0 引言

GPS全球定位系統(tǒng)是美國(guó)在1994年建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。英國(guó)產(chǎn)業(yè)分析機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)在2008-2013年，定位產(chǎn)業(yè)的年復(fù)合成長(zhǎng)率為21．2％，將會(huì)成為Google、微軟、諾基亞等公司未來(lái)產(chǎn)品的關(guān)鍵功能。本文基于GPS全球定位系統(tǒng)以及Google Maps API設(shè)計(jì)了一套車輛調(diào)度管理系統(tǒng)。公司管理人員可以通過(guò)該管理系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度管理以及人員管理，從而對(duì)車隊(duì)進(jìn)行有效的監(jiān)控，提高了人車安全系數(shù)，增加了企業(yè)利潤(rùn)收入，降低交通擁堵幾率，為社會(huì)提供更高水平的服務(wù)。該系統(tǒng)與以GIS，Google earth為平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)的系統(tǒng)相比，有著開發(fā)流程簡(jiǎn)便，可移植性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。只要擁有一臺(tái)裝有Web瀏覽器能聯(lián)網(wǎng)的電腦，用戶就可以通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 系統(tǒng)的工作原理

本系統(tǒng)通過(guò)GPS進(jìn)行車輛導(dǎo)航，即應(yīng)用GPS定位技術(shù)獲取車輛所在地的經(jīng)度和緯度坐標(biāo)、行駛車速、時(shí)間等相關(guān)信息。GPS接收模塊默認(rèn)為每秒輸出一次定位數(shù)據(jù)，用戶通過(guò)設(shè)置主控器使其每隔一定時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送一次數(shù)據(jù)。ARM CortexTM-M3為高級(jí)的32位微處理器內(nèi)核，其任務(wù)是負(fù)責(zé)讀取GPS的定位信息，由GPRS模塊通過(guò)移動(dòng)通信GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器中，服務(wù)器端程序?qū)④囕v所在的位置和行走的軌跡繪制在Google地圖上。

服務(wù)器端主要分為前臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊和基于Web的后臺(tái)監(jiān)控管理模塊。前臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊主要采用TCP／IP協(xié)議與車載終端進(jìn)行通信，解析和自定義編碼各種通信協(xié)議，管理和維護(hù)車載終端日常的運(yùn)行情況?；赪eb的后臺(tái)監(jiān)控管理模塊主要采用PHP+Ora-tie，JavaScript及XML技術(shù)，采用自頂向下的思想構(gòu)建關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型，結(jié)合Google Maps API提供的相當(dāng)便捷的AJAX技術(shù)獲取查詢結(jié)果，這樣做一方面減少了流量，另一方面使得網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)了局部自動(dòng)更新的功能，提高了用戶體驗(yàn)速度。

2 車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)車輛管理、用戶管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、定位監(jiān)控、行駛區(qū)域限制、數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能。

車輛管理功能通過(guò)搜索設(shè)備名稱和日期，可從數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢當(dāng)天車輛的詳細(xì)信息，包括車牌號(hào)、車載電話號(hào)碼、車輛種類、司機(jī)信息及汽車運(yùn)行狀態(tài)，從而達(dá)到對(duì)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理的目的。

用戶管理功能 不同級(jí)別的用戶可以擁有不同的權(quán)限對(duì)車輛進(jìn)行管理和操作，這些權(quán)限可以由管理員在網(wǎng)站后臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能包括報(bào)警統(tǒng)計(jì)、超速行駛統(tǒng)計(jì)兩個(gè)功能。報(bào)警統(tǒng)計(jì)將車輛每次報(bào)警的信息，包括報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)都記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中。同樣，超速行駛統(tǒng)計(jì)也將車輛每次超速行駛的信息都記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中(把車輛速度大于120 km／h的視為超速行駛)，用戶在輸入查詢?nèi)掌跁r(shí)，就可以查詢到當(dāng)天的報(bào)警信息、超速信息的相關(guān)統(tǒng)計(jì)。

定位監(jiān)控功能 車載終端固定間隔自動(dòng)將定位數(shù)據(jù)回傳，通過(guò)GLatLng()函數(shù)把車載終端定位至Google地圖上，采用Google Maps API提供的Gmarker()地標(biāo)函數(shù)把車載終端的定位信息顯示在地圖上，這樣即可實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)定位，其所定位的信息包括經(jīng)度、緯度、車輛信息和行駛狀態(tài)等。

行駛區(qū)域限制功能 行駛區(qū)域限制需要預(yù)先設(shè)置車輛的行駛區(qū)域，當(dāng)車輛超越行駛區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將以報(bào)警提示的方式提醒相應(yīng)公司管理人員。

數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)功能 一旦不慎丟失或損壞數(shù)據(jù)庫(kù)里的信息，可以重新導(dǎo)入備份好的后綴名為．Sql的文件，數(shù)據(jù)即可恢復(fù)到原始狀態(tài)。

3 服務(wù)器端關(guān)鍵技術(shù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3．1 計(jì)算行車路程的方法

系統(tǒng)可以利用Google Maps API計(jì)算行車總路程。首先假設(shè)地球作為一個(gè)完美的球體，半徑為常量R=6 378．137 km。計(jì)算球面兩點(diǎn)間弧長(zhǎng)的算法為半徑*弧度，而弧度可以從兩點(diǎn)間的經(jīng)緯度算出。此時(shí)，可以利用Google Maps API提供的四個(gè)類方法推算出行車路程。它們分別為返回角度值緯度Glatlng．lat()函數(shù)、返回角度值經(jīng)度Glatlng．lng()函數(shù)、返回弧度值緯度Glatlng．latRadians()函數(shù)和返回弧度值精度Glatlng．lngRadians()函數(shù)。


通過(guò)上述公式可以近似求出相鄰兩點(diǎn)間行車路程，遍歷所有行車點(diǎn)，把相鄰兩點(diǎn)間的行車路程進(jìn)行疊加，即可近似求出行車總路程。由于發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔很短，所以通過(guò)這個(gè)算法得出的行車路程和車輛實(shí)際行駛的路程公里數(shù)基本一致。

3．2 軌跡回放的實(shí)現(xiàn)思想

系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中經(jīng)度和緯度坐標(biāo)、行駛車速、時(shí)間等車輛相關(guān)信息，可以實(shí)現(xiàn)軌跡回放功能。雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以采用直接讀取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行軌跡回放，但是考慮到其擴(kuò)展性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如XML文檔大，所以該系統(tǒng)采用了從XML文件中讀取數(shù)據(jù)并通過(guò)繪制Gpolyline折線來(lái)回放行車路線。實(shí)現(xiàn)該功能必須要預(yù)先定義好XML文件結(jié)構(gòu)，這里令polyline為root節(jié)點(diǎn)下的一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，在其屬性中規(guī)定相應(yīng)的顏色、邊線寬度等，Polyline節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)為lat，lon，data，speed等，用于定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、行車時(shí)間以及速度等。XML文檔設(shè)計(jì)好后，使用PHP語(yǔ)言編寫了一個(gè)服務(wù)器程序動(dòng)態(tài)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)和自動(dòng)更新XML文件。編寫一個(gè)HTML程序，利用JavaScript解析XML文檔，解析整個(gè)XML文檔就是使用GXmlHttp對(duì)象把需要處理的節(jié)點(diǎn)取出(創(chuàng)建GXm-lHttp對(duì)象非常簡(jiǎn)單，直接調(diào)用GXmlHttp．create()方法即可)。利用函數(shù)getElementsByTagName()獲取polyline節(jié)點(diǎn)，通過(guò)函數(shù)Node．childNodes[k]．node-Name()獲取polyline節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)(變量k表示poly-
line節(jié)點(diǎn)下子節(jié)點(diǎn)的總數(shù))，根據(jù)兩點(diǎn)間確定一條直線的公理，循環(huán)讀取數(shù)據(jù)并繪制行車軌跡。

3．3 行駛區(qū)域限制功能的實(shí)現(xiàn)

行駛區(qū)域限制功能的實(shí)現(xiàn)最重要的是系統(tǒng)要建立XML文檔，在文檔里還必須預(yù)先設(shè)置好車輛的行駛區(qū)域，把整個(gè)區(qū)域相應(yīng)的經(jīng)度和緯度信息存儲(chǔ)在XML文檔中，通過(guò)利用PHP語(yǔ)言編寫相應(yīng)的服務(wù)器程序從XML文件中讀取數(shù)據(jù)并自動(dòng)在地圖上繪制Gpolygon多邊形來(lái)表示規(guī)定的行駛區(qū)域范圍。當(dāng)?shù)貓D上需要繪制的多邊形區(qū)域很大時(shí)，無(wú)論是直接寫JavaScript腳本還是從XML文檔中讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)交換量都沒(méi)有減少，這時(shí)，可以先利用PHP語(yǔ)言編寫一個(gè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼的程序，通過(guò)使用Google Maps API提供的fromEncodes()的工廠方法利用編碼后的數(shù)據(jù)創(chuàng)建相應(yīng)的多邊形對(duì)象，傳遞給客戶端的瀏覽器進(jìn)行解析。若車輛超越了在地圖上繪制的多邊形區(qū)域，則會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框來(lái)警示管理人員。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)車上安裝該系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，與系統(tǒng)的軟件平臺(tái)聯(lián)合進(jìn)行行車實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的路線是從桂林市大學(xué)生公寓城開始，經(jīng)過(guò)花藝館，向左轉(zhuǎn)至位于普陀路的廣西師范大學(xué)西大門。圖1即為車輛軌跡的回放圖，從圖中可以看出此路線與預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)路線一致。通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算出來(lái)的路程距離為1．22 km，車速是45 km／h。而通過(guò)Google earth計(jì)算出來(lái)的路程約為1．2 km，它們之間的誤差范圍小于等于20 m。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該系統(tǒng)符合實(shí)際運(yùn)用的要求。


5 結(jié)語(yǔ)

地球上任何一個(gè)位置都有相應(yīng)的經(jīng)度和緯度，可以利用技術(shù)在地圖上顯示。隨著GPS全球定位技術(shù)的成熟，可以實(shí)現(xiàn)將GPS定位得到的經(jīng)度、緯度、速度、方向、車輛狀態(tài)等詳細(xì)信息通過(guò)GSM／GPRS sim300模塊傳送到服務(wù)器中，利用服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的管理及調(diào)度；隨著GPS全球定位技術(shù)的廣泛使用以及GoogleMaps API的不斷完善，可以對(duì)車輛實(shí)現(xiàn)更精確的定位及監(jiān)控；隨著3G技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)完全可以通過(guò)手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的管理及調(diào)度，屆時(shí)，該導(dǎo)航產(chǎn)品和管理系統(tǒng)不僅僅是應(yīng)用在商業(yè)領(lǐng)域，還是人們娛樂(lè)、生活的必備工具。該車輛調(diào)度管理系統(tǒng)可以應(yīng)用在物流車隊(duì)、私家車、租賃公司、120急救車輛調(diào)度、公交車隊(duì)、銀行價(jià)款車等領(lǐng)域，具有較廣泛的應(yīng)用前景。