摘要：為了對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸，客運(yùn)、貨運(yùn)、工程車輛等特殊行業(yè)的車輛定位跟蹤，采用了GPS定位系統(tǒng)和GPRS通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)；實(shí)現(xiàn)了以GPRS通信技術(shù)作為信息傳輸載體在車載終端，監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，GPS定位和WebGIS技術(shù)實(shí)時(shí)展示車輛信息；該系統(tǒng)具有通信速度快、通信格式擴(kuò)展性強(qiáng)、通信可靠性高，客戶端對(duì)車輛的控制性強(qiáng)，前端使用Web頁(yè)面展示車輛狀態(tài)和位置，系統(tǒng)無需安裝，用戶使用便捷等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：車輛監(jiān)控系統(tǒng)；GPS；GPRS；UDP

0 引言
    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛日益增多，交通運(yùn)輸?shù)慕?jīng)營(yíng)管理，貨運(yùn)、客運(yùn)的安全管理等，已成為公安、交通系統(tǒng)中的一個(gè)重要問題。車輛監(jiān)控系統(tǒng)以全球定位系統(tǒng)(Global Posit ion System，GPS)和GPRS(General Packet Radio service)通信技術(shù)基礎(chǔ)，它可以將車載單元上接受到的實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控中心服務(wù)器上，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)再利用地理信息系統(tǒng)的地圖顯示功能，以及信號(hào)指令的發(fā)送功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)車輛的跟蹤與調(diào)度控制，從而建立起的一種大范圍、全方位發(fā)揮作用的、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合車輛調(diào)度和管理系統(tǒng)。系統(tǒng)基于Internet網(wǎng)絡(luò)，將監(jiān)控中心、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端、數(shù)據(jù)服務(wù)器、無線移動(dòng)通信網(wǎng)、GPS車載終端有機(jī)地結(jié)合在一起，以Internet服務(wù)器為核心實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    基于GPRS的車輛監(jiān)控信息系統(tǒng)由4個(gè)主要部分構(gòu)成，即監(jiān)控服務(wù)中心、車載終端、監(jiān)控終端及無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；監(jiān)控服務(wù)中心是系統(tǒng)的核心部分，它連接車載終端和客戶端。監(jiān)控服務(wù)中心由Web服務(wù)器，通信服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器構(gòu)成。通信服務(wù)器接受車載終端的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
2．1 GPRS通信技術(shù)及UDP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
    在車輛和監(jiān)控中心之間需要通信設(shè)備來發(fā)送或接收信息。通信手段的選擇是監(jiān)控系統(tǒng)的難點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵。合理的通信方式的選擇可以為監(jiān)控系統(tǒng)的指揮調(diào)度、報(bào)警處理提供一個(gè)穩(wěn)定、快速的平臺(tái)。
    車輛監(jiān)控系統(tǒng)使用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為傳輸載體。GPRS是一種采用分組交換和傳輸技術(shù)的高效率數(shù)據(jù)傳輸方式。它克服了電路交換速率低、資源利用率差等缺點(diǎn)，最大限度地利用了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)資源，提高了傳輸速率。相對(duì)于短消息方式來說，GPRS服務(wù)既提高了質(zhì)量又降低了使用費(fèi)用。移動(dòng)車載終端與監(jiān)控調(diào)度中心之間的通信突發(fā)性較強(qiáng)，而每次數(shù)據(jù)量較小，使用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為其傳輸載體是目前比較理想的解決方案，GPRS通信主要分為TCP和UDP協(xié)議。
    CP和UDP協(xié)議同在傳輸層，由于本系統(tǒng)每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小而且突發(fā)性強(qiáng)，所以采用UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流壓縮成數(shù)據(jù)報(bào)的形式。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)報(bào)就是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸單位。UDP協(xié)議為不可靠的傳輸協(xié)議，不提供數(shù)據(jù)傳送的保障機(jī)制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測(cè)或提示。因此，必須在應(yīng)用層的協(xié)議中添加保障信息傳輸可靠性的確認(rèn)機(jī)制。監(jiān)控中心向終端下傳數(shù)據(jù)時(shí)，要求終端返回接收正確或錯(cuò)誤的確認(rèn)信息，監(jiān)控中心收到正確的確認(rèn)信息后數(shù)據(jù)下傳進(jìn)程才完畢。否則，監(jiān)控中心將在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)重發(fā)，直到收到正確的確認(rèn)信息或發(fā)送次數(shù)標(biāo)志溢出才終止。
    GPRS網(wǎng)絡(luò)UDP端口資源十分緊缺，變化很快；UDP由于自身特點(diǎn)，以及GPRS網(wǎng)絡(luò)UDP端口資源的有限性，在一段時(shí)間沒有數(shù)據(jù)流量后，端口容易改變，產(chǎn)生的影響就是從服務(wù)器中心端向GPRS終端發(fā)送數(shù)據(jù)，GPRS終端接收不到。原因是移動(dòng)網(wǎng)關(guān)從中做了中轉(zhuǎn)，需要隔一定時(shí)間給主機(jī)發(fā)UDP包來維持該IP和端口號(hào)，這樣主機(jī)就能主動(dòng)給GPRS發(fā)UDP包，筆者在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，這個(gè)間隔時(shí)間很短，約1 min發(fā)一次UDP包才能夠維持，再長(zhǎng)時(shí)間移動(dòng)網(wǎng)關(guān)那邊就要丟失這個(gè)端口了，逾期主機(jī)想主動(dòng)發(fā)數(shù)據(jù)給終端，將無法送達(dá)。只有GPRS終端設(shè)備重新發(fā)一個(gè)UDP包過去，移動(dòng)再分配一個(gè)中轉(zhuǎn)IP和端口，才能夠進(jìn)行雙向通信。為保證端口有效性和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，終端設(shè)備每5 s發(fā)送一條包含定位和狀態(tài)的數(shù)據(jù)給服務(wù)器。
2．2 基于C#發(fā)送、接收UDP數(shù)據(jù)包使用的主要方法
    (1)UDP數(shù)據(jù)類。用Visual C#實(shí)現(xiàn)UDP協(xié)議，最為常用，也是最為關(guān)鍵的類就是UdpClient，UdpClient位于命名空間System．Net．Sock ets中，Visual C#發(fā)送、接收UDP數(shù)據(jù)包都是通過UdpClient類的。UdpClient類主要有以下幾個(gè)方法，見表1。

    (2)接受終端UDP數(shù)據(jù)。接收UDP數(shù)據(jù)包使用的是UdpClient中的“Receive”方法。此方法的調(diào)用語(yǔ)法如下：public byte[]Receive(ref IPEndPoint remoteEP)；參數(shù)remoteEP是一個(gè)IPEndPoint類的實(shí)例，它表示網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送此數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)。下面就是通過偵聽本地端口號(hào)“8 080”來獲取信息代碼：
    UdpClient server=new UdpClient(8080)；
    IPEndPoint receivePoint=new IPEndPoint(IPAddress．Any，0)；
    byte[]recData=server．Receive(ref receivePoint)；
    recData就是接受到的UDP報(bào)文，其中UDP包頭結(jié)構(gòu)如下：源端口16位，目的端口16位，長(zhǎng)度16位，校驗(yàn)和16位；上文中闡述了GPRS的UDP端口非常緊缺，隨時(shí)會(huì)變化，在每次接受到UDP報(bào)文后，必須記錄源端口、IP地址。receivePoint參數(shù)是引用類型，receive到新的UDP后，receivePoint對(duì)象的address和port屬性值就是發(fā)送源的IP地址和端口。這個(gè)IP和端口未必是真的終端的IP和端口。因?yàn)榻K端上的應(yīng)用程序綁定本地一個(gè)端口(比如是9002)，通過這個(gè)端口發(fā)送請(qǐng)求給路由器，路由器由此記錄下終端的內(nèi)網(wǎng)IP和端口(9002)，然后路由器分配自己的一個(gè)空閑端口(比如是7000)，通過這個(gè)端口(7000)發(fā)送請(qǐng)求給監(jiān)控中心。而對(duì)于監(jiān)控中心，它沒有任何關(guān)于終端的信息，它要做的只是回信息到路由器的外網(wǎng)IP的7000這個(gè)端口。路由器收到發(fā)送到其7000端口的數(shù)據(jù)后會(huì)再轉(zhuǎn)發(fā)給終端。
    (3)發(fā)送UDP數(shù)據(jù)報(bào)。發(fā)送UDP數(shù)據(jù)報(bào)使用“Send”方法。“Send”方法的調(diào)用語(yǔ)法如下：public int Send(byte[]dgram，int bytes，IPEndPoint endPoint)；參數(shù)說明：dgram要發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)文報(bào)(以字節(jié)數(shù)組表示)。bytes數(shù)據(jù)文報(bào)中的字節(jié)數(shù)。endPoint一個(gè)IPEndPoint，它表示要將數(shù)據(jù)文報(bào)發(fā)送到的主機(jī)和端口。返回值是已發(fā)送的字節(jié)數(shù)。下面使用UDPClient發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包的具體的調(diào)用例子：

    該代碼實(shí)現(xiàn)了對(duì)某終端發(fā)送UDP報(bào)文后的回復(fù)。如果需要主動(dòng)向終端發(fā)送報(bào)文則需要從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取該終端最近一次的IP和端口號(hào)，調(diào)用該方法發(fā)送內(nèi)容。
2．3 數(shù)據(jù)封裝和轉(zhuǎn)存
    監(jiān)控中心與客戶端的數(shù)據(jù)通信包含2種：一種是上行數(shù)據(jù)，一種是下行數(shù)據(jù)。上行數(shù)據(jù)包含終端匯報(bào)車輛的狀態(tài)信息，車輛實(shí)時(shí)信息，車輛語(yǔ)音信息，視頻信息等。下行信息包含對(duì)終端的回應(yīng)，車輛的實(shí)時(shí)控制等信息。數(shù)據(jù)種類大約一百多種，可分為20多種格式。針對(duì)每種格式定義一個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)接受和轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和分析。終端返回?cái)?shù)據(jù)一般是結(jié)構(gòu)類型，為保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確和便捷，C#也使用同樣的結(jié)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行接受。上文中UDP報(bào)文接受到的正文是byte類型，該byte內(nèi)容有報(bào)文頭和報(bào)文類型、校驗(yàn)部分和正文構(gòu)成。根據(jù)報(bào)文類型找到對(duì)應(yīng)的C#結(jié)構(gòu)體structType。利用Marshal．SizeOf(structType)；獲取結(jié)構(gòu)體大小，并進(jìn)行分配空間：IntPtrstructPtr=Marsh al．AllocHGlobal(size)；然后將byte數(shù)組拷到分配好的內(nèi)存空間：Marshal．Copy(recData，0，structPtr，size)；將內(nèi)存空間轉(zhuǎn)換為目標(biāo)結(jié)構(gòu)體objectobj=Marshal．PtrToStructure(structPtr. struct Type)。為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度，這些數(shù)據(jù)分為2種處理方式，如非緊急數(shù)據(jù)直接保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，而如果是緊急數(shù)據(jù)，比如車輛報(bào)警數(shù)據(jù)，車輛控制數(shù)據(jù)則直接通過Socket連接發(fā)送到Web服務(wù)器，由Web服務(wù)器推送到瀏覽器監(jiān)控端。

3 結(jié)語(yǔ)
    本文主要分析了監(jiān)控系統(tǒng)的GPRS通信技術(shù)，詳細(xì)介紹了基于GPRS的UDP數(shù)據(jù)通信流程和方法，實(shí)現(xiàn)了C#環(huán)境下接受，發(fā)送UDP數(shù)據(jù)報(bào)文，協(xié)議的定制，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等關(guān)鍵技術(shù)。本文解決的問題是監(jiān)控系統(tǒng)的核心內(nèi)容，但并不是全部，一個(gè)完整的系統(tǒng)還應(yīng)包括終端硬件設(shè)計(jì)以及后臺(tái)監(jiān)控軟件、GIS地圖顯示等許多方面。今后，應(yīng)通過進(jìn)一步的研究。解決系統(tǒng)其他相關(guān)技術(shù)。