工程车辆的物联网管理系统设计与实现

贺东梅

摘 要：文中提出建立工程车辆物联网管理系统，并给出了具体的实践应用。该物联网系统以GPS定位、传感器、RFID射频识别、无线网络传输等技术为支撑，以实时数据为基础，以Web端与Android移动端为数据的展示输出，实现了工程车辆在途运输环节的实时监控，包括车辆的行驶速度、行驶区域以及行驶时间等。应用本系统，可实现对城市工程车辆的统一调度及运行安全性的实时监控，系统的研究成果对于减少工程车辆为城市交通带来的安全问题具有实际意义。

关键词：工程车辆；监控；监测；物联网管理系统

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）08-00-03

0 引 言

对于物联网应用系统而言，其网络架构体系一般可分为三个层次，即感知延伸层，通过传感器连接事物和感知信息；网络互联层，融合异構的泛在通信网络；应用服务层，为各种终端设备提供应用和服务。

针对工程车辆，按照这三个层次进行系统设计。网络体系结构如图1所示。

其中各子系统的功能见表1所列。

1 物联网感知层设计

感知层是物联网应用系统的基础，用以获取数据。感知层主要由硬件组成，对于工程车辆物联网管理系统而言，包括定位子系统、门禁子系统、状态子系统。

1.1 定位子系统

定位子系统是车载GPS设备接收机，它将工程车辆动态位置的实时经度和纬度、时间和状态等信息，通过无线通信链路网络（GSM/GPRS）发送至应用服务层。包括车载定位设备、无线通信链路。定位子系统如图2所示。

（1）车载定位设备由定位模块和无线通信模块组成。定位模块接收卫星定位信号，计算出车辆当前位置。无线通信模块接入无线通信网络，将车辆当前位置发送至应用层。

（2）无线通信网络。无线通信链路连接车辆无线通信模块和应用层，传递控制信息和位置信息，系统的无线通信网络为GSM/GPRS。

1.2 门禁子系统

门禁子系统基于RFID技术，可实时提供车辆和司机的位置信息。RFID射频识别、应用识别装置通过被识别物品和识别装置之间的非接触互动自动获取被识别物品的相关信息，并提供给后台计算机处理系统来完成相关后续操作。包括RFID、RFID Reader和处理单元，如图3所示。

（1）RFID：为RFID写入唯一标识的车辆编号信息或司机编号信息，系统为车辆和司机分配编号。为每辆车和每位司机单独配发电子标签，由车辆或司机随车或随身携带，以标识其唯一身份；

（2）RFID Reader：安装在车库门口，在车辆出入库和司机刷卡时读取信息并发送给处理单元；

（3）处理单元：将RFID Reader读取到的信息进行数据转换后，通过802.11无线局域网协议接入车库无线接入点，并发送信息至应用层。

1.3 状态子系统

利用霍尔传感器检测发动机状态 、利用油位传感器检测车辆的油量。将检测结果通过ZigBee模块与GPRS网络传送给服务器，检测车辆的发动情况，以获取其车辆动作的时间长度。 实时检测车辆的油量、油耗情况，系统自动生成里程、油耗对应表，对司机中途偷盗油的行为进行精确统计，便于单位对车辆进行油耗管理，降低单位用车费用。状态子系统信息传输原理如图4所示。

2 物联网应用服务层设计框架

工程车管理系统应用服务层是对数据进行接收处理、分析显示的软件系统，这一层建立的内容称为物联网应用系统，整体又称为物联网应用管理平台。

应用层接收处理数据，将数据存入SQLServer数据库中，数据处理在服务器端。采用JSP方式开发客户端Web界面，进行状态显示。移动端采用Android方式设计，于移动手机端显示。

应用层实现的功能包括车辆的位置监控、车辆的状态监控、车辆的调度管理。

（1）位置服务应用：接收车辆返回的位置信息，并向用户与其他服务提供相关位置服务。将车辆当前位置显示在电子地图上，利用车辆历史位置信息监控其运行轨迹，为规范管理和用车计费服务。

（2）车辆状态监控应用：接收车辆返回的状态信息，并向用户与其他服务提供相关的车辆状态服务。将车辆当前转速、水温、油耗等信息显示在客户端或手机上，对车辆进行管理。

（3）车辆调度与分析应用：该模块从前两个模块读取数据，获取车辆的实时位置信息与状态信息，对车辆作业进行统一调度管理。

应用层管理模块结构设计如图5所示。

3 物联网应用服务的实现

应用层接收处理数据，将数据存入SQLServer数据库中，分别采用客户端和移动手机端进行显示。Web采用JSP进行应用端界面设计，数据显示在应用端界面，数据处理在服务器端完成。移动端采用Android编程进行设计，完成移动端信息调用和显示。

工程车管理平台系统包括车辆区域监控管理模块、单车信息管理模块、车辆调度与分析模块。

3.1 车辆区域监控管理模块

车辆区域监控模块可以按照区域划分，将在区域内作业的车辆显示出来，以详细定位所在街区。监控列表的图形显示界面如图6所示。

3.2 单车信息管理模块

用户点击车辆列表中某辆车的图标，进入该车的单车信息页面。单车信息的展示功能包括车辆实况、轨迹回放、车辆报警、作业违规、里程油耗、历史工况。

3.2.1 车辆实况

车辆实况实时展示车辆的状况，包括页面左边的车辆基本信息、中间的地图与页面下的实时工况和页面右边的仪表盘。车辆轨迹会在地图上显示，如图7所示。

3.2.2 车辆轨迹回放管理

根据指定时间段回放车辆的历史轨迹。轨迹回放页面包括时间段查询选项、速度和工况变动、播放条变化和轨迹的地图显示，如图8所示。endprint

3.2.3 车辆状态实时监控

以车辆的里程油耗模块为例，对车辆的单车里程和油耗进行详细的图表显示。在该系统中增加里程油耗功能。里程，可根据地图轨迹算出。油耗，按照单位油耗30～40 L/百公里进行计算。

3.3 车辆调度与分析

3.3.1 车辆调度

车辆调度子系统的主要功能是围绕用户用车申请，在车辆和人员在位信息的基础上实现车辆调度功能，对用车任务进行调度和相关结算。调度子系统涉及的相关功能有：接受用车申请；根据司机和车辆的在位情况，向用车人员返回车辆在位信息；根据车辆实时位置实现在线调度。

调度总系统由无线通信模块、调度模块和数据库模块组成。数据库记录车辆司机的在位信息和任务相关信息，无线通信模块支持GSM和WLAN，调度模块可实现对数据库的访问。

3.3.2 车辆分析

客户设定某一周（查询时间段以一周为单位）的时间段后显示该周每一天的油耗曲线和里程分析。作业油耗、行驶油耗、作业里程和非作业里程分开展示。

4 结 语

该工程车辆物联网管理系统硬件部分采用GPS定位技术、传感器技术、RFID射频识别技术实现工程车状态监测、门禁管理、位置信息采集等。

软件部分利用数据库管理和调用技术对数据库进行管理，利用Web和Android技术进行界面设计。设计的车辆物联网管理系统平台综合软硬件实现了电子地图管理、数据分析管理、异常管理、车辆控制、油耗管理、工班控制、图像管理、语音提示、定点管理、系统管理、任务管理等。

通过车辆物联网管理系统平台，管理人员可以监控名下所有车辆的实时位置、历史轨迹回访、定点装卸、作业管理、异常状态位置连锁。可对所有车辆进行任务调度、任务状态反馈、智能评判、语音提示、工班管理、作业参数分析、油耗管理、异常报警管理、图像数据管理、绩效分析。

该应用平台系统是在感知延伸和网络互联的基础上，应用服务层综合各种采集和识别到的信息，通过泛在网络传输共享数据和资源，并对用户提供各种应用和服务。该平台大大提高了城市对特殊车辆的管理能力，对保障城市交通安全具有现实意义。

参考文献

[1]李宁.基于GPRS技术的车辆监控系统设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2005.

[2]卓静，施涛，靳晶.基于GPS/GPRS/GIS车辆监控系统的研究与实现[J].南京工业职业技术學院学报，2006，6（2）：37-39.

[3]王世君.基于GPS/GIS的车辆监控调度系统设计与实现[D].成都：西南交通大学，2006.

[4]康秀光，刁宏轩，刘立峰.基于RFID技术的车辆管理系统设计[J].黑龙江科技信息，2009（3）：51.

[5] Elliott D. Kaplan，Christopher J. Hegarty.GPS原理与应用[M].邱致和，王万义，译.北京：电子工业出版社，2007.

[6]田丽，刘春瑞，翟鸣宇. 基于车牌识别技术的车辆管理系统应用[J].物联网技术，2015，5（7）：84-86.

[7]王冬，邱育桥.基于无线传感网的运动车辆定位技术研究[J].物联网技术，2016，6（3）：59-61.

[8]曹领，魏胜利.基于物联网的园区停车管理系统的设计与实现[J].电脑知识与技术，2016，12（3X）：102-103.endprint