基于北斗營(yíng)運(yùn)車輛服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

韋永軍

摘 要： 國(guó)產(chǎn)化北斗定位技術(shù)日益成熟的背景下，設(shè)計(jì)一套基于北斗定位的車輛服務(wù)平臺(tái)，應(yīng)用于出租車，長(zhǎng)途汽車運(yùn)輸，旅游大巴，危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)葼I(yíng)運(yùn)情景。首先分析北斗定位的發(fā)展情況，然后介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，最后進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)， 提出一種資源動(dòng)態(tài)分配的方法，解決數(shù)據(jù)接收并問題。

關(guān)鍵詞： 北斗；營(yíng)運(yùn)；設(shè)計(jì)

基金項(xiàng)目：柳州市科學(xué)技術(shù)局立項(xiàng)課題 編號(hào)：2015C040301

1 技術(shù)背景

隨著2000年國(guó)家衛(wèi)星定位戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，經(jīng)過十多年的技術(shù)發(fā)展，我國(guó)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了亞太地區(qū)，服務(wù)于國(guó)防，交通，農(nóng)業(yè)，林業(yè)等眾多的行業(yè)。與美國(guó)GPS （Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）相比，北斗具有更快的定位速度，更高的精確度，支持收發(fā)短信，自主知識(shí)產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)軍事，經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域逐步取代美國(guó)的GPS定位系統(tǒng)。2011年，交通部發(fā)布道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)車載終端技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JT/T 794-2001）。2012年1月，交通部要求“兩客一?！避囕v全面接入衛(wèi)星監(jiān)控平臺(tái)，標(biāo)志著三類以上班級(jí)客車，旅游包車，危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)溶囕v必須接受運(yùn)輸安全監(jiān)控。2013年，交通部發(fā)布道路運(yùn)輸車輛衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗兼容車載終端通訊協(xié)議技術(shù)規(guī)范（JT T808-2013），行業(yè)內(nèi)把JT/T 794-2001和JT T808-2013標(biāo)準(zhǔn)合稱為道路運(yùn)輸部標(biāo)協(xié)議。隨著道路運(yùn)輸部標(biāo)協(xié)議與“兩客一?！避囕v的監(jiān)管實(shí)施，標(biāo)志著以北斗定位為核心的車輛運(yùn)輸服務(wù)平臺(tái)正式拉開序幕。本文針對(duì)出租車，長(zhǎng)途汽車運(yùn)輸，旅游大巴，危險(xiǎn)品運(yùn)輸?shù)葼I(yíng)運(yùn)情景，設(shè)計(jì)其北斗營(yíng)運(yùn)服務(wù)平臺(tái)。

2關(guān)鍵技術(shù)

本服務(wù)平臺(tái)主要使用以下相關(guān)技術(shù)：

（1）北斗定位

車載終端設(shè)備由MCU，北斗定位模塊，移通通信模塊組成，安裝在營(yíng)運(yùn)車輛上，通過北斗定位模塊實(shí)時(shí)采集車輛地理位置，速度，方向等行車狀態(tài)數(shù)據(jù)，把行車狀態(tài)數(shù)據(jù)用通信協(xié)議封裝后，通過移動(dòng)通信模塊向后端服務(wù)平臺(tái)發(fā)送。

（2）移動(dòng)通信

道路營(yíng)運(yùn)車輛在公路上開展運(yùn)輸業(yè)務(wù)，使用移動(dòng)通信模塊，結(jié)合電信運(yùn)營(yíng)商的移運(yùn)互網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一張車輛終端與后端服務(wù)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)上下行數(shù)據(jù)的交互與通信。

（3）地圖

定位數(shù)據(jù)標(biāo)注在地圖上是直觀有效的管理方式，結(jié)合地圖的功能，實(shí)現(xiàn)定位標(biāo)注，實(shí)時(shí)軌跡，歷時(shí)軌跡，電子圍欄等功能，給運(yùn)維人員友好人機(jī)的界面。

（4）數(shù)據(jù)庫

存儲(chǔ)車輛的行車狀態(tài)數(shù)據(jù)，有利于日志審計(jì)，及第三方監(jiān)管平臺(tái)的對(duì)接。

（5）AJAX

一種在WEB頁面上不刷新頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的機(jī)制，在實(shí)時(shí)軌跡，歷時(shí)軌跡等操作時(shí)提供數(shù)據(jù)更新。

3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 功能分析

（1）車隊(duì)管理。根據(jù)不同的運(yùn)輸企業(yè)，定義不同的車輛分組，實(shí)現(xiàn)車隊(duì)管理，進(jìn)行車隊(duì)多點(diǎn)車輛監(jiān)控。

（2）實(shí)時(shí)軌跡。對(duì)選定車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在服務(wù)平臺(tái)上顯示行車狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括當(dāng)位置，速度，方向等信息。

（3）歷史軌跡，查詢并顯示車輛的在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的行車狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，并模擬其運(yùn)行軌跡。

（5）電子圍欄，在中心平臺(tái)上對(duì)指定車輛設(shè)置一個(gè)運(yùn)營(yíng)的區(qū)域，當(dāng)車輛越界時(shí)進(jìn)行預(yù)算，通知車隊(duì)管理員。

（5）統(tǒng)計(jì)報(bào)表，對(duì)車輛上線簽到，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，經(jīng)常到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（6）下發(fā)指令，制定服務(wù)器與車載終端的通信協(xié)議，從平臺(tái)向終端下發(fā)控制指令。

（7）用戶管理。根據(jù)不用的角色，定義用戶權(quán)限，管理員對(duì)全局配置管理，車隊(duì)管理員對(duì)車輛分組管理，個(gè)人用戶對(duì)單一車輛管理。

（8）系統(tǒng)管理。配置平臺(tái)與車輛信息；對(duì)外接口：連計(jì)價(jià)器，IC卡等外接設(shè)備。

（8）數(shù)據(jù)收發(fā)。處理車載終上傳的行車狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指令的下發(fā)。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）車輛注冊(cè)。對(duì)于車載終端首次使用前，需要在平臺(tái)注冊(cè)，為保證與服務(wù)平臺(tái)的通信，做以下配置信息：終端標(biāo)識(shí)，服務(wù)器的公網(wǎng)IP，端口號(hào)等。由于車載終端綁定運(yùn)營(yíng)商的手機(jī)號(hào)碼，因此該信息以短信方式向車載終端發(fā)送，移動(dòng)通信模塊通過AT指令讀取接收短信的配置信息，并寫入終端置。接著向平臺(tái)發(fā)送心跳數(shù)據(jù)，由于電信運(yùn)營(yíng)商的提供的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入internet的方式，車載終端發(fā)送的心跳數(shù)據(jù)完全遵照TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)幀，服務(wù)平臺(tái)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)解析數(shù)據(jù)包的源地址，即可得到車載終的公網(wǎng)動(dòng)態(tài)IP，以后的通信按照TCP/IP協(xié)議進(jìn)行。

由于車載終端獲取的IP為動(dòng)態(tài)地址，為保證通信的，設(shè)置車載終端每次上電啟動(dòng)時(shí)主動(dòng)發(fā)送心跳數(shù)據(jù)，該動(dòng)作在服務(wù)平臺(tái)上定義為車輛點(diǎn)名。當(dāng)車載終端主動(dòng)發(fā)送心跳數(shù)據(jù)認(rèn)為是主動(dòng)點(diǎn)名；服務(wù)器先下發(fā)指名指定后，車載終端再回復(fù)數(shù)據(jù)認(rèn)為被動(dòng)點(diǎn)名。無論哪種車載點(diǎn)名，都必須各服務(wù)中心發(fā)送本機(jī)的識(shí)別碼ID作為終端唯一標(biāo)識(shí)。

（2）數(shù)據(jù)收發(fā)。包括接收車載終端上傳的行車狀態(tài)數(shù)據(jù)和向車載終端下發(fā)指令。車載終端上線后得到一個(gè)公網(wǎng)的動(dòng)態(tài)IP，對(duì)服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)器進(jìn)行TCP/IP通信，使用Socket通信模型實(shí)現(xiàn)，可選擇TCP和UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。TCP是面向連接的可靠傳輸協(xié)議，有數(shù)據(jù)重發(fā)機(jī)制，確保數(shù)據(jù)到達(dá)目標(biāo)主機(jī)。UDP是種面向無連接數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，不確定數(shù)據(jù)能否到達(dá)目標(biāo)主機(jī)。與UPD相比，雖然在效率和網(wǎng)絡(luò)開銷方面TCP相對(duì)UDP銷遜一些，但其能保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，結(jié)合運(yùn)輸安全考慮，本系統(tǒng)采用TCP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其數(shù)據(jù)收發(fā)的實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

首先創(chuàng)建Socket套接字，并綁定服務(wù)器IP和端口后進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)聽，當(dāng)車載終載連接發(fā)送數(shù)據(jù)后，創(chuàng)建線程接收和解析數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)收發(fā)另一個(gè)重點(diǎn)問題是多車載終端同時(shí)上傳數(shù)據(jù)的接收并發(fā)問題，原因在于服務(wù)器接在該時(shí)刻同時(shí)接收到大于其處理能力的數(shù)據(jù)。在行業(yè)內(nèi)的普遍的處理方式是接收數(shù)據(jù)時(shí)使用多線程處理或者是增大接收緩沖區(qū)的空間，該方法一定程度上提高了服務(wù)器的性能，但并沒有根據(jù)解決問題。其根本原因在于在服務(wù)器資源分配上，每臺(tái)服務(wù)器允許的TCP連接數(shù)與CPU、內(nèi)存密切相關(guān)。因此，系統(tǒng)采用一種資源動(dòng)態(tài)分配的方法，解決數(shù)據(jù)接收并問題。通過虛擬化技術(shù)把一臺(tái)物理服務(wù)器虛擬成N臺(tái)邏輯服務(wù)器，在每臺(tái)邏輯服務(wù)器配置公網(wǎng)的IP和端口，安裝服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)接收子程序。

服務(wù)平臺(tái)根據(jù)上線的車載終端數(shù)量設(shè)置開啟邏輯服務(wù)器上的數(shù)據(jù)接收程序，向超出數(shù)量終端下發(fā)指令，修改其服務(wù)器地址和端口，以此類似，保證每個(gè)邏輯服務(wù)器只服務(wù)固定數(shù)量的終端，保證數(shù)據(jù)暢通。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，把終端上傳數(shù)據(jù)根據(jù)通信協(xié)議解析出終端ID標(biāo)識(shí)、定位數(shù)據(jù)、經(jīng)緯度，速度，方向等行車狀態(tài)數(shù)據(jù)加上時(shí)間，寫入數(shù)據(jù)庫二維表，作為實(shí)時(shí)或歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)給服務(wù)平臺(tái)查詢。

（3）實(shí)時(shí)軌跡。把車載終端上傳的數(shù)據(jù)在地圖上實(shí)時(shí)更新，系統(tǒng)以百度地圖為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開發(fā)，通過AJAX從數(shù)據(jù)庫中查詢車輛的最新行車狀態(tài)數(shù)據(jù)，把車輛的定位置在百度地圖上進(jìn)行標(biāo)注，多個(gè)標(biāo)注點(diǎn)之間繪直線，即得到車輛的實(shí)時(shí)行車軌跡。

（4）歷史軌跡。與實(shí)時(shí)軌跡類似，不同之處在于查詢一個(gè)起始時(shí)間段的數(shù)據(jù)在百度地圖上繪行車軌跡。

（5）電子圍欄。使用百度地圖的多邊形選擇工具進(jìn)行繪圖，存儲(chǔ)該安全區(qū)域位置數(shù)據(jù)與車載終端的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)接收數(shù)據(jù)后時(shí)判斷是否在安全區(qū)域，如果不在區(qū)域內(nèi)則系統(tǒng)播放聲音和發(fā)送短信預(yù)警。

3.3 通信協(xié)議設(shè)計(jì)

通信協(xié)議是車載終端與服務(wù)平臺(tái)之前一種數(shù)據(jù)互認(rèn)的協(xié)同機(jī)制，由引$前導(dǎo)符開頭，以“#”結(jié)束，中間以逗號(hào)“，”號(hào)分隔數(shù)據(jù)一個(gè)串文本。其格式如上表所示。

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)如圖2所示，為提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率，把監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表定義為內(nèi)存表，提高讀寫的速度，再延時(shí)寫入歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)表。

4小結(jié)

本文分析北斗衛(wèi)定位系統(tǒng)的應(yīng)用情況，從車輛注冊(cè)，數(shù)據(jù)收發(fā)，實(shí)時(shí)軌跡，歷史軌跡等方面設(shè)計(jì)道路營(yíng)運(yùn)車輛服務(wù)平，并初步給出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的思路。