韦永军

摘 要： 国产化北斗定位技术日益成熟的背景下，设计一套基于北斗定位的车辆服务平台，应用于出租车，长途汽车运输，旅游大巴，危险品运输等营运情景。首先分析北斗定位的发展情况，然后介绍系统设计实现的关键技术，最后进行系统设计， 提出一种资源动态分配的方法，解决数据接收并问题。

关键词： 北斗；营运；设计

基金项目：柳州市科学技术局立项课题 编号：2015C040301

1 技术背景

随着2000年国家卫星定位战略的逐步实施，经过十多年的技术发展，我国的北斗卫星定位系统已经覆盖了亚太地区，服务于国防，交通，农业，林业等众多的行业。与美国GPS （Global Positioning System，全球定位系统）相比，北斗具有更快的定位速度，更高的精确度，支持收发短信，自主知识产品等优点。在国内军事，经济领域逐步取代美国的GPS定位系统。2011年，交通部发布道路运输车辆卫星定位系统车载终端技术标准（JT/T 794-2001）。2012年1月，交通部要求“两客一危”车辆全面接入卫星监控平台，标志着三类以上班级客车，旅游包车，危险品运输等车辆必须接受运输安全监控。2013年，交通部发布道路运输车辆卫星定位系统北斗兼容车载终端通讯协议技术规范（JT T808-2013），行业内把JT/T 794-2001和JT T808-2013标准合称为道路运输部标协议。随着道路运输部标协议与“两客一危”车辆的监管实施，标志着以北斗定位为核心的车辆运输服务平台正式拉开序幕。本文针对出租车，长途汽车运输，旅游大巴，危险品运输等营运情景，设计其北斗营运服务平台。

2关键技术

本服务平台主要使用以下相关技术：

（1）北斗定位

车载终端设备由MCU，北斗定位模块，移通通信模块组成，安装在营运车辆上，通过北斗定位模块实时采集车辆地理位置，速度，方向等行车状态数据，把行车状态数据用通信协议封装后，通过移动通信模块向后端服务平台发送。

（2）移动通信

道路营运车辆在公路上开展运输业务，使用移动通信模块，结合电信运营商的移运互网络，构建一张车辆终端与后端服务平台的网络，实现上下行数据的交互与通信。

（3）地图

定位数据标注在地图上是直观有效的管理方式，结合地图的功能，实现定位标注，实时轨迹，历时轨迹，电子围栏等功能，给运维人员友好人机的界面。

（4）数据库

存储车辆的行车状态数据，有利于日志审计，及第三方监管平台的对接。

（5）AJAX

一种在WEB页面上不刷新页面进行数据交互的机制，在实时轨迹，历时轨迹等操作时提供数据更新。

3系统功能设计

3.1 功能分析

（1）车队管理。根据不同的运输企业，定义不同的车辆分组，实现车队管理，进行车队多点车辆监控。

（2）实时轨迹。对选定车辆进行实时监控，在服务平台上显示行车状态数据，包括当位置，速度，方向等信息。

（3）历史轨迹，查询并显示车辆的在某一个时间段内的行车狀态数据信息，并模拟其运行轨迹。

（5）电子围栏，在中心平台上对指定车辆设置一个运营的区域，当车辆越界时进行预算，通知车队管理员。

（5）统计报表，对车辆上线签到，运行时长，经常到达的区域进行统计分析。

（6）下发指令，制定服务器与车载终端的通信协议，从平台向终端下发控制指令。

（7）用户管理。根据不用的角色，定义用户权限，管理员对全局配置管理，车队管理员对车辆分组管理，个人用户对单一车辆管理。

（8）系统管理。配置平台与车辆信息；对外接口：连计价器，IC卡等外接设备。

（8）数据收发。处理车载终上传的行车状态数据，实现数据指令的下发。

3.2 系统设计

（1）车辆注册。对于车载终端首次使用前，需要在平台注册，为保证与服务平台的通信，做以下配置信息：终端标识，服务器的公网IP，端口号等。由于车载终端绑定运营商的手机号码，因此该信息以短信方式向车载终端发送，移动通信模块通过AT指令读取接收短信的配置信息，并写入终端置。接着向平台发送心跳数据，由于电信运营商的提供的移动互联网接入internet的方式，车载终端发送的心跳数据完全遵照TCP/IP协议的数据帧，服务平台根据接收到的数据解析数据包的源地址，即可得到车载终的公网动态IP，以后的通信按照TCP/IP协议进行。

由于车载终端获取的IP为动态地址，为保证通信的，设置车载终端每次上电启动时主动发送心跳数据，该动作在服务平台上定义为车辆点名。当车载终端主动发送心跳数据认为是主动点名；服务器先下发指名指定后，车载终端再回复数据认为被动点名。无论哪种车载点名，都必须各服务中心发送本机的识别码ID作为终端唯一标识。

（2）数据收发。包括接收车载终端上传的行车状态数据和向车载终端下发指令。车载终端上线后得到一个公网的动态IP，对服务平台的服务器进行TCP/IP通信，使用Socket通信模型实现，可选择TCP和UDP协议传输数据。TCP是面向连接的可靠传输协议，有数据重发机制，确保数据到达目标主机。UDP是种面向无连接数据传输协议，不确定数据能否到达目标主机。与UPD相比，虽然在效率和网络开销方面TCP相对UDP销逊一些，但其能保证数据的可靠传输，结合运输安全考虑，本系统采用TCP数据传输协议，其数据收发的实现如图2所示。

首先创建Socket套接字，并绑定服务器IP和端口后进行数据监听，当车载终载连接发送数据后，创建线程接收和解析数据。

数据收发另一个重点问题是多车载终端同时上传数据的接收并发问题，原因在于服务器接在该时刻同时接收到大于其处理能力的数据。在行业内的普遍的处理方式是接收数据时使用多线程处理或者是增大接收缓冲区的空间，该方法一定程度上提高了服务器的性能，但并没有根据解决问题。其根本原因在于在服务器资源分配上，每台服务器允许的TCP连接数与CPU、内存密切相关。因此，系统采用一种资源动态分配的方法，解决数据接收并问题。通过虚拟化技术把一台物理服务器虚拟成N台逻辑服务器，在每台逻辑服务器配置公网的IP和端口，安装服务平台的数据接收子程序。

服务平台根据上线的车载终端数量设置开启逻辑服务器上的数据接收程序，向超出数量终端下发指令，修改其服务器地址和端口，以此类似，保证每个逻辑服务器只服务固定数量的终端，保证数据畅通。

数据存储，把终端上传数据根据通信协议解析出终端ID标识、定位数据、经纬度，速度，方向等行车状态数据加上时间，写入数据库二维表，作为实时或历史监控数据给服务平台查询。

（3）实时轨迹。把车载终端上传的数据在地图上实时更新，系统以百度地图为基础进行二次开发，通过AJAX从数据库中查询车辆的最新行车状态数据，把车辆的定位置在百度地图上进行标注，多个标注点之间绘直线，即得到车辆的实时行车轨迹。

（4）历史轨迹。与实时轨迹类似，不同之处在于查询一个起始时间段的数据在百度地图上绘行车轨迹。

（5）电子围栏。使用百度地图的多边形选择工具进行绘图，存储该安全区域位置数据与车载终端的对应关系，当接收数据后时判断是否在安全区域，如果不在区域内则系统播放声音和发送短信预警。

3.3 通信协议设计

通信协议是车载终端与服务平台之前一种数据互认的协同机制，由引$前导符开头，以“#”结束，中间以逗号“，”号分隔数据一个串文本。其格式如上表所示。

3.4 数据库设计

数据库设计如图2所示，为提高数据存储效率，把监控数据表定义为内存表，提高读写的速度，再延时写入历史监控数据表。

4小结

本文分析北斗卫定位系统的应用情况，从车辆注册，数据收发，实时轨迹，历史轨迹等方面设计道路营运车辆服务平，并初步给出系统实现的思路。