王冬 ，王曉華

(天津市測繪院，天津 300381)

1 引 言

2 車輛定位手機監(jiān)控系統(tǒng)概述

車輛定位手機監(jiān)控系統(tǒng)是集移動GPS 定位、車輛GPS 定位、A －GPS 定位、3G 無線寬帶通信、Web REST服務、FLEX RIA、地理信息服務平臺等多項技術與一身的車輛定位及移動監(jiān)控系統(tǒng)。它是利用安裝在車輛上的GPS 信號接收機接收位置信息，并將其接收到的位置信息及其他信息通過無線通信傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)接收到的信息進行GIS 處理及顯示，確定監(jiān)控車輛的位置和狀態(tài)，對車輛進行跟蹤、調(diào)度和管理。

隨著地理信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，Web 2.0、3G 高速無線網(wǎng)絡的應用，手機硬件的不斷更新，使利用手機實現(xiàn)車輛定位監(jiān)控和管理的實現(xiàn)成為可能。手機通過3G高速無線網(wǎng)絡調(diào)用地理信息服務平臺的瓦片數(shù)據(jù)服務得到地理信息底圖數(shù)據(jù)，然后調(diào)用系統(tǒng)提供的車輛信息服務得到系統(tǒng)目標車輛信息，將這兩部分信息在手機終端上集成和綜合處理就可以實現(xiàn)手機監(jiān)控系統(tǒng)。

3 實現(xiàn)手機監(jiān)控的技術難點

手機作為車輛定位監(jiān)控的終端和傳統(tǒng)的臺式機終端相比差別很大，由于硬件條件的制約手機終端的運行速度，網(wǎng)絡穩(wěn)定性，內(nèi)存容量都遠低于臺式機終端，因此要實現(xiàn)原有臺式機終端上的功能就需要解決以下幾個關鍵問題:

3.1 系統(tǒng)結構設計

由于手機終端的運算能力和存儲空間都非常有限，因此在傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)中常用的矢量繪制方法和柵格壓縮解壓縮方法在手機上難以實現(xiàn)，為了降低手機終端的運算量、存儲量，需要構建一個高效率、快速、穩(wěn)定的地理信息服務平臺，用來為手機終端提供實時的地理信息結果數(shù)據(jù)。

3.2 構建高效穩(wěn)定的車輛信息獲取服務

管理部門需要管理的車輛位置信息通過車載定位設備實時的發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)服務器上，這些信息包括歷史記錄全部存儲在系統(tǒng)服務器的數(shù)據(jù)庫中，手機終端無法和傳統(tǒng)GIS 系統(tǒng)一樣通過C/S 模式訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，需要通過電信運營商的無線網(wǎng)絡來訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)，因此，需要建立一套快速響應、網(wǎng)絡無關、超低數(shù)據(jù)冗余的車輛信息獲取服務。

3.3 地圖服務在手機上快速瀏覽的實現(xiàn)

利用手機作為車輛定位監(jiān)控終端和臺式機終端相比有很大的差別，首先、手機的操作方式和臺式機有很大不同，手機沒有人們常用的鍵盤和鼠標。其次，手機的網(wǎng)絡連接只能使用電信運營商的無線通信網(wǎng)絡，和臺式機相比網(wǎng)絡連接的穩(wěn)定性和網(wǎng)絡連接速度都要差很多。另外，手機受硬件條件的制約運算速度很慢。根據(jù)對上面問題的分析，應當優(yōu)化地圖服務的調(diào)度算法來實現(xiàn)手機上快速瀏覽地理信息服務平臺上的地圖數(shù)據(jù)。

4 車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

如圖1所示:整個系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、3G 無線網(wǎng)絡、安裝移動定位終端的車輛、GPS 系統(tǒng)以及為上述部分之間提供通信的無線和有線網(wǎng)絡組成。圖中將移動定位終端安裝于被監(jiān)控車輛中，移動定位終端利用現(xiàn)在最先進的A－GPS 定位技術［6］，在GPS 信號充足的狀況下以高精度的GPS 位置信號為主，在沒有GPS 信號的情況下以網(wǎng)絡輔助A－GPS 定位信號為輔助，移動定位終端將車輛位置以及狀態(tài)信息通過高速3G 無線網(wǎng)絡傳送到監(jiān)控中心的服務器中，有監(jiān)控中心的服務器對上述信息進行處理。監(jiān)控終端通過監(jiān)控中心的服務器提供的網(wǎng)絡應用服務系統(tǒng)對所有車輛進行定位監(jiān)控［1］。移動監(jiān)控終端可以通過高速3G 無線網(wǎng)絡連接監(jiān)控中心，對所有車輛進行移動監(jiān)控，真正做到無處不在的監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)結構圖

在系統(tǒng)中監(jiān)控中心放置兩臺服務器，分別作為數(shù)據(jù)服務器和應用服務器，數(shù)據(jù)服務器用來接收車輛終端和移動定位終端的信號并且存入服務器，應用服務器用來提供系統(tǒng)地圖服務和車輛信息服務，并且做raid5 冗余保護，防止硬盤由于意外損壞造成的數(shù)據(jù)丟失。服務器和網(wǎng)絡連接處安裝防火墻提供網(wǎng)絡安全保護。

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4.1 針對手機監(jiān)控的地理信息服務平臺的實現(xiàn)

針對手機監(jiān)控的實際需要，為了讓手機上的運行速度達到和臺式電腦的速度一樣，因此在建立地理信息服務平臺時，盡量將大運算量的功能全部由服務平臺來實現(xiàn)，為了減輕無線網(wǎng)絡的傳輸壓力，需要將服務平臺的遠程功能服務的傳輸數(shù)據(jù)降低到最小。

(1)將地理信息服務平臺的地理信息底圖服務進行瓦片緩存預處理［4］，將原有的矢量、柵格地理信息數(shù)據(jù)配置緩存圖片大小及格式進行瓦片的切片，便于手機調(diào)用地理信息服務平臺的瓦片地圖。

(2)在實現(xiàn)地理信息服務平臺的功能服務時，采用最先進的Web REST 服務格式，信號傳輸采用ZIP加密壓縮方式，不僅可以大幅降低傳輸數(shù)據(jù)量，而且解決了服務和數(shù)據(jù)的安全問題。

4.2 車輛信息服務的實現(xiàn)

如圖2所示，車輛信息服務包括車輛信息數(shù)據(jù)庫、車輛信號接收服務、虛擬設備接入服務、車輛信息獲取服務。

圖2 車輛信息服務結構圖

其中車輛信息數(shù)據(jù)庫保存實時以及歷史的所有車輛的運行參數(shù)信息以及位置相關信息［2］。車輛信號接收服務通過網(wǎng)絡端口將車輛的上傳的信號轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)可識別的信息再轉(zhuǎn)到虛擬設備接入服務，在系統(tǒng)中設計了一套虛擬GPS 設備接入器來解決不同的車載GPS 設備接入的問題，當車載GPS 設備變更或增加新類型時，只需要修改或增加相應的虛擬GPS 設備接入器即可［1］。虛擬設備接入服務根據(jù)統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)處理將車輛信息存入車輛信息數(shù)據(jù)庫。車輛信息獲取服務也采用Web REST 服務格式，信號傳輸采用ZIP 加密壓縮方式。

4.3 地圖服務在手機上快速瀏覽的實現(xiàn)

在手機上如何實現(xiàn)地圖的快速瀏覽是車輛定位手機監(jiān)控系統(tǒng)的核心所在，由于手機硬件的限制，手機的運算速度很低。在實現(xiàn)地圖服務在手機上快速瀏覽時，采用多線程調(diào)度瓦片服務、本機設置緩存的方法，具體實現(xiàn)方法如下:

系統(tǒng)在手機終端上預先建立5 M 的緩存空間，在地圖瀏覽時根據(jù)瀏覽范圍系統(tǒng)計算出當前瀏覽范圍的瀏覽比例尺級別，根據(jù)瀏覽中心點坐標計算出中心地圖服務的瓦片服務接口URL，系統(tǒng)通過該服務接口URL 判斷該數(shù)據(jù)是否在緩存空間中，如果存在直接調(diào)用緩存(可以節(jié)省無線網(wǎng)絡流量，并且大幅提高地圖瀏覽速度)，如果不存在系統(tǒng)根據(jù)該接口URL 遠程訪問地理信息服務平臺的瓦片地圖服務，并存入緩存空間。

系統(tǒng)快速瀏覽的具體實現(xiàn)方式如下:

(1)瓦片數(shù)據(jù)的顯示方式

根據(jù)用戶的地圖瀏覽坐標范圍系統(tǒng)可以計算出當前地圖的比例尺級別(例如:5 級)、當前地圖比例尺分辨率(例如:res5)以及中心點的坐標(例如為:(X，Y))，如圖3所示:外面的框為手機屏幕的范圍，系統(tǒng)根據(jù)比例尺分辨率和中心點的地面坐標可以計算出所需要的瓦片服務URL 以及該中心點在這個瓦片圖片上的圖片坐標，根據(jù)服務平臺的瓦片圖片尺寸大小即可以計算出來該瓦片數(shù)據(jù)在手機屏幕上的顯示位置，然后系統(tǒng)在屏幕上繪制該瓦片數(shù)據(jù)，同時將該中心瓦片周圍的瓦片數(shù)據(jù)依次繪制，繪制完成后，手機屏幕上就顯示出了當前范圍的地理底圖。

圖3 瓦片顯示原理圖

(2)多線程異步調(diào)用方式

根據(jù)上面瓦片數(shù)據(jù)的計算方法可以計算出具體瓦片的位置，但是手機上顯示某一范圍時通常需要同時繪制多個瓦片數(shù)據(jù)，為了提高手機上顯示地圖的效果，系統(tǒng)采用5 個異步調(diào)用線程，每一個線程同時進行地理信息服務平臺服務調(diào)用并在手機上繪制，多線程異步調(diào)用采用先進先出的模式，如圖4所示:如果線程池沒有滿就順序執(zhí)行線程，如果線程池已滿當前線程池中最早進入的線程結束運行，退出線程池。例如:系統(tǒng)已經(jīng)有5 個線程1 ～5，如果這時有新的線程6 需要執(zhí)行，就將線程1 停止然后退出線程池。

圖4 多線程異步調(diào)用原理圖

(3)多點觸摸的實現(xiàn)

手機上由于沒有臺式電腦的鼠標和鍵盤，因此在地圖瀏覽時為了給用戶提供更友好的操作方式需要實現(xiàn)多點觸摸的方法，通過判斷屏幕上手指的動作來定義地圖瀏覽的操作，本系統(tǒng)判斷屏幕上兩手指收攏為縮小，屏幕上兩手指遠離為放大。

4.4 車輛定位和軌跡回放的實現(xiàn)

為實現(xiàn)車輛在手機屏幕上的定位顯示，需要在系統(tǒng)中實現(xiàn)一個Car Overlay 的圖層，該圖層管理所有監(jiān)控車輛的信息，系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡訪問服務器的車輛信息獲取服務取得該手機用戶可以監(jiān)控的車輛信息，根據(jù)該信息中的車輛位置坐標系統(tǒng)計算出該車應該在屏幕上顯示的位置，系統(tǒng)每5 s向車輛信息獲取服務獲取一次車輛信息，并將獲取到得信息更新入Car Overlay 的圖層，系統(tǒng)根據(jù)屏幕上的位置繪制車輛的圖標，用戶就可以在屏幕上實時監(jiān)控車輛的位置。軌跡回放實現(xiàn)方式類似，在系統(tǒng)實現(xiàn)一個Track Overlay 的圖層專門繪制某時間段的車輛軌跡［5］。

如圖5、圖6所示為手機監(jiān)控車輛的效果和軌跡回放的效果:

圖5 手機定位效果

圖6 手機軌跡回放效果

5 結 論

“車輛定位手機監(jiān)控系統(tǒng)”的實現(xiàn)，徹底改變了原有車載定位監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方式，用戶和管理人員不一定必須在監(jiān)控中心才能對車輛進行監(jiān)控，只要利用該系統(tǒng)，用戶無論走到哪里，都可以隨時對車輛進行定位監(jiān)控和管理，大大提高了車輛的管理效率和速度。利用本文描述的系統(tǒng)實現(xiàn)方法，車輛定位手機監(jiān)控系統(tǒng)在手機上進行地圖瀏覽和車輛定位監(jiān)控的速度和效率不僅可以和當前高端的桌面臺式機監(jiān)控終端配合先進的監(jiān)控平臺媲美，甚至還超越了傳統(tǒng)臺式機的地理信息地圖瀏覽速度，該系統(tǒng)已經(jīng)完全達到傳統(tǒng)臺式機車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的應用水平。

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