良好的基础。

2 基于地理信息系统的车辆智能安全管控系统总体结构设计

2.1 系统的设计原则 基于地理信息系统的交通智能安全管控系统的设计原则如下：

①先进性：车载终端兼容性好：GSM网/CDMA网、GPS/北斗采用同一块主板，根据需要更换相应的模块。

②安全性：对于重要数据存储，要进行严格的管理，对数据设置访问权，同时防止灾害及人为的破坏性。

③实用性：系统可操作性比较强，这样能够便于工作人员操作，提高工作效率。

④开放性：系统软件设计具有灵活的开放性，主要是便于在平台上进行二次开发，这样便于和其他系统兼容。

⑤拓展性：本系统所有软件设计均采用模块化，以便满足系统容量的扩容和业务量的增长需要。

2.2 系统网络结构设计 地理信息平台的交通智能安全管控系统的网络结构分为无线通信网和互联网两个部分，而车载设备与通讯中心之间采用的是移动的GSM网络进行信息传送，而通讯中心与监控终端之间采用互联网进行信息的传输。

2.3 系统总体结构设计

2.3.1 通讯控制子系统 ①通信参数设置模块。通讯参数设置模块主要是完成中心服务器与各监控终端的通信参数设置与修改功能。②数据发送模块。车载设备把采集到的数据打包后通过移动GSM网络把信息发送到中心通讯服务器，中心通讯服务器利用计算机网络把数据包传到应用服务器，应用服务器的信息转发模块负责将数据包转发给各个子监控终端。

2.3.2 车辆监控管理地理信息子系统 ①车辆运行动态显示模块。根据车载设备上传的经度和纬度信息，在电子地图上实时地显示出车辆运行的位置和运行状况，如经度、纬度、速度、状态、时间等，用不同图标形状和颜色区别不同的状态信息，形成直观的运行轨迹。②车辆轨迹回放模块。系统数据库记载目标的具体经度、纬度、速度、状态、时间等信息，当有需要时，在电子地图上回放，用于历史数据的分析。车辆完成出车任务后，其行车路线将被保存在服务器上，在需要时可将该车辆的运行轨迹及当时的地理信息在电子地图的信息显示出来，可以根据时间段进行轨迹的回放。

2.4 系统通信子系统设计

2.4.1 无线通讯系统 无线数据通讯作为监控中心与各移动目标进行信息交换的枢纽，是系统的重要组成部分，要充分考虑其通讯质量、抗干扰性、覆盖范围、费用等。我们采用GPRS方式作为信息传输的方式，GPRS是通用分组无线服务技术，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，GPRS可以说是GSM的延续基于利用GSM的GPRS业务进行数据传送，连接简单费用低廉，覆盖范围广，使用方便等优点。

2.4.2 TCP/IP协议 网络的核心技术就是TCP/IP协议。TCP/IP的主要用途是在两个进程间提供可靠的数据传送服务。其最大的优势是在于它对底层的传输子网并没有统一的标准，只规定了接口。TCP/IP协议是一个为广域网设计的标准协议套件。

3 系统中的地图匹配算法研究与实现

3.1 地图匹配概述 目前由于城市道路复杂，高楼和高架桥会阻碍信号，因为影响GPS定位的精准度，所以造成定位点偏离道路，无法满足人们的需求。因此根据地图匹配来校正GPS定位的误差，从而提高车辆的定位精度，减少定位误差。

3.2 车辆实际地图匹配算法实现 在GPS定位出现误差的时候，车辆就会脱离正常行驶的道路网。此时就必须把汽车的位置强制性拉回到正确的行驶路线，就需要采用搜索道路节点，以此来找出与定位最近的节点。所以研究更高效率的查找算法也是提升地图匹配性能的关键。

4 地理信息分系统软件设计及实现

车辆监控分系统是车辆监控中最重要的子系统，它方便用户对车辆进行调度及管理。

4.1 车辆运行监控地理信息系统分系统开发环境选择

4.1.1 GIS开发工具软件选择 .NET平台下GIS组件的代表作应首推Maphlfo Mapx以及Mapobjects等。其中MapX由著名的桌面GIS厂商，美国MapInf0公司推出。

4.1.2 车辆运行监控地理信息分系统数据库设计

①设计原则。1）分离基础数据与动态数据；2）控制与减小物理数据文件的大小。

②数据库结构

1）数据库组成。整个数据库系统分为1个基础数据与多个动态数据库。

基础数据库中存储车辆相关的资料数据业务资料数据车辆实时轨迹报表结果数据等。基础数据库占用的空间不大，数据的增长也不会很明显。

动态数据库主要存储车辆服务过程中所产生的动态数据，如车辆的所有轨迹，状态变化数据等。动态数据库占用的空间会非常大，数据的增长也非常快。

2）动态数据库存储。每个动态数据库，只存储一个月的数据。对于数据量大的表，通过表分区的方式，减小物理存储单位。每个月按自然日进行分区。

4.2 智能交互展示系统 随着科技的进步，越来越多的会议讨论和工作汇报都用到了大屏幕的显示，但目前的大屏幕显示大多借助于计算机的鼠标和键盘的操作，不够直观便捷。一些公司为用户提供可触摸的智能交互式大屏幕显示设备。用户可以直接在各种软件界面上使用手指进行点击操作，使用书写笔直接进行书写。在书写之后不仅能对书写内容连同背景一起截屏保存，还能随时把手写的数字、英文、中文进行文本识别并插入到任意位置。另外，白板能够提供非常好的触摸手感、简单易用、拿笔就写、手指默认功能就是鼠标控制功能（当然也可以使用手指书写）、使用板擦直接擦除、并且可以支持多达四点的同时触摸操作。在GIS系统中可使用多点触摸功能进行双指缩放、旋转、俯仰角度调节等操作，这种操作方式可彻底改变原有的GIS系统在展示过程中主讲人的操作和屏幕显示出来的内容脱节的问题，生动形象的将GIS系统的功能展示出来。

4.3 车辆运行监控GIS分系统结构设计

4.3.1 车辆运行监控GIS分系统功能分析 根据车辆运行特点，监控系统应具备以下功能：

①提供电子地图漫游、放大、缩小视野保存等基本操作；②提供电子地图的鹰眼功能、标注功能、地理信息查询功能和路径分析功能；③对电子围栏设置、行驶区域设置和行驶路线设置功能。

4.3.2 车辆运行监控GIS分系统模块划分 车辆监控GIS分系统根据功能可以划分为以下功能模块：

①车辆实时监控模块；②车辆轨迹存储回放模块；③区域绘制模块；④定时定点查询模块；⑤地图标注查询模块。

4.3.3 车辆运行监控GIS嵌入开发模块作用 随着国民经济的发展，GIS已呈现蓬勃发展趋势，各种形式的三维软件，三维场景都已经得到各行业广泛的应用，如何以更智能更方便的形式来实现对GIS软件的操作是摆在软件开发人员和硬件厂商的一大难题。在高度整合的软硬件系统下，用户的手指、书写笔、实物板擦或者手掌都在GIS软件中定义了各自的快捷功能，用户不仅可以快速通过多点触摸手势来实现特定功能，更可以根据触摸方式的不同自动在不同的功能模式之间切换，极大地提高了工作的效率。

5 结语

研究基于地理信息系统和GPS技术监控系统，能够实现对车辆全方位定位与监控，以此来提高车辆管理效率，研究结论如下：

①分析了地理信息和卫星定位技术系统的形成原理，以此来对车辆运行集中监控。

②针对车辆监控系统特点进行通信协议设计，以此来实现清晰的框架结构。

③结合监控系统总体结构设计以及提出的，车辆实际地图匹配算法和逻辑地图匹配算法，对车辆运行监控地理信息进行详细的根系，为车辆实现监控奠定基础。

参考文献：

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