应用GPSGSM进行车辆定位与管理系统开发.docx
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应用GPSGSM进行车辆定位与管理系统开发
西部交通建设科技项目交通编号：
合同号：
200236879133单位编号：
密级：
内部分类号：
应用GPS、GSM进行车辆定位与管理系统开发
TheDevelopmentofGPSVehicleTrackingandManagementSystem
研究报告
（简本）
ResearchReport
云南省交通科学研究所
大连海事大学
云南昆明交通运输集团有限公司
2004年6月中国.昆明
中文题名
应用GPS、GSM进行车辆定位与管理系统的开发
英文题名
TheDevelopmentofGPSVehicleTrackingandManagementSystem
交通编号
项目来源
西部交通建设科技项目
单位编号
合同号
200236879133
分类号
项目起止年限
2002.7~2004.3
第一完成单位
云南省交通科学研究所
密级
项目负责人
欧阳学兵（高工）
报告撰写人
陈佳（教授）
陈燕（教授）
欧阳学兵（高工）
吴仕忠（工程师）
夏志忠（副教授）
项目主要参加人
夏志忠（副教授）
陈佳（教授）
贾传荧（教授）
曹妍（副教授）
贾红雨（副教授）
杨敏（高级工程师）
庄国成（工程师）
蒙奕（高级工程师）
王治辉（工程师）
周宏波（工程师）
张岩峰（硕士研究生）
刘爽（博士研究生）
许林（硕士研究生）
谭玉波（硕士研究生）
主题词
GPS数据终端，GIS，监控系统，管理信息系统，预测模型
关键词
嵌入式GPS，时间地址转换、2变3汉字编码、面向对象多维数据库
摘要
本项目针对云南省公路货物运输的实际问题，以信息化带动组织管理规范化、专业化为主要目标，运用现代物流的观点对项目依托企业的现行业务进行了流程再造研究，提出了运输企业的信息化框架；进行了GPS数据终端的研发；基于GIS技术开发了车辆监控系统；围绕着货物运输的各项管理功能开发了满足运输企业实际管理需求的管理信息系统，建立起了运输企业的信息化应用示范，其中突破了嵌入式GPS中的时间地址转换和2变3汉字编码、面向对象多维数据库建模等几项关键技术。
所形成的成果证明，应用信息技术对运输企业提高内部管理水平、提高管理的效率、改造现有业务流程，提高综合竞争能力是一条有效的途径。
本项目的研究成果在西部运输企业具有推广应用价值，并具有产品化应用前景。
Abstract
ThisprojectisbasedonthehighwaytransportationofYunnanProvinceItistakinginformationizationastheleadingfactor,themainpurposeoftheprojectistouseinformationizationtopromotetheorganizationalmanagementstandardization,specialization.UsingthepointoflogisticsservicetogiveanewBusinessProcessRe-engineering,andhaveputforwardtheinformationizationframeofthetransportationenterprise;HavecarriedontheresearchanddevelopmentofGPSdataterminal;HavedevelopedvehiclemonitoringsystembasedonGIStechnological;managementinformationsystemmeetingtheactualmanagementdemandoftransportenterpriseinfunction.Setupanexampleofinformationizationapplicationsinthetransportenterprise,severalitemsofkeytechnologyare:
1.GPSterminalwithanembeddedconfigurablesoftwareapplicationwhichcanconverttimeandaddressand2-to-3Chinesecharactercode.2.Objecte-orientedmultidimensionaldatabasemodeling.Itisprovedbytheachievementthattheusinginformationtechnologycanraisethemanagementlevelinenterprise.Theresearchresultsofthisprojectareworthpopularizingandapplyinginthewesterntransportenterprise,andithasprospectofcommercialization.
1项目概况
统计资料表明云南省公路运输在近几年内实现了持续增长，为保障和促进全省社会和经济持续发展发挥了重要作用。
但由于在货物运输方面近十余年来已形成的经营主体多元化、小型化的影响，原货运企业在组织、集约化、规模化、专业化方面的优势已严重削弱，当前全省货运市场仍普遍存在竞争有余、协调不足的问题。
本项目为提高运输企业在组织管理规范化、规模化、专业化程度，加强监控、提高管理效益而提出。
二OO二年八月二十八日在云南昆明通过项目可行性论证，由云南省交通科学研究所题出，大连海事大学，云南昆明汽车运输集团有限公司共同完成。
本项目以昆明交运集团为代表企业作为项目依托工程组织30辆试验车，进行车辆信息的采集，建立信息接收中心站，进行信息的接受、处理、分析，开发相关的运输企业信息管理系统，为企业的车辆动态跟踪、信息沟通、商务决策、客户服务提供更为直观、实时的信息来源与决策依据。
项目的完成将对提高运输企业的管理水平、信息化水平和安全生产有着重大的作用。
2项目总体目标
本项目的总体目标是：
在充分研究云南省公路运输企业的现状和发展趋势的基础上，找出运输企业信息化进程中的实际需求，提出运输企业信息化构架；采用先进的GPS定位、数据通信、电子地图和数据库技术，对运输车辆实行有效管理、适时调度、全程监控、防盗防抢、车辆搜寻、行车诱导；将车辆信息纳入现代化管理体系，进行全过程的收集、分析、处理，逐步形成现代物流的信息基础，提供现代化的管理手段，提升运输企业的管理水平，推进企业信息化的进程，努力打造新型的现代化、信息化的运输企业。
3主要研究成果
本项目运用GPS、GSM技术研究开发了车载数据终端，并制订相关的通讯协议，能够支持信息发送、车辆部分信息的存储并可通过IC卡读出、职能监控与调度、报警、盲区补偿、电源与死机自动恢复等。
其中的2变3快速汉字编码技术在数据终端的运用提高了数据处理速度；IC卡压缩时间地址转换技术的研究与运用使原来应该存储在RAM中的时间信息，可以通过RAM的地址信息换算出时间信息，地址对应的是时间信息；这样RAM地址中存储的内容就是对应某时间存储器的内容。
目前这两项技术的研究已申报国家发明专利，专利申请号为1.6，专利名称：
一种无线定位终端数据保存和硬件保护的方法
采用GIS技术开发车辆运输管理中的监控系统，GPS监控系统主要完成实时接收车载终端GPS发回的车辆定位数据、报警数据，并以图形界面形式显示车辆的运行状态，其监控任务主要是通过视图类实现的，地图上车辆图标显示、轨迹重现及动态显示是通过自定义类实现。
在管理信息系统的开发过程中首先针对业务流程中的薄弱环节进行流程再造，然后采用面向对象技术进行多维数据库设计，建立稳定的多维数据库模型，并在此基础上进行了系统分析和功能设计，实现了包括客户管理、合同管理、车辆管理、配送调度管理、库存管理、统计处理、网上服务、预测分析在内的各项功能。
面向对象技术在多维数据库设计中的运用使得系统开发中的数据分析与功能分析形成有机整体，由于数据模型的稳定性，使得信息系统的各功能模块的开发具有较高的内聚性、较低的耦合性，提高了系统的可重用性、可维护性和继承性，对本项目中的信息系统开发及今后的开发工作具有重要的指导意义。
预测模型的研究采用的是数据仓库技术和数据挖掘技术，由于多维数据模型的建立使得业务数据库更容易向数据仓库转换，通过建立的预测模型，从数据仓库中抽取和分析历史数据，并在此基础上进行科学的预测为高层领导的宏观决策提供了科学的依据。
4、基于GPS、GSM的数据终端的研发
数据终端的硬件研发内容包括F015单片机及外围电路、GPS模块、GSM手机模块、电源模块、IC卡接口和声音模块。
目前系统硬件设计部分已成型，功能调试完毕。
按照设计需求，数据终端的硬件模块能够支持信息发送、车辆部分信息的存储并可通过IC卡读出、职能监控与调度、报警、盲区补偿、电源与死机自动恢复等。
监控信息采用短信方式实现收发，本项目制定的无线通讯协议中的短信内容格式如下：
先导符（2B）＋信息类（1B）＋内容＋结束符（1B）
其中先导符为“*！
”，结束符“#”。
车载终端系统主要是通过短信完成车辆的定位与调度，因而以中断方式完成来自TC35手机模块和GPS模块的数据的接收。
在主程序中循环采集信号和控制其它外围设备。
短信发送与接收的数据保存与单片机的外部RAM中；终端系统运行参数保存单片机外部RAM中；可接听电话号码保存于Flash中；盲区车辆信息数据保存于IC卡中。
数据终端具有以下几个方面的特点：
1）、采用地址时间转换和2变3实时汉字编码技术实现快速数据存储和数据处理并申报国家发明专利
2）、利用脉冲吸收电路提高抗干扰能力
3）、兼容其它移动终端的通信协议
数据终端如图1所示。
图1数据终端
5、基于GIS的车辆定位系统的研发
GPS监控端主要完成实时接收车载终端GPS发回的车辆定位数据、报警数据，以图形界面形式显示车辆的运行状态。
监控任务主要是通过视图类实现的，地图上车辆图标显示、轨迹重现及动态显示是通过自定义类实现的。
主程序首先调入昆明地图，建立与数据库的连接及与短信中心的连接，然后启动定时器，每秒钟处理一次从短信中心接收来的数据，如果选择了实时监控车辆，在地图上就会在上次有数据记录的最后一个位置生成汽车图标，显示车辆当时的定位数据及状态。
选定的监控车辆发回了新的定位信息，地图上的汽车图标随之改变，并画出行驶轨迹，数据视图中同时显示同步定位数据。
车辆定位系统对不同的数据通讯协议具有兼容性，能够从IC卡中获取盲区数据，并且能够提供多种数据通讯方式，其主要功能有：
1）、协议解析
2）、数据存库
3）、历史记录回放
4）、发送监控命令
5）、实时动态监控
6）、数据查询
7）、电子地图显示
车辆定位与监控系统如图2所示。
图2车辆定位与监控系统
6、车辆调度系统的开发
物流系统中配送和调度是运输管理中的一个重要环节，因此本项目把根据依托单位的实际需求进行自动配送调度算法研究作为课题组的一个重点问题。
实际的配送需求是依托单位的配送部按区域划分，将客户与配送部对应，配送调度中心根据客户的需求分配车辆到各个配送部，再由各配送部负责周边客户的货物配送。
由于客户不确定、运输路程及方向不固定、车辆的载货量大小不同、车型不同，这就要求我们必须找到一个切实可行的算法，以期快速产生一个较高效的配送方案。
为了解决实际问题我们提出了一种配货算法，其目标是在满足客户需求的前提下，降低配送成本，使配送结果达到资源使用合理化。
自动配载算法设计时，首先考虑以下的条件约束
1）同一配送站的不同存储标志（入库、出库、直送）的货物不能配在同一辆车上
2）配送的车型必须与配送需求中要求的车型相符
3）整件货物不能被拆分
4）车辆配货不能超过可载重量
由于大量的小批货物的存在，这里考虑采用最佳适配算法与贪婪算法相结合。
最佳适配算法（BF-BestFit）即最佳拟合法，即找到和该货物最匹配的车，使车辆的剩余载重最小，这样可以尽量使大宗货物有车可配，而且对于大量的小吨货物可以插入到剩余空间中，确保车辆的利用率。
而贪婪算法是指一步一步进行，根据某个优化测度（可能是目标函数，也可能不是目标函数），每一步只考虑一个输入，它的选取应满足局部优化条件。
该配货算
法如图3所示。
图3配送算法流程图
7、运输企业信息化建设框架研究
在管理信息系统的开发中，课题组首先对项目依托单位的业务现状进行调查，调查工作以货物运输单位为主，主要调查了依托单位的客货运输部、企业管理部和技术机务部以及集团公司下属的泰来物流公司和快运物流公司，项目依托单位运输管理现状特征是：
1）、以手工管理方式为主
2）、业务流程各不相同。
3）、配送站点或分部门各自为战，运营车辆得不到合理利用。
4）、客户服务渠道单一，运输质量有待提高。
整合后的运输企业的业务流程要实现以客户服务为中心，以客户的需求（定单）为驱动的管理模式，首先就要对企业的各类客户的基本信息进行统一管理，这一管理环节可以由客户服务部来完成，同时客户服务部还要负责客户的反馈意见。
客户与负责开拓市场的市场部业务人员签订长期、短期或一次性合同，合同签订后由专人负责合同的评审，评审通过后合同才能生效。
调度中心接收客户的运输委托，并根据合同的要求和车辆信息，实施统一的配送调度，集中配送调度将现有的车辆有效地整合在一起综合考虑资源的合理利用，打破的原来车辆分散管理、分散调度所造成的资源浪费，可以提高车辆的整体利用率。
在配送过程中调度中心实时监控车辆的运行，并根据车辆的运行状态及时调度。
车辆配送完成后设置的管理环节是获取车辆运输完成反馈信息，并根据反馈信息、合同信息、运输需求进行统一的费用结算。
以再造后的运输企业业务流程为基础，在数据库结构体系的支持下，围绕运输配送、客户服务、车辆维修、仓储及统计等业务流程来构建的信息系统总体功能结构包括：
1）、基础数据管理
2）、车辆管理
3）、客户及合同管理
4）、运输需求与配送处理
5）、运输结果统计
6）、库存管理
7）、网上客户信息的登录
8）、网上运输服务信息的查询
9）、人事管理
10）、财务管理
11）、决策模型及决策分析
基于依托单位实际需求的运输企业信息系统基础设施总体逻辑结构框架如图4所示。
图4信息系统基础设施逻辑结构
8、管理信息系统的开发
管理信息系统的开发主要围绕着车辆管理、车辆维修管理、客户合同信息管理、运输需求信息管理、车辆配送及调度、车辆的运输反馈及信息统计等进行，系统功能设计如图5所示。
图5管理系统总体功能结构图
管理系统的主页面如图6所示。
图6管理系统主页面
9、物流资源信息查询系统的开发
物流资源信息查询系统包括车辆定位信息、车辆基本信息、货物运输需求信息（即货源信息）、客户（货主）信息、车辆动态信息的查询及运输结果的反馈与统计。
管理信息系统中的查询功能体现在每一管理模块中，采用C/S体系结构提供各类信息的模糊匹配查询。
在网上服务系统中采用B/S体系结构，提供了客户信息、合同信息、货物运输信息的查询功能。
管理系统中的查询功能如图7所示。
图7各管理模块中的查询功能
10、客户关系管理系统的开发
本项目结合项目依托单位的现状对客户关系管理系统进行了设计，所采用的基本原则是：
前台采用B/S体系结构实现客户基本信息的输入，客户意见的信息反馈；后台采用C/S体系结构实现客户信息处理、查询和分析，两种体系结构共用同一个数据库平台。
客户关系管理系统主要业务流程图如图8所示。
图8客户关系管理系统流程图
11、网上物流管理系统的开发
网上物流管理系统主要是针对已注册的客户来进行的。
前台采用B/S结构输入合同意向、运输需求，同时还可以查询配送结果；后台采用C/S结构对合同及运输需求进行评审、配送处理。
其工作流程是客户通过合同意向的输入页面将最初的运输意向信息输入到共享的数据库中，市场人员在后台利用合同管理功能获得合同意向并与客户取得联系，采用传统方法与客户针对合同意向达成共识，然后可以利用合同管理功能将合同评审信息输入数据库，使合同正式生效。
合同生效后客户可以在网页上提交运输需求，即实现网上下单功能。
运输需求直接进入公用数据库平台，调度员可以及时获得运输需求，并实施配送调度，车辆在运输期间则通过定位系统实现实时调度和监控；客户可以通过网页上的运输需求查询功能查看配送结果。
该系统的主要界面如图9所示。
图9网上物流管理系统主界面
12、预测模型的设计与开发
预测模型主要分为定性预测分析的预测模型和定量分析的预测模型，本项目主要采用预测模型中的因果法和时间序列法进行预测分析。
样本数据采自项目依托单位2002年10月-2003年7月的统计数据进行预测分析，其结果能够反映一定的客观规律，企业决策人员可根据预测数据对于企业的日常营运进行适当的调整，以最大限度的适应市场需求的变化，提高企业的竞争力。
这是预测对于各类企业的实际意义。
13、结束语
运输企业尤其是西部欠发达地区的运输企业，信息化应用还处于较低的水平。
本项目研究提供了运输企业的信息化框架，建立了运输企业的信息化应用示范，突破了几项关键技术，所形成的成果证明，应用信息技术对运输企业提高内部管理水平、提高管理的效率、改造现有业务流程，提高综合竞争能力是一条有效的途径。
本项目的研究成果在西部运输企业具有推广应用价值，并具有产品化应用前景。
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