GPS/3G定位网络系统及故障检测技术研究在船舶上的应用

2014-01-16曾连荪马占伟

电子设计工程 2014年24期

曾连荪，马占伟

（上海海事大学上海 201306）

我国是一个航运大国，截至2012年底全国拥有水上运输船舶15.82万艘，全国内河航道通车里程12.24万公里，随着航运事业的发展，船舶朝着大型化、高速化快速发展。但是民用内河船舶在信息化应用方面还比较落后，在实际应用中存在船舶运力调用不均衡，海事部门管理不方便等诸多问题，而且随着经济的快速发展和市场经济的需要又带动了一个新的产业——物流运输业，它对于船舶、车辆运输和调度管理、提高经济效益和提高管理水平也提出了客观要求。对此，国内外许多企业和公司提出了很多的解决方案，其中之一就是使用基于3G通信的GPS船载定位终端，结合互联网技术和谷歌地图技术，以实现在互联网上对船舶进行定位跟踪，为船舶定位的使用单位带来巨大的便利和经济上的高效益，同时也极大的方便了海事部门的管理工作。

1 系统结构

系统由网络通信服务器和GPS/3G客户端组成（见图1）。GPS/3G客户端可实现位置信息的采集和传输，网络通信服务器负责接收、解析、展现等数据处理和服务功能。GPS/3G客户端具备GPS定位和通信功能，由GPS定位模块和3G模块组成，前者通过接收GPS卫星信号实时采集船舶的位置、速度移动方向等数据；后者通过3G网络传输数据。网络通信服务器主要功能包括处理客户端的连接请求，接收GPS和其他传感器数据，实时掌握船舶运行状况，并与地理信息系统等应用相联系，提供跟踪定位和监控调度等服务。

图1 系统组成图Fig.1 System components figure

2 系统设计

研究内容和拟解决的关键问题：

1)研究了互联网TCP/IP协议原理，设计了GPS/3G船载网络定位系统，将系统的总体结构划分为三个组成部分：网络通信服务器、GPS/3G船载定位终端和数据库，实现在互联网上方便快捷的对船舶进行定位跟踪。

2)研究了基于TCP网络通信协议的网络服务原理[1]，设计了基于TCP协议的网络通信服务器。实现了与GPS/3G车载定位终端的指令设置和定位数据回传的通信服务；研究了网络通信服务器通信故障的检测方法和技术，提出了使用DOS工具命令TELNET方法来检测服务是否处于正常侦听状态及定期查询各个TCP在线连接无数据包收发时间间隔来检测TCP在线连接状态的技术。

3)研究了GPS定位技术和移动无线通信技术[2]，设计了GPS/3G船载定位终端，实现了GPS定位数据的读取以及通过3G无线网络向网络通信服务器发送GPS定位数据包；研究了GPS/3G船载定位终端的通信故障和定位故障，提出了3个检测方法：第一，向终端设备发送短信或对终端设备进行语音拨号检测3G模块是否处于带电工作状态；第二，从服务端查询3G车载定位终端上传的数据包时间间隔是否大于设定的来判断GPS/3G船载定位终端是否网络在线；第三，沿着开阔的地段移动GPS/3G船载定位终端，将设备上传的坐标信息与相应位置的坐标进行比较，以确定GPS模块的工作是否正常。

4)数据库部分是其他2部分的桥梁[3]。该系统采用SqlServer2012管理储存数据，存储的数据主要包含GPS数据、管理参数和系统日志等内容。共设计了7张表：角色表、配置表、用户表、功能项表、监控记录表、实时轨迹表和历史轨迹表。

图2 系统逻辑结构图Fig.2 System logic constructor

随着时间的积累，GPS定位数据可能达到几百万条的记录，这样会影响Web地图的运行，是数据库设计时应该解决的主要问题。主要思路是：按照使用频率将数据分为活跃数据和静态数据。在设计数据库时将当前接收的数据储存于实时轨迹表，当数据超过一定值后，将定位数据转存到历史轨迹表。而Web地图监控平台索要调取的是实时轨迹表内的数据，从而很好的解决了数据过多的现象。

3 网络通信与地图服务

3.1 网络通信

GPS/3G客户端将获取的位置信息通过3G无线网络回传至服务器（由端口号和IP号识别），由于3G流量资费低，传输快更容易扩展其他的功能。网络的稳定性将影响整个系统的稳定性。

3G模块通过3gnet方式接入互联网[4]，以TCP协议方式初始化SOCKET，主动向网络通信服务器发起连接请求。连接建立好后3G模块就可以GPS/3G船载定位终端通信服务中接收网络通信服务器下发的“设置GPS定位数据定时回传的时间间隔”指令，同时以指定的时间间隔向网络通信服务器发送GPS定位数据包。