一种危险品运输车辆监控信息可视化方法

余弦，吴锋

(杭州电子科技大学信息与控制研究所，浙江杭州310018)

0 引言

随着我国化学工业的发展和经济建设的需要，危险品日益广泛地应用于工农业生产和市民日常生活，对危险品运输车辆的监控需求也越发凸出，而要实现对危险品运输车辆的监控，关键在于监控信息的可视化，即将监控信息以直观、准确、讯速的方法呈现在监控人员面前。目前，国内传统的危险品运输车辆监控信息可视化方法一般采用GPRS网络发送GPS数据，受GPRS网速的限制，可能造成GPS数据的阻塞、延迟，影响监控的效果［1］。而国外虽已利用3G网络传送数据，但大部分情况下在显示和标识车辆位置时采用的仍旧是绘制出来的电子地图，随着科技的发展，这种地图已跟不上市场的最新需求［2］。因此，开发一种将更优异的地图和更先进的网络集成在一起的监控信息可视化方法已是势在必行。本文以GPS技术为基础，结合Google Earth卫星实景地图和3G无线通信网络，提出一种全新的危险品运输车辆监控信息可视化方法，较好地实现了对危险品运输车辆的监控，符合市场需求。

1 可视化实现环境及流程

本文选用微软公司的软件Microsoft Visual Studio 2008，以.NET平台和C#语言为编译环境来实现整个方法中的程序和算法要求。

本文所采用的硬件是由中国电子科技集团公司第52研究所生产的WR－090002 3G无线路由器。该路由器安装在危险品运输车辆上，它集成了GPS模块，并可将GPS模块产生的数据通过3G无线通信网络(CDMA2000)发送到指定的服务器。CDMA2000作为第三代无线通信网络，相比上一代GPRS网络具有明显优势，能实时快速地传输本文所需的数据。

在本文设计的方法中，危险品运输车辆的监控信息(即GPS模块产生的GPS语句)由3G无线路由器通过CDMA2000无线通信网络发送到配置的服务器，在服务器上由事先编写的程序接收GPS语句并判断解析，从中提取有效的经纬度并存储，而后由Google Earth读取最新的经纬度信息，并结合卫星实景地图标识车辆位置，实现监控信息的可视化。根据监控信息的走向，该方法整体流程如图1所示。本文可视化实现的关键技术主要有:GPS通信协议及数据解析、监控信息的接收、有效经纬度的提取、在危险品运输车辆监控信息可视化中的应用等。

2 可视化实现关键技术

2.1 GPS通信协议及数据解析

目前应用最广泛的GPS通信协议是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association，NMEA)协议。NMEA协议是为了在不同GPS导航设备中建立统一的BTCM(海事无线电技术委员会)标准，NMEA协议有0180、0182和0183这3种，0183可以认为是前两种的升级，也是目前使用最为广泛的一种［3］。

NMEA通讯协议所规定的通讯语句都是以ASCII码为基础，NMEA－0183通讯语句的数据格式如下:“$”为语句起始标志;其后是“GP”开头的5个表示所发送数据类型的字母(如“GPGGA”、“GPGLL”、“GPRMC”等)，“，”为域分隔符，将整个语句分成数目不定的数据段;紧跟最后一位数据的是检验标识符“*”以及两位十六进制的校验和［4］，代表了“$”和“*”之间所有字符的按位异或值(但不包括这两个字符)。典型的NMEA0183通讯语句例如:$GPGGA，053152，3957.7484，N，11626.7626，E，1，06，1.5，88.1，M，－8.0，M，，*64。

图1 可视化方法流程

本文中所用到的主要是以“$GPGLL”和“$GPRMC”为帧头的语句，其中“GP”代表GPS设备，“GLL”表示数据类型为经纬度信息，“RMC”表示数据类型为最重要信息的简短集合［5］。GPS设备所发送的语句可能有效，也可能无效。在有效的“$GPGLL”和“$GPRMC”语句中，整条数据被逗号分隔符分隔成若干个数据段，其内容表示数据类型、时间、数据状态、纬度、经度、速度、方向、日期等。有效的$GPGLL语句如:$GPGLL，3018.79903，N，12020.26316，E，092321.00，A，A*60，有效的$GPRMC语句例如:$GPRMC，083559.00，A，3018.82137，N，12020.26716，E，0.004，77.52，091202，，，N*53。通过对特定数据段的提取，就可以获得相应的监控信息，如纬度、经度、速度、方向等。无效的GPS语句中所有表示监控信息的数据段都是缺省的。无效的$GPGLL语句例如:$GPGLL，，，，，034321.00，V，N*4D，无效的$GPRMC语句例如:$GPRMC，034322.00，V，，，，，，，180411，，，N*74。

2.2 监控信息的接收

本方法实际运作时，监控信息(即符合NMEA协议的ASCII码通讯语句)不断地由车载GPS模块产生，经3G路由器通过CDMA2000无线网络发送到指定的服务器。为了在服务器上同步接收信息，本文利用C#的Socket编程，设计一个连续循环的服务端程序不断接收路由器所发送的GPS语句，并将这些语句由ASCII码字节流转换成字符串，以便下一步的操作。该程序步骤为:

(1)创建一个指向服务器的节点和一个Socket套接字，该节点指明了服务器与路由器通信时的IP地址和所用端口，套接字则作为服务器和路由器之间数据传输的桥梁;

(2)将该套接字与服务器节点绑定;

(3)创建一个指向路由器的节点;

(4)设计一个死循环，在死循环里，不断调用Socket套接字的ReceiveFrom方法，从路由器节点接收数据;

(5)由于在Socket通信中传输的GPS语句是ASCII码字节流，故还需将接收到ASCII码字节流转换成更易识别的字符串。

2.3 有效经纬度的提取

服务器接收的GPS语句是无法直接被利用的，必须通过程序将各个数据段的信息从语句中提取出来，将其转化成有实际意义的监控信息［6］。因此，利用Socket接收到3G路由发送的GPS语句之后，还需要经过程序识别帧头，挑选出以“$GPGLL”和“$GPRMC”开头的语句，而后再判断语句是否有效，如若有效，则还须根据经纬度数据段在整个语句中的位置将其提取出来，再转化成标准的经纬度格式，然后存入数据库，以供下一步中Google Earth调用。

在GPS模块产生的数据中，以“$GPGLL”和“$GPRMC”为帧头的语句分别被逗号分隔符分隔成8段和13段，其中“$GPGLL”语句的第2个数据段表示纬度，第4个数据段表示经度，第7个数据段表示数据状态，为“A”则表示数据有效，为“V”则表示数据无效。“$GPRMC”语句的第3个数据段表示数据状态，第4个数据段为纬度，第6个数据段为经度。因此，本文所设计的有效经纬度提取程序流程如图2所示。

图2 有效经纬度提取程序流程

2.4 在危险品运输车辆监控信息可视化中的应用

随着我国危险品产量及使用范围不断扩大，危险品运输事故日益增多，对危险品运输车辆实施有效监控的需求也越发强烈［7］。针对危险品运输车辆的监控信息可视化问题，我们以上文的监控信息接收、有效经纬度提取等方法为基础，选用Google Earth作为可视化的主要手段，整合成一种全新的危险品运输车辆监控信息可视化方法。

与传统的绘制的电子地图不同，Google Earth的实景地图来自于卫星或航空所拍摄的高分辨率图片，相当于让用户从空中不同的高度俯瞰所观察区域的真实影像，因此更直观、立体。本方法通过对Google Earth函数库的引用，调用Google Earth COM API，将之前提取存储的经纬度不断传递给COM API中最有效的定位函数SetCameraParams()，就可以在Google Earth的卫星实景地图上实时动态显示危险品运输车辆的具体位置，实现危险品运输车辆监控信息的可视化。其实际应用效果如图3所示。

图3 本方法实际应用效果

3 结束语

本文综合Google Earth、3G以及GPS等技术，提出了一种新的危险品运输车辆监控信息可视化方法。该方法采用3G无线网络使GPS数据的传输更为快速、畅通，采用Google Earth卫星实景地图实时标示车辆位置使监控更加直观、准确，实现了GPS监控信息从动态采集到无线传输再到与Google Earth实时通信的整体流程，具有较高的研究价值和广阔的应用前景。在实际的应用和生产中，该方法还可做进一步的研究扩展，如在车辆上整合温度、压力等传感器，与GPS数据一起发送给服务器，实现对危险品运输车辆的全方位监控。

［1］郭嘉俭.我国GPS车辆定位管理系统的现状与发展方向探讨［J］.全球定位系统，2001，26(4)，16－22.

［2］Ren Bing-zhong，Kong Wen-huan.Design and Implementation of GPS Vehicle Navigation and Guidance System［J］.测试科学与仪器，2010，1(2):157－160.

［3］曹婷婷，高玉.GPS中NMEA－0183协议的应用［J］.电子工程师，2006，32(10):8－9.

［4］陈晓亚，杨华亭，王建华.基于NMEA－0183标准的数据串口通讯技术［J］.船舶工程，2008，30(5):134－135.

［5］Klaus Betke.The NMEA0183 Protocol［EB/OL］.http://www.tronico.fi/OH6NT/docs/NMEA0183.pdf，2011－04－17.

［6］张文军，姜炎.2004年全国第五届嵌入式系统学术交流会［C］.北京:北京航空航天大学出版社，2004:265－266.

［7］王艳华，咚淑娇，陈宝智.危险化学品道路运输系统危险性分析［J］.中国安全科学学报，2005，15(2):8－12.