【摘 要】市場競爭對物流企業(yè)的車輛和貨物的調(diào)度管理提出了更高的要求，GPS和移動技術(shù)的普及為物流企業(yè)的信息化改造帶來了很好的契機。本文從實際應(yīng)用出發(fā)，在現(xiàn)有的物流企業(yè)車輛監(jiān)控方案之上進(jìn)一步完善，提出了一套較為成熟的設(shè)計思路，并對車載子系統(tǒng)的軟硬件和通信格式做出較為詳細(xì)的描述。

【關(guān)鍵詞】GPS;GPRS;GIS;物流

中圖分類號:TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-8283(2009)01-0099-03

隨著科技的發(fā)展，帶來了GPS/GIS技術(shù)的成熟和SMS/GPRS無線數(shù)字通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其與現(xiàn)代車輛的管理相結(jié)合，產(chǎn)生了巨大的市場和經(jīng)濟(jì)效益，帶來了交通運輸業(yè)革命性的進(jìn)步。在車輛上安裝車載GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)后，通過中心監(jiān)控系統(tǒng)可以對車輛進(jìn)行實時監(jiān)控，對管理部門改善交通安全、提高運輸效率等具有積極的作用。

1需求分析

物流運輸企業(yè)要在日益殘酷的物流運輸市場生存，必須要不斷提升自己的管理能力，要不斷站在客戶（也就是發(fā)貨方和收貨方）的角度思考，不斷探索如何才能更好的滿足他們的需求。車輛運輸過程管理跟不上經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，會產(chǎn)生很多問題，如對司機和貨物的管理失控、空載率居高不下（全國貨運空載率平均為49%）、不能滿足客戶對貨物運輸過程的知情權(quán)要求等等。通過一個融合了GPS衛(wèi)星定位、GIS電子地圖、GPRS移動通信、計算機網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，對車輛運輸過程的不限時間、不限地點的全程跟蹤監(jiān)控，就可以徹底實現(xiàn)車輛運輸過程透明化。

物流行業(yè)一般有以下需求：

1. 業(yè)務(wù)覆蓋地域廣

2. 駕駛員、車輛眾多，管理困難

3. 對貨物安全保障要求高

4. 對系統(tǒng)響應(yīng)要求靈活、及時

5. 需要位置服務(wù)信息的需求多

6. 數(shù)據(jù)共享程度要求高

7. 要能夠?qū)囕v救援提供幫助

8. 需要完善車輛統(tǒng)一信息管理

2 名詞解釋

GPS（Global Position System）全球定位系統(tǒng)是美國國防部于1973年11用授權(quán)開始研制的全球性、全天候、連續(xù)的衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，共由24顆繞地衛(wèi)星組成。由于GPS定位技術(shù)具有精度高、速度快、成本低的顯著優(yōu)勢，已成為目前世界上應(yīng)用最廣泛、實用性最強的全球精密授時、測距、導(dǎo)航、定位系統(tǒng)。近幾年來，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展，GPS定位技術(shù)已經(jīng)滲透到了經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域。GPS信號的使用是免費的。

GIS (Geographic Information System) 地理信息系統(tǒng)是一種基于計算機的工具，它可以對在地球上存在的東西和發(fā)生的事件進(jìn)行成圖和分析。 GIS 技術(shù)把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作（例如查詢和統(tǒng)計分析等）集成在一起。這種能力使 GIS與其它信息系統(tǒng)相區(qū)別，從而使其在政府和企業(yè)中廣泛的用于解釋事件、預(yù)測結(jié)果、規(guī)劃戰(zhàn)略等。

GSM（Global System for Mobile Communications）全球移動通信系統(tǒng)是歐洲主要電信運營者和制造廠家組成的標(biāo)準(zhǔn)化委員會設(shè)計的數(shù)字移動通信系統(tǒng)，也是我國目前覆蓋面最廣、功能最強、用戶最多的移動通訊系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)可提供多種業(yè)務(wù)，目前已開通并較常用的業(yè)務(wù)有：話音、短信、數(shù)據(jù)等。

GPRS（General Packet Radio Service）通用無線分組業(yè)務(wù)，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上，按流量計費，費用非常低廉，可達(dá)到56~115Kbps的傳輸速度 ，現(xiàn)在GPRS的增強協(xié)議—EDGE的傳輸速度更是達(dá)到了GPRS的三倍。

SMS（Short Message Service）短消息是GSM移動電信系統(tǒng)的補充業(yè)務(wù)之一，它借助GSM網(wǎng)信令傳遞間隙進(jìn)行傳送，不會占用話務(wù)信道。短消息每次限制在160個字符以內(nèi)，這對GPS定位信息足夠了。短消息的使用比較廉價，一般每條收費在2-10分，也有包月項目。短消息的編碼支持英文、中文、韓文、日文等文字字符集及符號。

在GPRS未廣泛使用時，常用的無線信息交換方式以SMS為主。假設(shè)每5分鐘定位一次，一天就需要480條短消息，即使是2分/條，一天的費用也達(dá)到9.6元，每月288元，所以SMS方式并不合算，而且還有3至5秒的延時。GPRS按流量計費，以每條定位信息200bit（ASCII編碼），TCP/IP數(shù)據(jù)包首部320bit計算，采用針對個人用戶包月200M的資費（每月20元，超過部分每Kb收費0.01元，集團(tuán)用戶包月費用還可大幅降低），用足200M的流量，可以每分鐘定位9次，而且延時不超過1秒。如果改用二進(jìn)制編碼，信息量還可以大幅減少，完全滿足連續(xù)定位的需要?；谝陨显?，現(xiàn)在普遍采用GPRS的方式來組網(wǎng)。

NMEA （National Marine Electronics Association）美國國家航海電子協(xié)會是大多是GPS模塊都遵循的信號格式，一般以4800bps輸出，其標(biāo)準(zhǔn)格式為：＄GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)＊hh(CR)(LF)。

各部分所對應(yīng)的含義為：?

(1)定位UTC時間（格式hhmmss）；

(2)緯度(格式ddmm.mmmm：即dd度，mm.mmmm分)；

(3)N/S(北緯或南緯)；

(4)經(jīng)度(格式dddmm.mmmm：即ddd度，mm.mmmm分)；

(5)E/W(東經(jīng)或西經(jīng))；

(6)質(zhì)量因子(0=沒有定位，1=實時GPS，2=差分GPS)；

(7)可使用的衛(wèi)星數(shù)(0～8)；

(8)水平精度因子(1.0～99.9)；

(9)天線高程(海平面，－9999.9～99999.9，單位：m)；

(10)大地橢球面相對海平面的高度(－999.9～9999.9，單位：m)；

(11)差分GPS數(shù)據(jù)年齡，實時GPS時：無；

(12)差分基準(zhǔn)站號(0000～1023)，實時GPS時：無；

＊總和校驗域；

hh?總和校驗數(shù)；

(CR)(LF)回車，換行。

我們的系統(tǒng)主要用到了時間、經(jīng)緯度，在編程時可以很簡單的從NMEA格式中取到這些數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)原理

下面就如何建立采用GPS管理的物流企業(yè)的信息系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，由于篇幅所限，僅對原理進(jìn)行說明，GPS應(yīng)用部分適當(dāng)展開。

1. 車載子系統(tǒng)：

實現(xiàn)包括實時定位、搶劫報警、遙控熄火、故障求助、行車記錄等十幾項功能。

該系統(tǒng)分為三大塊：GPRS DTU模塊、GPS模塊、控制及人機界面模塊。為了節(jié)省開發(fā)周期，GPRS DTU模塊和GPS模塊采用成熟的工業(yè)產(chǎn)品，控制及人機界面模塊自行開發(fā)，采用單片機控制。

GPRS DTU模塊采用自帶TCP/IP協(xié)議棧，能實現(xiàn)全透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)男吞?。如泰亞東方的DTU2000、捷麥通信的G200、力創(chuàng)科技的LQ8110等，它們都帶有標(biāo)準(zhǔn)的串行數(shù)據(jù)接口。

GPS模塊采用能輸出國際標(biāo)準(zhǔn)NMEA格式的型號，可以通過軟件輕易取得當(dāng)前時間和位置信息。如GARMIN GPS25、東方聯(lián)星的CNS100-GG、Holux GM-82等。其中美國GARMIN公司是世界上最著名、深受用戶信賴的專業(yè)GPS廠家，在GPS的定位、導(dǎo)航領(lǐng)域一直走在世界最前列，在提供各種類型的GPS成品的同時，還提供一系列最經(jīng)典的GPS OEM模塊產(chǎn)品。由于GARMIN OEM模塊的定位速度快、工作穩(wěn)定、耐電壓沖擊和高抗干擾性，因而建議采用GARMIN GPS25板，定位精度可達(dá)5米，不需采用昂貴的差分接收機，大大降低了成本。安裝時要注意天線部分不要被金屬物體遮擋。

控制及人機界面模塊采用單片機，外接液晶顯示、按鍵（或觸摸屏）、聲光、MIC、攝像頭等部件。這是終端部分的神經(jīng)中樞，控制實現(xiàn)位置數(shù)據(jù)的處理上報、控制中心指令的執(zhí)行等功能。考慮到使用環(huán)境比較惡劣，在元器件的選擇和抗干擾設(shè)計上要給予充分的重視。如果僅僅顯示字符、文字信息，普通的單片機就可以滿足要求，價格便宜，也不需要安裝操作系統(tǒng)。

然而，若要求顯示圖片、電子地圖等，則對控制器的頻率速度、存儲空量都有較高的要求，建議使用200M以上的CPU，如Intel的StrongARM系列，但價格較高。針對各種小型數(shù)字設(shè)備的需求，目前各個半導(dǎo)體芯片廠商都投入了很大的力量研發(fā)、生產(chǎn)適用于這些設(shè)備的CPU及協(xié)處理器芯片。為了充分縮小尺寸，達(dá)到低功耗、低成本的要求，廠商甚至把少量存儲器、液晶顯示控制器以及I/O端口等也一并集成到芯片中。以上述處理器芯片為主，添加必要的外圍電路并配以少量外設(shè)，就可以非常方便地設(shè)計出功能強大的電子類產(chǎn)品。對其外圍模塊進(jìn)行不同的組合，可以針對不同要求，設(shè)計出不同功能、不同價位的嵌入式控制產(chǎn)品。

操作系統(tǒng)可采用WindowsCE、VxWorks、Palm OS、Linux等，建議采用清華的THOS平臺，該嵌入式系統(tǒng)不僅在硬件設(shè)計上具有外圍器件少、可裝卸、開發(fā)設(shè)計周期短等優(yōu)點，而且在系統(tǒng)軟件及驅(qū)動程序的開發(fā)上具有自主知識產(chǎn)權(quán)，達(dá)到了軟硬件協(xié)同設(shè)計的目的。由于該操作系統(tǒng)主要定位在硬件緊密相連的控制系統(tǒng)和類PC系統(tǒng)，因而在保持和Linux系統(tǒng)兼容的基礎(chǔ)上，具有易于向其它硬件平臺移植的特點，以便根據(jù)不同的需要將其組合為滿足不同要求的系統(tǒng)。

2. 監(jiān)控調(diào)度中心：

實現(xiàn)GPRS通信、GIS、業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫管理等功能。整個系統(tǒng)基于VB或VC等可視化編程語言，GIS部分利用MapInfo、TopMap等平臺進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫軟件采用SQL Server。

GPRS通信模塊：由軟、硬件組成，軟件主要在后臺執(zhí)行，對收發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理；硬件通過GPRS網(wǎng)關(guān)連接移動服務(wù)商，建立與車載子系統(tǒng)的連接。

GIS模塊：使用高精度的電子地圖實時顯示用戶（移動或固定目標(biāo)）的位置及動態(tài)信息，電子地圖包含多層信息；根據(jù)實際需求指定GIS比例；指定查詢，中心控制臺可隨時點名查詢車輛目前的位置、速度和運動方向；還有多窗口顯示、軌跡回放、電子圍欄、圖形輸出、堵車提示、自動導(dǎo)航等多種功能。

業(yè)務(wù)管理模塊：融合呼叫中心、貨運撮合、倉儲管理、車輛管理、人員管理、客戶管理等子模塊，內(nèi)容最多，是物流企業(yè)信息化的主要部分。其中貨運撮合部分實現(xiàn)的功能是面對分散的貨物，通過一定的算法，將其最大限度的組合到一輛噸位合適的車輛上，使其行程最短、空駛率最低、貨物滯留時間最少，而且要求運用GPS和GIS技術(shù)，能夠?qū)囕v和貨物進(jìn)行實時的調(diào)整，這是傳統(tǒng)物流企業(yè)靠人力很難實現(xiàn)的難題。車輛管理部分具有定位、跟蹤、油量紀(jì)錄、報警、救援、調(diào)度、道路信息、任務(wù)下達(dá)等功能。

數(shù)據(jù)庫管理模塊：對地圖信息進(jìn)行修改和增補，對貨物信息進(jìn)行管理，對于系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的各種事件進(jìn)行記錄、存貯備檔，需要時可重新回放顯示。

3. 通信格式的約定上行編碼格式：

“H”+IP地址（4字節(jié)）+SIM卡號碼（11字節(jié)）+結(jié)束碼（1字節(jié)）：車輛的GPRS DTU初次鏈接上GPRS網(wǎng)絡(luò)時，發(fā)送一次本機IP地址和本機SIM卡號碼，以便調(diào)度中心建立數(shù)據(jù)包IP與具體車輛的對應(yīng)表；

“C”+經(jīng)度（7字節(jié)）+緯度（7字節(jié)）+時間（6字節(jié)）+備用數(shù)據(jù)（3字節(jié)）+狀態(tài)碼（1字節(jié)）+結(jié)束碼（1字節(jié)），合計25字節(jié)：表示位置信息。狀態(tài)碼表示車輛的狀態(tài)，用預(yù)先定義的不同字符表示不同的含義。

下行編碼格式：

單字節(jié)控制碼，也可加上不限長度的內(nèi)容：如“A”表示后面的數(shù)據(jù)是需要顯示在車載單元屏幕上的內(nèi)容，包含堵車信息、行車向?qū)А⑷蝿?wù)等；“B”表示用聲音提示現(xiàn)在超速；“C”表示切斷發(fā)動機電源并用聲光報警；“D”表示建立話音通道等。

4. 車輛在不同情況下的信息處理

車輛正常行駛時的處理：每10~20秒發(fā)送一次位置信息，并用特定的狀態(tài)碼表示；

車輛正常熄火時的處理：每半小時發(fā)送一次位置信息，并用特定的狀態(tài)碼表示；

車輛不動時的處理：每2分鐘發(fā)送一次位置信息，并用特定的狀態(tài)碼表示；

車輛丟失GPS信號時的處理：發(fā)送最后一次定位成功時的位置信息，并用特定的狀態(tài)碼表示；同時開始計時，如10分鐘內(nèi)仍無法定位，就建立話音通道了解情況；

車輛在無移動網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的處理：繼續(xù)按規(guī)定時間間隔收集位置信息，存儲在緩存中，在重新找到網(wǎng)絡(luò)后，加上特定的狀態(tài)碼一起發(fā)送；

車輛被盜搶時的處理：連續(xù)傳送位置信息，并用特定的狀態(tài)碼表示；調(diào)度中心發(fā)出下行指令要求終端靜默打開話音通道并進(jìn)行錄音，有條件的還可以進(jìn)行實時圖片傳輸（EDGE可每秒傳輸8幀30萬像素的圖片）；根據(jù)需要可以切斷發(fā)動機電源并用聲光報警；

車輛故障需要施救時的處理：每10分鐘發(fā)送一次位置信息，并用特定的狀態(tài)碼表示；

司機要求語音通話時的處理：根據(jù)資費而定，哪一方主叫資費便宜就由哪一方撥號，如果GPRS資費便宜，也可以采用IP通話方式；

4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

5 系統(tǒng)優(yōu)點

1、穩(wěn)定可靠：充分利用市場上成熟的軟硬件模塊和開發(fā)系統(tǒng)，具有研發(fā)周期短、質(zhì)量可靠、精度高、價格合理的特點，使整個系統(tǒng)具有很好的易用性、穩(wěn)定性、擴容性和可模塊化升級的優(yōu)勢。

2、使用費用低廉：安裝費用的高低不是客戶考慮的主要因素，后期的使用費用才是考驗客戶承受能力的主要方面。與其它方式相比，GPRS具有信號覆蓋好、費用低、延時短、實時在線的特點，優(yōu)勢明顯，長期使用成本低。

3、功能完善：系統(tǒng)不但定位精度高，而且有很好的人機界面，可以實現(xiàn)車貨定位、車貨撮合、防盜防搶、故障施救、自動導(dǎo)航、倉儲管理等功能，滿足絕大部分物流企業(yè)的信息化需要。

6 結(jié)束語

物流企業(yè)的信息化改造是企業(yè)應(yīng)對國際競爭環(huán)境、提升自身實力的必由之路。它可以為企業(yè)帶來明顯的優(yōu)勢：

1、客戶的滿意度提高：通過GPS調(diào)度準(zhǔn)時的派出車輛，并在最短時間內(nèi)到達(dá)客戶制定指點；同時客戶可以隨時通過GPS查詢到自己的貨物的真實位置?？蛻魸M意度提高，是客戶首選合作伙伴的重要條件，也是客戶介紹新客戶的重要因素；

2、提高市場競爭力：GPS調(diào)度管理系統(tǒng)所帶來的科技化，智能化的完善，使公司的信譽度不斷的提高，倉儲和人員管理費用有效得到控制，利潤率不斷的增長，得到客戶、同行業(yè)的認(rèn)可和支持，公司的信任度不斷的提高。

3、車貨統(tǒng)一管理和高效調(diào)度：GPS調(diào)度中心隨時隨地掌握每一輛車的狀態(tài)、每一件貨的位置，就能做到對任何車輛進(jìn)行統(tǒng)一GPS調(diào)度管理和指揮。既不會因客戶需要而調(diào)用不到車輛，更不會因空車或回頭車輛空載行駛。(責(zé)任編輯：晏歡)