车辆卫星定位监控系统在安钢汽运物流管理中的应用

郜海明 郭太祥 李雪芹

(安阳钢铁股份有限公司)

车辆卫星定位监控系统在安钢汽运物流管理中的应用

郜海明 郭太祥 李雪芹

(安阳钢铁股份有限公司)

结合安钢物流现状及管理需求，介绍了车辆卫星定位监控系统开发环境、系统设计、功能实现和在安钢实施后的应用效果。 重点分析了系统的结构设计、数据库设计、中间件设计等设计方案；列举了车辆卫星定位监控系统实现的定位、监控、限速、拍照主要功能；展示了该系统在安钢汽运物流中的车辆调度管理、厂区安全管理等方面应用的显著效果。

厂内物流 GPS BDS GIS

0 前言

安阳钢铁公司现拥有内部运输车辆近千台，外部业务来往车辆三千多台。为了规范内部运输车辆及厂区外部业务往来车辆的操作规程，堵塞管理漏洞，减少经营成本，实现数字化、精细化管理，需要借助先进的信息化管理平台，实现及时准确地对安钢运输原料、煤炭、钢材等外来车辆进行厂区行驶路线或区域设置，并实时监控其所在位置、货物状态、运行路线等状态数据以及内部车辆的合理调度、油耗监控、厂区限速控制等。安钢自动化软件公司研发的基于中国北斗卫星导航系统(BDS)或全球定位系统(GPS)[1]的“卫星定位监控系统”很好地实现了上述功能，解决了车辆因距离的原因无法得到监控的问题；解决了司机怠工、偷料(油)等问题；解决了厂区内车辆不按规定路线或区域工作的问题等，并且实现了与北京平台、省平台的无缝对接，给用户提供防盗、审车等增量服务。

1 开发环境

该系统针对不同的客户群体开发出客户端/服务器(C/S)，浏览器/服务器(B/S)两种框架结构。客户端/服务器(C/S)框架结构，选择Visual Studio 开发平台下Visual C#开发，是一种比较成熟的开发框架模式，用于各个车辆较多单位的监控工作站。浏览器/服务器(B/S)框架结构，选择.NET MVC3和JavaScript语言开发，是目前先进的、易于维护的开发框架模式，用于个体单位的即时浏览、简便操作。数据库服务器主要存储各种通讯、调度、报警、图片、视频、公共信息和相应资料等数据，选用SQL Server2008大型数据库软件系统。通讯服务器运行通讯程序和网管程序，完成信息的收发和网络监测功能，通讯后台程序采用Java开发语言。WebGis服务器：主要提供网上GIS地理信息服务，运行Arcgis专业GIS软件系统。备份服务器通过相应的备份硬件或软件实时备份数据库服务器数据，确保数据安全和系统运行的连续性。四台服务器操作系统选用windows2003，统一存放在公司中心机房，便于设备维护和数据查询。

2 系统设计

该系统软件设计包括结构设计、数据库设计、中间件设计、GIS二次开发设计及硬件设计等要素，融合了卫星定位、GIS技术,以2G、3G为通信载体，通过GPRS实时传输车辆位置信息,通过3G网络实时传输视频数据，监控平台以数据为中心，在数据库管理系统的支持下，严格按照部颁标准设计开发，统一规划，统一设计，进行数据的收集、整理、存储、更新、加工和统计，进行信息的查询和输出等操作。系统设计示意图如图1所示：

图1 系统设计示意图

2.1 三层结构体系

三层结构体系模型是在分布式技术成熟之后建立起来的，具有通用性强、容错能力及可移植性强等特点。它的基本思想是将用户界面同应用逻辑分离，把信息系统按功能划分为表示、业务、和数据三大块，分别放置在相同或不同的计算机硬件平台上，既可保持逻辑层次的清晰，又可均衡系统的负载，从而实现系统优化设计。

2.2 数据库设计

该系统数据库设计通过主键约束、外键约束等数据完整性设计，保证数据库中的数据准确有效、逻辑上的一致性。数据库表的设计包括表结构，各表之间的关系，表的主键、外键及约束，各表所属的用户及用户对表的操作权限等的设计，其中最重要的就是车辆位置和状态等相关信息的保存。该数据库的设计满足了记录车辆的运行时间、运行位置以及报警等信息，并满足了系统软件调用数据进行回放以及数据保存等要求。

2.3 中间件设计

该系统的中间件是整个车辆监控系统的通信枢纽，实现车载终端与系统的通信，负责车载定位数据的接收及系统各种命令的下发，负责与数据库及监控终端的通信，同时实现部分管理功能。

系统的中间件主要有：通讯模块、数据交换模块、数据管理模块、WebGis模块、GIS地理信息模块等模块组成。其中通讯模块、数据交换模块是核心部分，可以支持多种通信方式的介入：GSM、GPRS、语音、视频等。

1)通讯模块：采用支持北斗和GPS的双模卫星定位模块和GPRS技术。GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代(2G)和第三代(3G)移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS通讯模块是在GPRS通讯链路的基础上，采用TCP/IP协议和车载终端进行连接，实现通信。信息管理系统采用中国联通分配的固定IP地址，车载终端号码和IP地址相对应，保证GPRS通讯链路的通畅[2]。

2)数据交换模块：利用计算机电文交换技术实现，具有传输可靠性高、使用灵活、差错校验、可重发等优点。车载终端首先把要发送的数据信息编成电文，连同发送地址等辅助数据一起发往本地交换中心，在那里把它们完整地存储起来并作适当处理。当本地交换中心的输出口有空时,就将电文转发到下一个交换中心，最后由收信端的交换中心将电文传递到用户。

3)数据管理模块：利用计算机硬件和软件技术对数据进行有效的收集、存储、处理和应用的过程。其目的在于充分有效地发挥数据的作用。实现数据有效管理的关键是数据组织。在数据库系统中所建立的数据结构，更充分地描述了数据间的内在联系，便于数据修改、更新与扩充，同时保证了数据的独立性、可靠性、安全性与完整性，减少了数据冗余，故提高了数据共享程度及数据管理效率。

4)WebGis模块：该系统WebGis模块模块是指驻留于因特网上的地图发布程序。当Web浏览器(客户端)连到服务器上并请求地图文件时，服务器将处理该请求并将地图及相关信息发送到该浏览器上。服务器使用HTTP(超文本传输协议)进行信息交流。

5)GIS模块：ArcGIS产品线为用户提供一个可伸缩的，全面的GIS平台，用于系统B/S端的设计开发。GIS软件集中在应用服务器上和Web服务器上，把GIS的功能通过网络传递给用户；集中GIS逻辑，将其嵌入和部署在用户定制的应用中。

2.4 GIS二次开发

在系统中，GIS主要用于对地图的显示和管理以及对被控车辆的管理。系统中C/S端地图的显示和管理，是利用Visual C#中嵌入MapX控件实现的；B/S端地图的显示和管理是利用ArcGis Javascrip API进行二次开发。在这两项技术的基础上都很好地实现了地图创建、加载、车辆定位、跟踪监控、厂区限速等用户需求的二次开发。

2.5 硬件设计

该系统硬件由车载终端、通讯服务器、数据库服务器、WebGis发布服务器、备份服务器、防火墙、监控中心(用户终端设备)等组成。

3 功能实现

根据外进煤、外进矿和汽运公司的业务关系与管理需求，系统需要实现的功能主要包括：车辆定位监控、警情监控、油耗监控、实时拍照、车载录像监控、轨迹回放、区域线路设置、车辆信息管理、车辆调度管理、电子地图等。

3.1 车辆定位

系统在车载终端上采用了基于北斗和GPS双模的硬件定位模块，使用专用地图，可对车辆位置、速度、方向、里程、发动机开关等相关车辆情况进行定位查询，监控中心可以随时跟踪车辆当前位置、移动速度、移动方向等情况，在系统界面上显示车辆的监控状态。记录的参数包括：车速、位置、行驶方向、报警状态，并可联动查询其他数据，包括司机、司机手机号、车辆基本信息等情况，并可以报表的形式全面展现车辆的在管信息。

3.2 警情监控

当车辆受到非法劫持或发生其他意外事故时，用户主动向监控中心报警，监控中心会以声音和符号两种方式提示报警；当车辆超出了或者进入了欲先设定的区域或线路之后，卫星定位车载终端即向中心上报区域或线路报警；当有人剪断车上的电源后就会立即向监控中心上报断电报警数据；当车辆运行速度超过中心设定的最大速度值时向中心上报超速报警。根据用户一些需求，可实现区域内低速行驶后自动抓拍车厢图片、厂区内重点车辆的限速管理等特殊功能。

3.3 透明油耗监控

系统设计的油耗监控方案，采用高敏液位传感器，通过终端通用接口，并借助无线通讯网络及Internet将信息实时发送至服务器，系统自动生成油耗曲线，监控车辆加油、用油、是否有偷油、骗油的情况。其中液位传感器的技术参数见表1。

表1 油耗监控技术参数

3.4 实时拍照

监控调度中心可以随时发送命令拍摄并传输车内状态图像，图片格式可以选择：320x240、640x480、800x600等多种分辨率。还可根据用户需求实现定时拍照或自定义事件拍照：如区域内低速拍照等。

3.5 历史轨迹回放

平台可根据需要保存三个月或以上所有车辆的行车轨迹，可由监管人员事后调取并在平台电子地图上回放，在任意时间查询任意车辆的轨迹数据，重现车辆的停车时长、行驶轨迹，支持拖放、快速播放、单步播放等功能，从而了解车辆的历史行车情况。

3.6 车辆信息管理

系统可添加、删除、编辑入网车辆及相关车辆资料，选择是否上报省平台或北京平台，以及查询车辆资料等车辆信息的日常维护功能。

3.7 车辆调度管理

监管中心通过该系统可掌握外出车辆的行驶路线、速度、地点、是否空载等信息，使公司第一时间掌握车辆的运行情况，即保证了外出车辆的安全，又可根据实际情况安排货物运输。安钢厂区内车辆行驶速度、路线、区域可进行规划，实时监控车辆是否违规，可第一时间电话或短信通知到司机，避免了以往车辆乱停、乱开、疲劳驾驶、速度过快等缺乏监控的情况发生。

3.7 电子地图

可实现地图放大、缩小、漫游、测距等基本操作，实现电子地图的分层缩放显示，地理信息、车辆信息查询等。如安钢厂区A、B、C、D、E各区现运行停靠有车辆有多少辆，分别是什么类型、什么单位的车辆；安钢厂区现有车辆在一定时间内出入趟数等实时信息。

4 应用效果

该系统上线后，入网车辆已达千辆，涉及安钢汽运公司、安钢保卫处、三维物流等十余家管理侧重点不同的使用单位。系统经过多家单位使用并提出新的需求不断完善后，目前运行稳定，功能全面、安全可靠，对安钢的货运运营起到了积极作用，使得监控部门能够通过视频监控，杜绝货物掺假和货物调换，保证货物质量；实现轨迹回放，车辆定位，油耗管理，车速限制等基本功能，保证了车辆运行安全、降低了经营成本；第一时间发现异常时能短信提醒、电话沟通或跟踪监控，有效维护厂区车辆运营环境。

4.1 提升了使用单位车辆综合管理水平

该系统实现了安钢在较大的区域范围内对拥有的车辆的位置、状态等动态信息进行即时监控，及时处理车辆运营遇到的问题，提高有限资源的有效利用率，防止作弊，同时保障司机的人身安全，使车辆管理走向轻松、科学的智能高度。该系统不但可以为单位及个人对其拥有的车辆实施动态监控，提高调度管理能力，还可以协助相关部门提高打击犯罪活动、处理突发事件的快速反应能力。

(1)可实现对车辆科学化管理和智能调度。实时掌握入网车辆的运行情况和动态，可以进行物流配送，减少空载率，提高运输效能，降低管理成本。

(2)优化企业车辆资源配置实时掌控车辆运营情况。

(3)提高企业市场竞争力，保障客户财产安全 。

(4)降低企业成本、提高服务水平，增强公司实力。

(5)为现代企业管理提供了强大而有效的工具。

4.2 满足了厂区安全管理的需要

系统实施前车辆在厂区的动态监控，需要保卫人员巡逻，不能及时掌控车辆状态，发生事故需要当事人进行通知，才能到达现场处理事故。信息传输不及时，工作时需要大量工作人员。系统实施后：利用安保监控功能，实行厂区规定运输路线和作业范围、厂内道路限速、重点车辆实时跟踪及越界报警等措施，实现可控、在控的厂区道路交通安全和治安防范管理，有效遏制和预防厂内道路交通事故及利用工程机械车辆进行盗窃违法活动的发生，达到了满足厂区安全管理的应用效果。

1)该系统提高了道路交通监控功能。系统实时监控车辆在厂区内的速度，当车辆在厂区道路内超过设定速度时，会弹出报警。监控人员可第一时间通知司机，保留数据，对其进行处罚。

2)按需规划重点车辆的工作区域或工作线路。避免了重点车辆随意行驶、停靠。一旦越界可及时通知巡逻人员达到现场检查、查看。

3)有效减少了利用车辆进行盗窃违法的活动。厂区车辆的实时监控、事后轨迹回放功能很好地打击了这些违法活动，使他们不敢、不能在厂区内胡作非为。

4)确保了运输货物的安全。拍照、录像功能可实时监控车辆运送货物的状态。当车辆在厂区内速度低于一定限速后，会自动触发拍照功能，把车厢内货物的情况上传到监控中心。一些运输原材料的长途车辆可设置自动拍照功能，间隔一定时间就会上传货物状态到监控中心。有效避免了掺杂使假、欺诈盗窃安钢物资现象的发生，保证了货物的安全。

4.3 保证了车辆审车需求

该平台完全符合国家相关标准的技术要求，与省级平台、国家级平台无缝对接,取得增值电信业务许可证,信息系统安全等级证，国家专利，并通过了国家检测。全国范围内接受用户注册，提供平台监控、快速审车、位置汇报、轨迹查看、防盗防作弊等功能服务。该系统数据上报程序很好地实现了省平台、北京平台三平台的无缝对接，运输车辆不仅可以在系统上管理车辆，而且可以通过系统上报车辆数据到省平台或北京平台，实现审车服务。

5 结语

该系统在安钢的实际应用中获得良好效果。可以对车辆科学化管理和智能调度发挥作用；可以实时掌握入网车辆的运行情况和动态；可以进行物流配送，减少空载率，提高运输效能；可以减少安钢厂区盗窃活动，杜绝内部资源的损耗等。另外该平台可以通过各种服务，如收取入网车辆通信服务费，终端设备安装费等，创造良好的经济效益。由此可见该系统在安钢应用中创造的社会效益与经济效益都非常可观。

[1] 刘基余. GPS卫星导航定位原理与方法 [M]. 北京：科学出版社，2003:4-45。

[2] 文志成．GPRS网络技术[M].北京：电子工业出版社，2005.9:5-54

THE APPLICATION OF VEHICLE POSITIONING MONITORING SYSTEM IN TRUCKS LOGISTICS MANAGEMENT OF ANYANG STEEL

Gao Haiming Guo Taixiang Li Xueqin

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

In combination with the present situation of Angang's logistics and the requirements of management, the development environment of vehicle positioning monitoring system, system design, the realization of function and the application effect after implementation are introduced. Focus on the analysis of the structure design scheme of system, the database design scheme and the middleware scheme, etc. the main function of positioning, monitoring, the speed limit and take photos of vehicle positioning monitoring system are listed. The significant results are showed in application of vehicle scheduling management and the factory security management in Angang's trucks logistics.

factory logistics GPS BDS GIS

芹，工程师，河南.安阳(455004)，安钢自动化软件股份有限公司;

2016—7—9