矿车车载GPS上位机软件设计与开发

2011-06-23郭继毅管长焦邵明杰

电气技术 2011年8期

郝刚郭继毅管长焦邵明杰

（1.煤炭科学研究总院沈阳研究院, 辽宁抚顺 113122；2.三一重型装备有限公司，沈阳 110027 )

我国是矿山生产安全事故高发国家，矿石百万吨死亡率是美国、南非等矿业发达国家的30倍以上[1]。在露天矿中，运输事故是主要矿山事故，据安太堡露天煤矿和黑岱沟露天煤矿统计，每年矿车运输事故占采运事故的比例达70%以上。引发事故的部分原因是司机缺少足够的可视度和可供参考的实时图形图像信息，因此开发助驾系统可以降低与采矿设备操作有关的风险，减少采矿工业的伤亡率。

矿车助驾系统是全球卫星定位技术(GPS)、电子地图、无线通信综合在一起的高科技应用系统，是智能交通系统的重要组成部分。GPS的应用价值和市场需求正变得越来越大，成为众多公司和科研机构的研究对象。

本文设计的上位机软件将接收的GPS定位信号，解读出其中的时间、经纬度、海拔等定位信息并实时显示在界面上，同时将定位信息存入数据库，将接收数据结合匹配的电子地图在屏幕上显示，驾驶员便可浏览车辆附近矿区信息、选择安全的行驶路线。

1 GPS导航系统

GPS导航系统的结构主要是 GPS接收天线、GPS接收机、导航计算机、可视显示器以及位置检测装置等组成。其结构如图1所示[2]。

图1 矿车GPS导航系统结构图

系统根据不同的位置进行分类检测，绝对位置的检测采用GPS全球定位系统，相对位置的检测采用方向传感器，并利用车轮转速传感器测量车辆行驶距离。

由于 GPS卫星导航与自律导航所测到的矿车坐标位置数据及前进的方向与实际行驶的路线轨迹在电子地图上都存在一定误差。为修正这二者的误差，确保二者在电子地图上路线坐标相统一，需采用地图匹配（Map Matching）技术，这是一项确定车辆在带有街道名称和地址的地图上的定位技术，即在导航系统控制电路中要增加一个地图匹配电路，对矿车行驶路线与电子地图上道路的误差进行实时数字相关匹配，作出自动修正。它经过导航计算机（ECU）的整理程序进行实时快速处理，得到矿车在电子地图上指示出的正确位置路线。车载GPS的工作原理如图2所示[3]。

2 模块设计及实现

图2 车载GPS导航系统工作原理图

上位机软件的设计要求是能够接收GPS接收机发出来的数据帧，进行解码并将解码后的信息显示出来，能够根据需要在电子地图上实时显示车辆的当前位置，同时可以将GPS信息保存并根据需要进行查询。为了保证软件的通用性和可移植性，使用C++语言编写软件，并结合Access数据库。软件模块主要分为数据接收模块、数据处理模块、数据库模块、显示模块。系统主要功能模块如图3所示。

图3 系统功能模块

2.1 数据接收模块和数据处理模块

GPS数据接收模块负责接通过接口发送给个人计算机的数据，交由处理模块进行相应的处理。GPS数据处理模块把上传的信息保存在数组缓冲区中，并把其中以$GPGGA和$GPVTG开头的语句从全部信息中提取出来，通过以上对GPS报文格式的分析，以$GPGGA为开头的数据帧包含时间、经纬度、GPS状态、卫星数量、海拔高度的信息，以$GPVTG为开头的数据帧则包含了速度信息，这七项内容正是需要提取、转换、显示、存储的关键信息，这也正是数据处理模块的主要功能。GPS报文的一帧信息以$加报文头开始，以回车换行符结束，对一条信息的处理流程如图4所示。