长庆油田GPS车辆监控系统轨迹数据设计与应用
2014-07-16赵立峰庾凌
赵立峰 庾凌
摘要：随着计算机技术的飞速发展， 全球定位系统（GPS）在各行各业中得到广泛的重视和应用，实现了GPS 导航信息在GIS上的可视化、一体化和集成化。该技术也在长庆油田得到了深入的应用，建设成了一个统一的覆盖全油田范围的、具备多功能、支持多种终端产品的车辆监控管理调度系统， 平台用户可在全国范围内依靠GPS卫星、运营商网络、长庆油田企业网来实现车辆的精确定位、速度控制、监控、调度、查询等功能，充分利用网络资源和数据库技术，形成了全新的车辆管理模式和运行方式，实现整个油田公司车辆资源信息的共享。实现了里程统计、油区自建道路及信息点地图采集和绘制，远程协调道路交通安全管理，从宏观上进行交通安全决策和风险评价分析，使长庆油田安全管理的方式、内容、形式发生了根本改变，提高了车辆安全运行效率。
关键词：GPS；GIS；轨迹回放
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）14-3448-03
Abstract： With the rapid development of computer technology， global positioning system （GPS） to get attention and widely used in various industries to achieve a GPS navigation information on a GIS visualization， integration and integration. The technology also has been deeply Changqing Oilfield applications， building into a unified coverage of the whole field， with multi-function， support a variety of end products vehicle monitoring and management scheduling systems， platforms， users can rely on GPS nationwide satellite network operators， Changqing Oilfield enterprise network to achieve accurate positioning of vehicles， speed control， monitoring， scheduling， query and other functions， make full use of network resources and database technology， the formation of a new vehicle management and operation mode， the entire sharing oil company vehicles resource information. Achieve a mileage statistics， self-built roads and oil region gathering information points and draw maps， remote coordination of road traffic safety management， traffic safety decision making and risk assessment analysis from the macro to make Changqing Oilfield safety management approach， content， form occurs a fundamental change to improve the efficiency of the vehicle safety.
Key words： GPS； GIS； track playback
1 GPS系统构成及原理
GPS（ Global Positioning System ）也叫全球定位系统，是计算机网络发展和传统地图不能时实反应街道变化的产物。最初的GPS是美国用来收集情报的军事工具，但现在，GPS作为导航工具已经覆盖全球：全天候提供精确的导航及定位服务。GPS系统由24颗卫星组成，均匀分布在6个平面轨道上，用户通过GPS接收设备接收3颗或3颗以上的GPS卫星信号， 经信号处理而获得用户位置、纬度高度等信息， 来确定目标的精确位置。在这24颗卫星中还有3颗备份卫星。卫星的分布使在全世界无论何时何地都可观测到4颗以上的卫星。
1.1 GPS系统主要由三个子系统构成。
1）空间部分。由24颗卫星所组成，分布在仰角为55度的轨道上，运行在平均高度约为20200千米的高空，卫星运行周期约为12小时。每个卫星均持续着发射能为地球上的各种接收机接收的无线电波。
2）地面支撑部分。主要由配备精密仪器的监控站和监测站组成，用于维护卫星的运作，确保搜集和计算数据的准确性，然后再传送至用户接收机。
3）用户设备部分。即信号接收设备， 其中内置的软件设备用来接受卫星数据并进行定位计算。为了便于携带，现在市场上的用户接收机逐渐朝着更轻和更小的方向发展，就像和手机和笔记本电脑一样。
2 系统总体架构
根据长庆油田公司车辆管理的需求，由车载终端和软件平台两部分组成。软件平台主要采用分层架构设计，并使用B/S与C/S结合，Java语言、数据库、虚拟化等先进技术，系统易部署、易移植、易扩展，具有高可靠性。目前长庆油田的所有单位都已接入，受控车辆9000多台。系统主要由监控中心、GPRS网络、车载监控终端三部分组成。endprint
一是监控中心：主要由一个管理中心和多个监控管理点组成。管理中心设立在西安，管理中心是由通讯、数据库、业务展示服务器，以及相关系统软件组成，完成车载终端的数据接收、数据派发、业务应用、数据处理及历史数据存储等工作。多个监控管理点分别根据需要安装在不同单位，负责车辆实时监控管理，信息维护、命令下达、调度统计等功能。
二是车载监控终端：车载监控终端是智能交通的重要组成，作为一种集定位，地理信息，和通信技术于一身的先进设备，它由GPS 模块及存储模块（Flash），中心控制模块、GPRS模块等组成。GPS 接收天线接收GPS 卫星发射的定位信号，并计算出车辆的日期、时间、经纬度、速度等定位数据。车载监控终端将定位数据结果传给GPRS网络，然后再发送给监控中心，以此来保证车辆监控的实时性。
三是GPRS网络部分：GPRS网络通过GSM网络和长庆油田局域网来实现数据分组传输技术，中间使用SGSN网络服务节点。GPRS网络是监控中心与车载监控终端实现通信的保障，完成永远在线，高速传输的特点。GPRS网络的技术核心是分组交换技术。
3 轨迹数据的采集和设计原理
轨迹数据是对车辆空间和时间位置序列变化的采集，监控中心通过GPRS网络接收车载终端回传的车辆的位置、状态等信息，数据解析后存入数据库，用户可以通过客户端软件和GIS地图匹配就能精确显示车辆位置，从而实现对车辆状态和位置的查询。
3.1 实现过程
利用客户端软件选定车辆、设定时间等条件后，向服务器发起查询请求，服务器根据请求，返回查询结果数据，其中包括定位坐标、速度、方向、时间等相关信息，重现车辆历史行进路线。数据请求过程如图2所示。
3.2 轨迹数据特点
1）轨迹数据保存在数据库服务器上，与车载终端无关，不易丢失。
2）轨迹数据可以下载到客端的电脑上，可以进行多次回放，用户可以对车辆运动轨迹数据进行深入分析，用于详细观察行车过程。
3）加强了各个环节控制，改变了传统的管理方式，提高了技术手段。
4 轨迹数据的应用
随着该系统在长庆油田车辆安全管理中作用日益凸显，轨迹数据被深入和广泛应用，尤其是交通违章查询、降本增效、地理信息采集等方面作用突出，主要有以下三个方面：
4.1有效降低交通违章，为原油生产提供有力的保障。
通过对轨迹和超速报警信息共同使用，使每台的车行进轨迹和行速度进行准确回放，为安全管理部门提供了科学的管理依据。使驾驶员侥幸心理和不良驾驶行为得到有效控制，车辆超速现象明显下降，交通事故的发生频率较往年明显改善，提高车辆运行的安全性。利用行车轨迹和速度数据，有效的控制了原油拉运过程中不按规定路线行驶的行为，使油品运输安全得到有效保障，从而为原油生产提供有力的保障。
4.2 油区自建道路及信息点地图绘制，完善安全管控范围。
通过平台车辆轨迹数据不断深化应用和技术创新，开发了油区道路地图采集模块，将采集到的轨迹数据进行编辑后生成了GIS地图数据，丰富了平台的地理信息，大大提升的应用效果，主要体现在以下几点：一是填补了公共地图没有油区自建道路和信息点的缺陷，对完善了油区的基础地理信息，进一步提高安全管控范围，满足生产指挥需求。二是节约了成本，将原来由专业测绘公司完成的工作，现在利用平台的车辆轨迹完成，节约测绘成本和人工成本。三是提高了地理信息的准确性和实时性，我们采取的是谁使用谁采集，用户可以随时在系统中提交信息，大家共同参与完善地理信息，为精细化管理提供帮助，更好的为油田公司安全生产提供服务。
4.3 里程计算，控制运营成本。
长庆油田生产单位覆盖范围广、运行车辆多、车辆统一管控难度大，如何有效地控制油料一直是个难以解决。油料消耗是车辆运营成本的主要部分，随着油价的不断上涨，运营成本不断上升。利用定位轨迹数据对里程进行科学统计、改变了传统的管理方式，提高了技术手段，实现了油料的科学管理，提升了车辆使用效率，有效的控制了车辆运维成本。
5 结束语
长庆油田公司GPS车辆安全监控平台，目前已经是一个完善的车辆监控系统。作为企业提高工作效率、统计和完善信息、增加企业经济效益和为生产安全和人员安全更好提供保障的信息化平台。通过综合应用车辆安全监控平台对企业管理生产、安全、开发、计划等环节提供良好的服务。使信息资源得到有效地共享和利用，及时为决策者提供依据，促进企业信息管理水平和运行效率的提高。同时，可供下载的长庆油田公司GPS车辆安全监控平台客户端，让公司员工能随时随地查询和管理车辆定位信息，有利于促进企业内部信息的交流，实现长庆油田公司的经济效益的提升。
参考文献：
[1] 张琴，杨国栋，徐品品. 长庆油田GPS车辆监控管理系统的开发与应用[J]. 信息技术与信息化，2011，06：54-57.
[2] 宋清昆，刘小磊. GPS车辆监控系统车载终端的设计与实现[J]. 自动化技术与应用，2009，12：42-46.
[3] 蔡亮. 一种GPS车辆监控系统定位数据处理算法[J]. 电子测量与仪器学报，2008，S2：334-338.
[4] 吴昊，刘岩，吴北平. GPS车辆监控系统道路匹配算法研究与实现[J]. 全球定位系统，2013（4）：83-87.endprint
一是监控中心：主要由一个管理中心和多个监控管理点组成。管理中心设立在西安，管理中心是由通讯、数据库、业务展示服务器，以及相关系统软件组成，完成车载终端的数据接收、数据派发、业务应用、数据处理及历史数据存储等工作。多个监控管理点分别根据需要安装在不同单位，负责车辆实时监控管理，信息维护、命令下达、调度统计等功能。
二是车载监控终端：车载监控终端是智能交通的重要组成，作为一种集定位，地理信息，和通信技术于一身的先进设备，它由GPS 模块及存储模块（Flash），中心控制模块、GPRS模块等组成。GPS 接收天线接收GPS 卫星发射的定位信号，并计算出车辆的日期、时间、经纬度、速度等定位数据。车载监控终端将定位数据结果传给GPRS网络，然后再发送给监控中心，以此来保证车辆监控的实时性。
三是GPRS网络部分：GPRS网络通过GSM网络和长庆油田局域网来实现数据分组传输技术，中间使用SGSN网络服务节点。GPRS网络是监控中心与车载监控终端实现通信的保障，完成永远在线，高速传输的特点。GPRS网络的技术核心是分组交换技术。
3 轨迹数据的采集和设计原理
轨迹数据是对车辆空间和时间位置序列变化的采集，监控中心通过GPRS网络接收车载终端回传的车辆的位置、状态等信息，数据解析后存入数据库，用户可以通过客户端软件和GIS地图匹配就能精确显示车辆位置，从而实现对车辆状态和位置的查询。
3.1 实现过程
利用客户端软件选定车辆、设定时间等条件后，向服务器发起查询请求，服务器根据请求，返回查询结果数据，其中包括定位坐标、速度、方向、时间等相关信息，重现车辆历史行进路线。数据请求过程如图2所示。
3.2 轨迹数据特点
1）轨迹数据保存在数据库服务器上，与车载终端无关，不易丢失。
2）轨迹数据可以下载到客端的电脑上，可以进行多次回放，用户可以对车辆运动轨迹数据进行深入分析，用于详细观察行车过程。
3）加强了各个环节控制，改变了传统的管理方式，提高了技术手段。
4 轨迹数据的应用
随着该系统在长庆油田车辆安全管理中作用日益凸显，轨迹数据被深入和广泛应用，尤其是交通违章查询、降本增效、地理信息采集等方面作用突出，主要有以下三个方面：
4.1有效降低交通违章，为原油生产提供有力的保障。
通过对轨迹和超速报警信息共同使用，使每台的车行进轨迹和行速度进行准确回放，为安全管理部门提供了科学的管理依据。使驾驶员侥幸心理和不良驾驶行为得到有效控制，车辆超速现象明显下降，交通事故的发生频率较往年明显改善，提高车辆运行的安全性。利用行车轨迹和速度数据，有效的控制了原油拉运过程中不按规定路线行驶的行为，使油品运输安全得到有效保障，从而为原油生产提供有力的保障。
4.2 油区自建道路及信息点地图绘制，完善安全管控范围。
通过平台车辆轨迹数据不断深化应用和技术创新，开发了油区道路地图采集模块，将采集到的轨迹数据进行编辑后生成了GIS地图数据，丰富了平台的地理信息，大大提升的应用效果，主要体现在以下几点：一是填补了公共地图没有油区自建道路和信息点的缺陷，对完善了油区的基础地理信息，进一步提高安全管控范围，满足生产指挥需求。二是节约了成本，将原来由专业测绘公司完成的工作，现在利用平台的车辆轨迹完成，节约测绘成本和人工成本。三是提高了地理信息的准确性和实时性，我们采取的是谁使用谁采集，用户可以随时在系统中提交信息，大家共同参与完善地理信息，为精细化管理提供帮助，更好的为油田公司安全生产提供服务。
4.3 里程计算，控制运营成本。
长庆油田生产单位覆盖范围广、运行车辆多、车辆统一管控难度大，如何有效地控制油料一直是个难以解决。油料消耗是车辆运营成本的主要部分，随着油价的不断上涨，运营成本不断上升。利用定位轨迹数据对里程进行科学统计、改变了传统的管理方式，提高了技术手段，实现了油料的科学管理，提升了车辆使用效率，有效的控制了车辆运维成本。
5 结束语
长庆油田公司GPS车辆安全监控平台，目前已经是一个完善的车辆监控系统。作为企业提高工作效率、统计和完善信息、增加企业经济效益和为生产安全和人员安全更好提供保障的信息化平台。通过综合应用车辆安全监控平台对企业管理生产、安全、开发、计划等环节提供良好的服务。使信息资源得到有效地共享和利用，及时为决策者提供依据，促进企业信息管理水平和运行效率的提高。同时，可供下载的长庆油田公司GPS车辆安全监控平台客户端，让公司员工能随时随地查询和管理车辆定位信息，有利于促进企业内部信息的交流，实现长庆油田公司的经济效益的提升。
参考文献：
[1] 张琴，杨国栋，徐品品. 长庆油田GPS车辆监控管理系统的开发与应用[J]. 信息技术与信息化，2011，06：54-57.
[2] 宋清昆，刘小磊. GPS车辆监控系统车载终端的设计与实现[J]. 自动化技术与应用，2009，12：42-46.
[3] 蔡亮. 一种GPS车辆监控系统定位数据处理算法[J]. 电子测量与仪器学报，2008，S2：334-338.
[4] 吴昊，刘岩，吴北平. GPS车辆监控系统道路匹配算法研究与实现[J]. 全球定位系统，2013（4）：83-87.endprint
一是监控中心：主要由一个管理中心和多个监控管理点组成。管理中心设立在西安，管理中心是由通讯、数据库、业务展示服务器，以及相关系统软件组成，完成车载终端的数据接收、数据派发、业务应用、数据处理及历史数据存储等工作。多个监控管理点分别根据需要安装在不同单位，负责车辆实时监控管理，信息维护、命令下达、调度统计等功能。
二是车载监控终端：车载监控终端是智能交通的重要组成，作为一种集定位，地理信息，和通信技术于一身的先进设备，它由GPS 模块及存储模块（Flash），中心控制模块、GPRS模块等组成。GPS 接收天线接收GPS 卫星发射的定位信号，并计算出车辆的日期、时间、经纬度、速度等定位数据。车载监控终端将定位数据结果传给GPRS网络，然后再发送给监控中心，以此来保证车辆监控的实时性。
三是GPRS网络部分：GPRS网络通过GSM网络和长庆油田局域网来实现数据分组传输技术，中间使用SGSN网络服务节点。GPRS网络是监控中心与车载监控终端实现通信的保障，完成永远在线，高速传输的特点。GPRS网络的技术核心是分组交换技术。
3 轨迹数据的采集和设计原理
轨迹数据是对车辆空间和时间位置序列变化的采集，监控中心通过GPRS网络接收车载终端回传的车辆的位置、状态等信息，数据解析后存入数据库，用户可以通过客户端软件和GIS地图匹配就能精确显示车辆位置，从而实现对车辆状态和位置的查询。
3.1 实现过程
利用客户端软件选定车辆、设定时间等条件后，向服务器发起查询请求，服务器根据请求，返回查询结果数据，其中包括定位坐标、速度、方向、时间等相关信息，重现车辆历史行进路线。数据请求过程如图2所示。
3.2 轨迹数据特点
1）轨迹数据保存在数据库服务器上，与车载终端无关，不易丢失。
2）轨迹数据可以下载到客端的电脑上，可以进行多次回放，用户可以对车辆运动轨迹数据进行深入分析，用于详细观察行车过程。
3）加强了各个环节控制，改变了传统的管理方式，提高了技术手段。
4 轨迹数据的应用
随着该系统在长庆油田车辆安全管理中作用日益凸显，轨迹数据被深入和广泛应用，尤其是交通违章查询、降本增效、地理信息采集等方面作用突出，主要有以下三个方面：
4.1有效降低交通违章，为原油生产提供有力的保障。
通过对轨迹和超速报警信息共同使用，使每台的车行进轨迹和行速度进行准确回放，为安全管理部门提供了科学的管理依据。使驾驶员侥幸心理和不良驾驶行为得到有效控制，车辆超速现象明显下降，交通事故的发生频率较往年明显改善，提高车辆运行的安全性。利用行车轨迹和速度数据，有效的控制了原油拉运过程中不按规定路线行驶的行为，使油品运输安全得到有效保障，从而为原油生产提供有力的保障。
4.2 油区自建道路及信息点地图绘制，完善安全管控范围。
通过平台车辆轨迹数据不断深化应用和技术创新，开发了油区道路地图采集模块，将采集到的轨迹数据进行编辑后生成了GIS地图数据，丰富了平台的地理信息，大大提升的应用效果，主要体现在以下几点：一是填补了公共地图没有油区自建道路和信息点的缺陷，对完善了油区的基础地理信息，进一步提高安全管控范围，满足生产指挥需求。二是节约了成本，将原来由专业测绘公司完成的工作，现在利用平台的车辆轨迹完成，节约测绘成本和人工成本。三是提高了地理信息的准确性和实时性，我们采取的是谁使用谁采集，用户可以随时在系统中提交信息，大家共同参与完善地理信息，为精细化管理提供帮助，更好的为油田公司安全生产提供服务。
4.3 里程计算，控制运营成本。
长庆油田生产单位覆盖范围广、运行车辆多、车辆统一管控难度大，如何有效地控制油料一直是个难以解决。油料消耗是车辆运营成本的主要部分，随着油价的不断上涨，运营成本不断上升。利用定位轨迹数据对里程进行科学统计、改变了传统的管理方式，提高了技术手段，实现了油料的科学管理，提升了车辆使用效率，有效的控制了车辆运维成本。
5 结束语
长庆油田公司GPS车辆安全监控平台，目前已经是一个完善的车辆监控系统。作为企业提高工作效率、统计和完善信息、增加企业经济效益和为生产安全和人员安全更好提供保障的信息化平台。通过综合应用车辆安全监控平台对企业管理生产、安全、开发、计划等环节提供良好的服务。使信息资源得到有效地共享和利用，及时为决策者提供依据，促进企业信息管理水平和运行效率的提高。同时，可供下载的长庆油田公司GPS车辆安全监控平台客户端，让公司员工能随时随地查询和管理车辆定位信息，有利于促进企业内部信息的交流，实现长庆油田公司的经济效益的提升。
参考文献：
[1] 张琴，杨国栋，徐品品. 长庆油田GPS车辆监控管理系统的开发与应用[J]. 信息技术与信息化，2011，06：54-57.
[2] 宋清昆，刘小磊. GPS车辆监控系统车载终端的设计与实现[J]. 自动化技术与应用，2009，12：42-46.
[3] 蔡亮. 一种GPS车辆监控系统定位数据处理算法[J]. 电子测量与仪器学报，2008，S2：334-338.
[4] 吴昊，刘岩，吴北平. GPS车辆监控系统道路匹配算法研究与实现[J]. 全球定位系统，2013（4）：83-87.endprint
