车辆GPS管理调度系统方案.docx
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车辆GPS管理调度系统方案
中国XX钢铁（集团）有限责任公司
车辆GPS管理调度系统
技术方案
贵州中交信通科技有限公司
2013年9月
第一章系统概述
企业对于物流、运输的管理，其目标是降低成本、提高服务水平，这需要企业能够及时、准确、全面的掌握运输车辆的信息，实现对车辆的有效指挥、协调控制和管理，这已经成为大型企业门面临的一个重要课题。
而解决此课题的最有效办法就是利用GPS卫星定位技术、GSM通讯技术、GIS技术，建立能提供满足车辆监控、管理调度、防盗反劫、油耗控制、紧急救援、路边援助、移动上网、免提电话、图像抓拍等综合功能的车辆GPS监控系统。
随着我们在全省范围内对“运输企业GPS动态监控管理系统”的推广应用，目前我们已为贵州省众多从事客运、货运的企业安装了GPS系统，一方面为企业提供了有效的科学技术手段进行安全监控管理；另一方面也为交通事故提供了关键的一些分析数据。
为事前监控，事后处理，提供有效的技术支撑，让车辆的安全管理真正跨上了信息化管理台阶。
1.1企业需求特点
业务覆盖地域广
车辆复杂，从轿车、各型客车到货运车都有
区域与线路监控有要求
对货运车辆的油耗要实时监控
对货物安全保障有要求
对系统响应要求灵活、及时
需要位置服务信息的用户多
数据共享程度要求高
需要完善车辆统一信息管理
1.2系统基本原理
车辆GPS管理调度系统是集全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、无线通信技术（GPRS）于一体的软、硬件综合系统。
主要由三部分组成：
车载终端、无线数据链路、监控中心软件系统。
可对移动车辆进行统一集中管理和实时监控调度指挥。
1．全球卫星定位系统GPS
GPS系统是美国为满足军事部门和民用部门对连续实时、高动态、高精度导航定位的要求建立的全球卫星定位系统。
GPS系统是在NNSS（海军导航卫星系统）的基础上发展起来的，1973年开始建设，1993年6月基本建成。
由于GPS有24颗卫星，且分布合理，轨道高达20200KM，所以在地球上和近地空间上任何一点，均可连续同步地观测4颗以上卫星，实现全球、全天候连续导航定位。
通过集成在车载终端中的GPS模块，可以获得报警、定位、调度所必需的基本位置信息。
本系统提供基本格式、差分格式、压缩格式等多种位置信息。
2．地理信息系统GIS
通过采用GIS系统作为人机界面，本系统提供报警、定位及调度结果的直观形象的表述。
系统采用MapInfo公司的MapX、MapXtreme等通用GIS开发平台，具备丰富地理信息。
通过简单快捷的操作即可得到关心的结果。
我们可以为用户制作专门的车辆运行线路地图，为用户提供准确的道路限速地图。
还可以根据用户应用的需要，对用户所需的信息点进行采集制作成专门的应用地图。
3．GPRS
GPRS业务是移动通信从第二代（GSM数字移动电话系统）向第三代（宽带CDMA）过渡的产品，属于2.5代移动通信业务，作为第三代个人多媒体业务的重要里程碑，GPRS（通用分组无线业务）的应用，将使移动通信与数据网络合二为一，使IP业务得以引入广阔的移动通信市场。
GPRS业务是"通用分组无线业务"的英文缩写，它是在现有的GSM数字移动通信网路上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体，它以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，使现有的GSM移动通信网的数据业务突破了传统业务的速度。
相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有"高速"和"永远在线"的优点。
1.3系统方案特点
支持目前国内大部分主流车载终端硬件厂商的设备，使得用户的应用不再受制于厂商。
强大的车辆准确定位、实时监控、高效调度功能
为企业量身打造的地理信息系统，满足个性化的需求
提供标准的数据接口，可实现与企业管理信息系统、决策支持系统无缝对接
可同时支持多种通信方式，包括GSM/CDMA短消息、GPRS
超大容量，每个监控中心支持车辆总数达数万辆
支持多级架构，多中心级连、分布式互联，支持移动中心
系统具有完整安全及自动灾难恢复机制，保证安全稳定，降低系统维护成本
1.4系统功能简介
车辆跟踪调度
系统建立起了车辆与系统用户之间迅速、准确、有效的信息传递通道。
用户可以随时掌握车辆状态，迅速下达调度命令。
同时，可以根据需要对车辆进行远程控制，还可以为车辆提供服务信息。
有多种监控方式可供选择。
敏感区域监控
车辆涵盖的地理范围广，随时随地的需要知道在各个区域内车辆的运行状况、任务的执行情况、任务安排情况，让所辖范围的运输状况在眼前一览无余。
在运输过程中，有某些区域经常发生货物丢失、运输事故，在运输车辆进入该区域后，可以给与车辆提示信息。
客户服务功能
客户在运输过程中需要随时了解车辆的状态，客户可以通过两种途径得到需要的信息，一是通过客户端系统查询，二是通过拨打呼叫中心电话查询。
通过这两条途径客户可以获得如车辆定位、地物、路线规划等信息。
车辆统一信息化管理
由于水钢集团下属车辆众多，需要对车辆进行集中统一的信息化管理。
管理内容涵盖车辆的基本信息（如车牌号、车辆类型、吨位、颜色等）、保险信息（盗险、自然险等）、安全纪录、事故借款等。
系统将对车辆的所有这些信息进行采集、录入，而后向用户提供实时报警以及查询功能，报警是遵循贵州省运管的要求提供全面的A类报警工单和B类报警工单。
1.5系统效益
企业车辆GPS动态监控系统是一个实时、远程监控管理系统，无需外出稽查，可实时查看车辆运行情况，该项目的实施能有效帮助企业管理驾驶员的各类违规行为，给企业带来社会效益和经济效益。
⑴能有效防止三超
即超速，超载，司机超时疲劳驾驶，降低车辆的安全隐患，减少安全事故发生的概率，目前，贵阳市很多企业都有已经安装了GPS监控平台，超速、超载、司机疲劳驾驶比以前有明显减少，三超得到有效控制。
比如贵阳客运有限公司2008年安装GPS车辆总数310台，未安装车辆数179台，3月至12月总共发生交通事故8起，其中7起车辆未安装GPS，未安装GPS事故发生率明显比安装GPS车辆高，GPS项目的实施间接增长公司效益，保证社会和旅客及驾驶员生命财产安全；
⑵实时对司机、车辆进行监督和管理
企业的车辆一般情况在外运行时，企业对司机、车辆的管理相对比较薄弱。
GPS监控系统实施可以实时监督驾驶员及车辆运行状况，督促驾驶员不违规驾驶，当发现违规行为时，可以通过自动或手动方式提醒驾驶员，提高车辆运营的安全系数。
⑶全天候实时记录车辆运行状态，按月、按天统计车辆运行状况及违规情况，对违规严重的驾驶员进行安全教育，提高驾驶员安全意识。
⑷通过对油耗的实时监控和分段限速，降低了油耗、减少轮胎磨损，从而降低了企业的整个生产成本，提高了企业的经济效益。
第二章系统总体设计
2.1系统设计目标
通过对系统各方面需求分析调查，确定以下设计目标：
⑴、采用GSM通信技术/GPRS通用分组无线业务、GPS定位系统、GIS技术、公用电话网技术和计算机网络等技术，建立一个总控中心，若干个分中心。
⑵、系统初期设计容量为1000辆。
⑶、系统可对注册车辆实时动态跟踪、监控、文本调度等功能，对于监控车辆，可以在电子地图上显示出来，并保存车辆运行轨迹数据。
连续监控数据可达1个/秒。
⑷、对于注册车辆的突发事件如：
报警、盗窃、求援等提供服务，可将报警或求援信息传到相应中心以及总中心，提高车辆运行的安全性。
⑸、在保证系统安全的前提下采用国际通用的系统规范和传输协议，能比较容易的实现与其它系统的网络连接和数据共享，使系统具有较高的可扩展性。
2.2设计原则
⑴、经济高效性。
技术方案设计充分考虑市场经济原则，有利于降低系统投资成本；
⑵、系统的开放性。
系统设计遵循开放性原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，并支持二次开发；
⑶、系统计算机网络可适应广域网的扩展。
车辆通信终端智能化多接口结构，适应GPS、报警、等业务发展需要；
⑷、系统的继承性。
最大限度利用原有部分设备，充分利用已有资源；
⑸、系统的可扩展性。
对系统终期容量及网络发展设想进行方案设计，实现平滑扩容。
降低系统维护升级的复杂程度，提高系统更新、维护、升级的效率。
系统采用模块化设计，支持随当今网络技术的发展而发展；
⑹、系统安全性。
在互联网络中，防止非法用户享受服务，防止计算机病毒的入侵，总体方案中提出了对车辆智能调度系统的闭环检测及网管方案。
实现对整个网络的实时监控。
软件设计及数据调度中采用纠错冗余技术，保证系统安全及准确性；
⑺、系统经济性。
在技术方案中，在性价比最好的情况下尽量做到最低成本；
⑻、系统高可靠稳定性。
为保证系统能良好运作，在满足各项功能的同时，车载设备、总监控中心软硬件等必须有很高的稳定性和数据的安全和可靠性，充分考虑了当地GSM/GPRS通信条件对本系统的支持状况；
⑼、用户管理功能。
系统的车辆注册和管理功能在总控制中心实现，各分控中心无注册车辆、管理车辆功能。
2.3系统网络结构
系统中心设计分为四级网络结构，包括总控中心、分控中心、一级用户中心、二级用户中心。
上级中心有控制自己对应的下级中心的车辆的权限。
其网络结构如下图：
总控中心是整个系统的控制中心，总控中心可以控制本系统中任何中心注册的车辆，可以控制各分控中心的权限等。
总控中心提供整个系统唯一对外的通信接口（通信网关），连接短消息服务中心，GPRS接入网关和传呼中心等。
总控中心拥有整个系统唯一的数据中心，统一管理整个系统的注册车辆，管理系统之间的漫游车辆。
总控中心
（“110“指挥中心）
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车辆
车辆
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其中：
⑴、总控中心与GPRS网关（GGSN）采用DDN专线连接，分控中心采用GPRS无线上网方式接入，并通过GGSN与总控中心连接，实现各中心的网络互联。
⑵、总控中心可以采DDN专线连接移动短信中心，使移动短消息业务可以成为GPRS业务的备用信道。
⑶、车辆采用GPRS方式接入系统，实现总控、分控中心监控、控制特种车辆的功能，并可接入INTERNET网及内部网。
⑷、总控中心、分控中心通过移动GGSN服务器连接在一起，可以承载互联网的功能。
2.4系统安全性考虑
2.4.1防止非法入网
系统采用设备认证、用户认证、授权等方式防止非法用户入网。
系统中每一接入设备都由网管服务器分配的单一设备ID号及密码，每位对系统设备进行任何操作的操作员都有其唯一的操作员ID号及密码。
任何设备连接到系统中的任何设备后必须有合法的设备ID登录，否则系统设备会在很短的时间内（一分钟之内）主动关闭连接，这就能够防止非法设备接入该系统，也能防止非法操作员对该系统进行操作。
另外在短信传输方面，系统中网关设备判断是否为系统的合法数据（按系统自定义的数据格式），对于不合法数据自动丢弃。
2.4.2故障处理
系统设备中，网管服务器通过系统自定义的链路探询数据帧定期检查其他设备的运行情况。
对于系统中的通信故障记录在网管服务器的日志文件中。
另外，系统中对于关键设备的连接情况，除记录日志外，对于连接故障，系统可以做声光提示。
对于硬件设备的运行情况，控制中心可以设置定期巡检，并记录运行非正常设备。
2.4.3防止网络攻击
本系统只有一个出口，就是通信服务器，在通信服务器上加一道防火墙，阻止网络的非法数据进入系统。
第三章系统功能
本系统通过控制中心系统（包括总控中心、各分控中心）和安装车辆上的车载设备之间通信实现车辆地理位置信息实时上传，车辆报警、求助，报警监听，油耗监控报警，车辆远程控制，调度与信息发布，远程参数设置与菜单修改等功能；通过中心系统实现基于电子地图的地理信息查询，车辆信息查询，车辆轨迹保存、回放等功能。
3.1地理信息功能
3.1.1地图基本操作
地图的基本操作包括：
地图放大、地图缩小、地图选中、地图移动、测距等。
3.1.2地理信息查询
地理信息查询：
点选择、圈选择、矩形选择、精确查询地物、模糊查询地物等。
3.2管理功能
管理功能指使用本系统进行运营时需要具有的整个网络的管理功能。
3.2.1权限管理
权限管理分级别进行管理，主要体现在操作员级别上。
操作员对应于一个总控中心和分控中心，只有总控和分控中心可以增加、删除操作员，配置操作员的权限。
操作员按分组进行管理，各中心设一个总控组，该组的操作员可以操作该中心的所有操作（系统管理员可以控制）。
3.2.2网络管理
中心系统可以显示本中心的网络拓扑图。
在网络拓扑图上可以查看网络设备工作情况。
如果网络关键设备故障，终端设备声光报警，提醒操作员前往处理。
关键设备采用看门狗技术，当自身检测到异常时，可以自动恢复。
3.2.3安全管理
系统安全性：
各设备使用前必须在网管服务器添加设备，使用时向上层设备登陆，而各设备登陆请求由网管服务器统一处理，这样可以阻止非法设备进入系统。
中心终端设备使用时，必须使用序列号，序列号由我公司统一分配。
序列号采用先进的加密算法得出，可以标示该序列号允许使用的中心、设备类型等。
3.3业务功能
业务功能指本系统支持的各项业务内容。
3.3.1车辆地理位置信息查询
车载设备通过GPS模块接收卫星信息，可以提供实时的车辆位置信息。
该信息通过无线通信（GSM/GPRS）手段传回控制中心后在电子地图上显示出来，可以确定车辆的地理位置。
基于车载设备提供的信息整个系统可以提供如下功能：
3.3.1.1车辆监控
控制中心可以通过监控终端选择监控单车或按特定条件组合的多车，命令发送到车载设备后，车载设备发送自身的位置信息回控制中心。
控制中心监控车辆时可以选择指定车载设备按一定时间间隔或按一定位置间隔发送位置信息回中心。
控制中心在电子地图上显示车辆位置，并可显示车辆行使的轨迹路线。
多个中心可以同时监控一辆车。
3.3.1.2车辆位置查询
控制中心可以选择查看车辆当前的位置信息，此时车载设备发送一条位置信息回控制中心，并显示在电子地图上。
3.3.1.3实时定位
控制中心可以选择配置车载设备，使其按特定时间（如中午12：
00）或到达特定位置发送位置信息到控制中心。
对于指定时间回报数据是保存在网管数据库，监控终端可以查询。
对于指定位置回报数据是直接送到监控终端。
3.3.1.4车载设备主动上报数据
车载设备根据初始参数配置，自动向中心发送GPRS数据。
初始参数设置包括移动台在线方式，包括永远在线，用户激活；移动台上线通知，指移动台连接中心后，是否给中心发送通知消息；上报数据参数，包括上报数据的周期，时间，并可以按照不同状态（开车/停车状态）设置数据参数。
3.3.2车辆报警、求助
车辆报警包括防劫报警、防盗报警、开车门报警、主电源断电报警、超速报警、越界报警、进入\离开区域报警，电瓶电压过低报警等。
其中防劫报警处理如下：
当车主触动车载设备上的脚踏报警开关时，根据设置车载设备发送报警信息到总控中心或到车辆注册的分中心，控制中心收到报警信息后，马上将该车处于重点监控状态、经过验警，确定报警后可以在各个控制中心之间进行转警。
中心可以设置自动异地转警功能。
当中心收到报警时，判断报警是否是在本中心处理范围内，如果不是，即判断是否报警点有该系统地另一个控制中心，如果有就自动将报警转发到该报警地控制中心，实现报警处理本地化。
车辆求助包括医疗求助、道路指引、故障求助、纠纷求助。
车载设备在手柄上设置求助菜单，在调度屏上设置求助按钮，必要时，车主可以选择向中心求助。
求助信息按种类不同发送到总控中心和分控中心，中心收到求助信息，在监控终端上显示求助信息内容及车辆的位置及车辆资料信息。
中心可以根据需要做相应处理（如监控、监听等）。
3.3.3报警监听，和监听回放
中心在收到报警或求助信息后可以选择监听该车辆。
监听可通过语音网关与车载设备的手机电话通话来实现，具体的实现方式有两种。
一是中心发起的监听操作：
当车辆处于报警状态时，中心可以发起监听操作，中心的语音网关拨打车载设备的手机，车载电话将自动接听，处于监听状态。
二是车载电话主动发起的监听：
当车辆处于报警状态，而且预先设置成需要车载电话主动发起监听的话，车载设备将主动拨打中心的电话，中心操作人员看到报警信息的同时，摘机就可以进行监听。
监听语音文件保存在语音网关，中心可以在事后查询和回放。
3.3.4分段限速
一般情况下每一辆车行驶在不同的线路也会有不同的速度限定，这就是分段限速。
我们的分段限速的设置完全在总控中心设置，将道路限速数据采集整理，分别制成不同限速数据图层，通过GIS缓冲区技术，将各条线路绘制成区域，做成mapx工程文件存储到服务器中，当有车辆数据数据传回中心时，终端服务器收到GPS数据，将数据转发到数据处理服务器，在数据处理服务器中判断车辆当时限速，如果限速和上一次GPS数据车辆所在道路限速不同，将新的限速数据发送到车载终端，否则不发送，简化了客户使用GPS动态监控系统的操作，保证了限速数据设置的统一。
一旦车辆超速行驶，不用通过中心，车载终端就可以立即通过语音给驾驶员报警提示。
3.3.5视频功能
对车载GPS/GPRS视频而言，目前在国内市场上主要是以视频抓拍为主，而对于视频抓拍的控制可以由多种方式来触发，主要有：
中心主动抓拍，开车门触发，关车门触发，车辆点火触发，报警触发等等。
（如：
当车门开启后由车门信号触发车载设备启运摄像头进行拍照）
在客运管理上主要的难点除了车辆不按线路行驶，规定线路上不限速行驶以外的管理难点在于车辆的人员超载，司机的疲劳驾驶，而在这两个问题上视频抓拍功能可以有效的解决此类问题的管理难度，此外引入带红外夜视功能的摄像头还能有效管理夜间行驶车辆的人员超载及疲劳驾驶。
3.3.6远程控制
总控中心和相应的控制中心（注册地控制中心或漫游地控制中心）在收到报警信息，经过特权用户认证后，可以选择对车辆进行远程控制，包括控制：
✧油路关闭/开启控制。
✧点火电源关闭/开启控制。
✧打开车门/关闭车门。
3.3.7车辆调度（语音/文字）
车辆调度包括车辆指示、信息发布、信息下载等。
车辆指示指需要移动台应答的调度信息，可以设置成移动台自动应答或司乘人员按键应答，也可以设置是否需要司乘人员输入简单的回应信息。
信息发布指中心可以发布一些广告、气象等信息。
信息下载指下发到移动台后，司乘人员可以用来上发的信息，用于司乘人员主动与中心联系时使用的。
总控中心和各分中心都具有车辆调度的功能。
各控制中心可以采用单车调度、分组调度、分控调度的形式下发调度信息。
各中心还具有区域调度的功能。
当只需要对一定范围内的车辆进行调度的时候，可以先在地图上设定好需要调度的范围，然后再发送调度信息，那么只有这个范围内的车辆可以收到调度信息，并以语音的模式读出来。
同时如果有接调度屏的话还会将文字信息显示在调度屏上。
3.3.8车辆轨迹数据保存、回放
控制中心保存车辆的所有监控和报警数据，可以选择在任意时间查询任意车辆的轨迹回放数据。
轨迹回放时可以选择回放速度，回放时间，是否显示轨迹等。
车载设备保存一定时间的黑匣子数据，中心可以选择查询保存在车载设备的数据。
3.3.9控制车载电话功能
车载手柄具备车载移动手机的一般功能，可以拨入、拨出电话，发送短信息。
车载手柄通话功能可以由中心控制，可以设置呼入呼出限制。
3.3.10油耗监控
中途停车统计业务提供了车辆行驶过程中超时停车状态的记录，包括：
✧位置记录
✧报警记录
✧停车时长统计
系统提供通过有线（串口）或无线的方式读取黑匣子数据。
车载黑匣子的存储数据时间间隔可以由中心设置。
3.3.11模糊查询功能
模糊查询指根据一定的条件组合查找到相应的移动台。
模糊查询可以按分组查询后按分控查询。
查询成功后，可以对查询所得的移动台进行操作，如进行车辆监控、位置查询、车辆调度、车辆信息查询等。
3.3.12WEB查询功能
该系统支持网上操作。
系统安装信息服务器，其可提供该功能。
用户可以在互联网上操作自己的车辆。
网上查询车辆相关的各种信息报表。
第四章总控中心
4.1总控中心结构
总控中心是整个系统的控制中心，总控中心可以控制本系统中任何中心注册的车辆，可以控制各分控中心的权限等。
总控中心提供整个系统唯一对外的通信接口（通信服务器），连接短消息服务中心，GPRS接入网关等。
总控中心拥有整个系统唯一的数据中心，统一管理整个系统的注册车辆，管理系统之间的漫游车辆。
总控中心结构图如下：
图4.1总控制中心结构图
如上图所示，总控中心包含设备有：
✧数据中心
✧网管服务器
✧中心交换机
✧监控终端
✧网管终端
✧通信网关
✧GPRS前置机
✧短信前置机
✧传呼前置机（可选）
其中GPRS前置机与路由器连接，接入移动GGSN网关。
采用双网卡，与内部网络隔离。
短信前置机是连接短信中心的前置软件，可作为GPRS的数据备份。
4.2总控中心主要设备及其功能
4.2.1网管服务器
4.2.1.1业务功能
1、移动台管理包括：
✧车辆注册，注销；
✧车辆信息查询、信息修改；
✧设置移动台短信中心号；
✧设置移动台报警手机号；
✧设置移动台报警电话号码；
✧设置移动台监听电话号；
✧移动台缺省报警路由配置；
✧移动台报警路由申请、求助路由申请、调度路由申请；
✧修改移动台密码；
✧用户业务设置、查询；
✧终端查询车辆信息功能；
✧移动台实时定位条件设置；
✧移动台进入、开出特定区域报告；
✧设置黑匣子保存数据时间间隔。
2、操作员管理，内容是：
✧操作员注册；
✧操作员注销；
✧操作员修改密码；
✧操作员权限设置；
✧操作员的登录验证；
✧操作员注销登录。
3、监控终端管理。
包括：
✧监控终端登记；
✧监控终端信息修改；
✧监控终端注销；
✧监控终端鉴权；
✧监控终端权限设置。
4、网管终端管理。
包括：
✧网管终端登记；
✧网管终端信息修改；
✧网管终端注销；
✧网管终端鉴权。
5、系统设备管理。
包括：
✧设备登记；
✧语音处理机鉴权；
✧交换机鉴权；
✧设备参数管理；
✧各设备参数配置；
✧记录、反应系统各设备通信、业务处理状态。
6、网络拓扑。
用图形形式描述整个网络的结构，动态显示当前在线的监控终端、网管终端。
动态显示监控终端当前监控的移动台和动态显示报警的移动台信息。
动态显示系统各设备的连接状态。
7、日志管理。
包括：
✧网管服务器日志；
✧历史日志的查询；
✧日志的刷新和保存。
8、运行轨迹管理。
包括：
✧轨迹保存；
✧轨迹回放；
✧定点轨迹查询。
9、数据安全管理。
包括：
✧用户信息安全；
✧设备信息安全；
✧日志信息安全；
✧数据保存及恢复。
10、流量控制。
包括：
✧分控中心可同时监控车辆数目设置、修改；
✧用户分组可同时监控车辆数目设置、修改。
4.2.1.2管理功能
负责网管开机初始化，关机退出确认，关闭TCP连接、SQL连接，释放内存，维护发送队列。
实现了以下多种任务：
1、网络管理
提供网络管理和数据存储服务。
2、鉴权
系统设备注册验证，设备相关操作员的登录验证，各业务的操作权限鉴别。
3、历史记录
提供对历史记录的访问（包括历史数据轨迹回放、历史日志查询）和历史记录数据库的维护。
4、超时重传
提供超时重发机制，保证网管终端的用户设置数据尽可能不丢失。
5、流量控制
提供流量控制功能，防止系统崩溃。
6、数据库同步
提供数据库同步功能，防止数据中心与网管服务器的数据不一致。
4.2.1.3通信功能
网管服
升级会员 