车辆监控管理系统实验设计

韦娟 刘乃安 付卫红 李晓辉

[摘 要] 车辆监控管理系统实验来源于实际车辆管理部门的需求，使用GPS模块采集数据，通过GIS专业软件进行影像配准，分层矢量化，通过通信模块发射和接收信息，学生切身感受整个系统的功能及业务流程，实验涵盖了GPS、GIS、无线通信等内容。支持设计性和综合性实验，可进行硬件电路设计、通信系统设计、数据库设计、软件系统设计等。

[关键词] 车辆监控;采集数据;影像配准;无线通信

[基金项目] 2019年度教育部产学合作协同育人项目“新工科背景下电子信息系统智能创新实践”（201901020023）

[作者简介] 韦 娟（1973—），女，陕西渭南人，工学博士，西安电子科技大学副教授，硕士生导师，主要从事空间信息处理研究。

[中图分类号] TP391.4   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324（2021）36-0021-04    [收稿日期] 2020-12-28

车辆监控管理系统是利用GPS定位技术、GIS技术和无线通信技术的产物[1-3]。GPS车辆监控系统将移动目标的动态位置（经度、纬度）、时间、状态等信息，通过无线通信的方式发送回监控中心。监控中心通过使用GIS和组件技术，在具有地理信息查询功能的数字地图上进行移动目标运动轨迹的直观显示，亦可以通过监控终端向车辆发出监控指令，从而实现监控车辆的集中监控和指挥调度。

本实验主要是设计一个监控管理车辆系统来模拟实际系统。主要功能有：车载终端能够向监控端发送自己的位置信息，监控终端能够接收数据和显示车辆的运动轨迹，并且能给车载端发送控制指令和查询车辆的基本信息，车载终端能将接收到控制中心的调度指令显示。

车辆监控管理实验系统从结构组成上由车辆监控管理中心和车辆终端组成，从功能上综合了监控中心子系统、无线数据传输子系统、车辆定位子系统和显示指令子系统四个部分，从而形成了一个完整的综合性车辆监控管理系统，为车辆的管理、调度和智能控制提供了一套解决方案。整个系统的框架如图1所示。

车载终端设备包括：GPS信号接收模块，无线通信模块，显示监控中心的调度指令模块，串口及短消息传输控制模块。监控调度中心包括：无线通信模块，GIS模块（调用MapObjects及数字地图显示相关信息）[4，5]，数据库模块，查询模块，主控制器PC。系统由一些接口和通信协议将车载终端和中心监控端连接起来。接口包括：与数据库的接口、串行通信接口、PC串口及网络接口。通信协议包括：自定义的消息数据格式，AT指令集等。

一、车辆管理系统地图配准及矢量化

学生以给定研究区域的平面图片为底图（本文用西电校园平面图），完成数字化过程，主要包括：操作影像图配准;已配准影像图的矢量化;相关属性信息的添加。

首先扫描地图，采用GPS接收机进行数据采点，然后使用影像配准工具进行配准，在影像配准时，根据实际坐标数据在影像上逐一选点进行配准，选点时要注意顺序，以便于控制整个图像不至于扭曲变形。在影像图上增加多个控制点（至少4个），输入其实际坐标。图片就配准到了GCS_WGS_1984地理坐标系下。当鼠标在地图显示区移动时，在ArcMap状态栏上就会显示当前位置的经纬度坐标。对配准后的影像图进行分层矢量化，得到图像的平面数字地图。示例图2为西电校园平面数字地图。

二、车载终端设计

车载终端设计，一是能够正确接收GPS卫星的信号，解码处理后向中心监控端以一定的格式通过无线模式，发送车辆的定位信息、时间信息和车辆状态等数据到监控中心，数据与矢量化后的数字地图进行匹配，显示监控车辆的位置和轨迹。二是接收监控中心的指令，并显示在液晶屏上。实验中的车载终端由四个子系统组成：核心板子系统、GPS定位子系统、无线通信子系统和用于显示调度指令的液晶屏子系统，系统框图如图1上部分所示，硬件连接如图3所示。核心板为该终端的大脑中枢，连接定位模块、通信模块和液晶屏，其主要作用是通过控制MCU接收GPS定位信息、发送定位信息、接收调度指令并显示在液晶屏上。定位子系统由GPS 模块组成。主要完成车辆运动过程中的实时位置信息（经度、纬度、速度、方位角）和航向信息的采集处理等功能。无线通信子系统是监控中心与车辆系统进行通信的桥梁，采用无线通信的方式可保证信息传输的实时性，可靠性等。通信模块主要是实现控制指令的接收和状态信息的发送等功能。一方面车载终端将车辆位置点的经度、纬度、速度、方向等信息以一定格式发给监控中心，监控中心接收数据并解析后存入数据库供GIS平台调用。另一方面接收由监控中心发来的指令。

三、车辆监控中心设计

车辆监控中心是系统的核心部分，主要功能是用来显示和记录车辆的位置和运动轨跡，清楚的监控到车辆的运动情况，以便发送指令给车载终端对车辆施加控制。在不断接收由无线数据传输模块发送来的车辆位置等数据信息后，将以约定的控制指令形式，通过无线数据传输模块发送至车辆终端。监控中心需要配有电子地图显示窗口，用于实时显示车辆的运动轨迹。

实验中的数据库主要用来保存车辆的静态和动态数据，由若干数据表组成，GIS显示程序、通信程序和车辆信息管理查询程序三者均使用数据库，车辆信息管理查询程序主要使用车辆静态资料表，用于查询车辆的基本信息，而GIS显示程序和通信程序主要访问车辆动态数据，GIS显示程序是从数据库中读出动态数据，在数字地图上显示，通信程序是将接收到的车辆位置动态数据写入数据库中。

车辆基本信息表用于记录车辆的相关属性信息，如车辆编号，车牌号，车主姓名，SIM卡号，所属单位等，该数据表中车辆编号为关键字，可通过下拉菜单选择车辆编号查询车辆信息，查询时调用数据库中的相关数据显示在对话框中。