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GPS/GPRS车辆定位网络系统及故障在线检测技术研究

刘有贵  
【摘要】:使用基于GPRS通信的GPS车载定位终端,结合互联网技术和GIS技术,我们可以实现在互联网上对车辆进行定位跟踪,为车辆定位使用单位带来管理上的巨大便利和经济上的高效益。目前,GPS/GPRS车辆定位网络系统在车辆定位管理应用方面已经非常普及,应用范围非常广泛。同时,GPS/GPRS车辆定位网络系统在使用的过程中出现的问题和故障也很多,给车辆的使用和管理部门带来不少麻烦。为此,拥有运营车辆超过3万辆的中国第一汽车集团公司将GPS/GPRS车辆定位网络系统的设计和系统在线故障检测作为重要的课题来研究。设计GPS/GPRS车载定位网络系统,掌握系统总体结构原理,仔细研究系统各个部分的相关技术实现,并对系统各个部分的故障机理进行系统的分析并实施快速有效的在线故障检测是本课题的主要研究内容。 首先,本文研究了互联网TCP/IP协议原理,设计了GPS/GPRS车辆定位网络系统,将系统的总体结构划分为三个组成部分:GIS网络工作站、网络通信服务器和GPS/GPRS车载定位终端,系统这三个部分的具体实现都相对独立,又通过互联网技术和移动无线网络技术构成一个整体的GPS/GPRS车辆定位网络系统。然后,对系统三个组成部分的主要相关技术原理进行了研究,阐述了GIS网络工作站、网络通信服务器和GPS/GPRS车载定位终端的设计原理,同时研究了系统的这三个组成部分在运行期间可能因各种故障而引起的问题,并提出了相应的故障在线检测方法。最后通过实验考核了系统设计的可行性,并验证了故障在线检测的有效性。 (1)从GIS空间数据的描述、GIS空间数据的录入与处理、GIS空间数据的管理和GIS地理信息的可视化等4个方面研究了GIS技术原理,结合互联网技术,设计了GIS网络工作站,实现将GPS定位坐标转化为在电子地图相应位置上的车辆图标;研究了GIS网络工作站网络通信故障的检测方法和技术,提出了定时向网络通信服务器发送TCP网络数据包进行TCP连接状态检测技术,解决了GIS网络工作站与网络通信服务器之间TCP连接状态的在线故障检测问题。GIS网络工作站是一个以GIS应用为主的,基于互联网TCP/IP通信的客户端人机界面程序,在系统中作为网络通信服务器的客户端,与网络通信服务器之间有两条使用TCP协议的SOCKET通信链路,且都是基于互联网TCP/IP协议传输。一条用于向网络通信服务器发送“设置GPS定位数据回传时间间隔”指令,设置GPS/GPRS车载定位终端定时回传GPS定位数据包。另一条用于实时从网络通信服务器接收GPS定位数据包。GIS网络工作站负责对收到的GPS定位数据包进行解析,以图标的形式在电子地图相应位置上呈现车辆。在GIS网络工作站运行期间,会因各种原因出现网络通信故障,导致GIS网络工作站不能正常收发数据的问题,对此,本文提出了定时向网络通信服务器发送TCP网络数据包进行TCP网络连接状态的在线检测技术,来实现GIS网络工作站与网络通信服务器之间的网络状态故障检测。使用定时向网络通信服务器发送TCP网络数据包进行网络连接状态的检测技术,可以在最短30秒的时间内确定GIS网络工作站与网络通信服务器之间的网络连接状态是否正常,为GIS网络工作站的网络通信故障的发现和解决提供了很好的实用技术手段。 (2)研究了基于TCP网络通信协议的网络服务原理,设计了基于TCP协议的网络通信服务器,实现了与GIS网络工作站通信的指令设置和实时数据通信服务,GPS/GPRS车载定位终端的指令设置和定位数据回传的通信服务;研究了网络通信服务器通信故障的检测方法和技术,提出了使用DOS工具命令TELNET方法来检测服务是否处于正常侦听状态及定期查询各个TCP在线连接无数据包收发时间间隔来检测TCP在线连接状态的技术。网络通信服务器是整个系统的通信核心,内含三个通信子服务,且都是基于TCP协议的SOCKET通信服务。第一个子服务是指令接收服务,用于接收GIS网络工作站发来的设置指令;第二个子服务是实时GPS定位数据分发服务,用于向GIS网络工作站发送实时GPS定位数据包;第三个子服务是GPS/GPRS车载定位终端通信服务,用于与GPS/GPRS车载定位终端通信,向GPRS车载定位终端发送设置指令,同时接收GPRS车载定位终端传回的GPS定位数据包。网络通信服务器中的三个子服务在运行期间可能会因各种不同原因,出现侦听故障。同时,已经处于通信状态的通信连接也可能因各种复杂的情况导致通信异常故障。为此,本文提出了使用TELNET方法来检测服务是否处于正常侦听状态及定期查询各个TCP在线连接无数据包收发时间间隔来检测在线连接状态的技术。使用DOS工具命令TELNET来检测网络通信服务器的三个子服务端口是否处于正常侦听状态,可以在最短30秒的时间内确定服务端口侦听是否正常。使用定期查询各个TCP在线连接无数据包收发时间间隔,将查询的结果与设定的允许时间间隔比较,以确定TCP在线连接状态是否正常,在网络通信服务器程序内部,是极其快速的,在毫秒级的时间内就可以完成。 (3)研究了GPS定位技术和移动无线通信技术,设计了GPS/GPRS车载定位终端,实现了GPS定位数据的读取以及通过GPRS无线网络向网络通信服务器发送GPS定位数据包;研究分析了GPS/GPRS车载定位终端的通信故障和定位故障产生机理,提出了三个检测方法:第一个,向终端设备发送短信或对终端设备进行语音拔号检测GPRS模块是否处于带电工作状态;第二个,从服务端查询GPRS车载定位终端上传的数据包时间间隔是否大于设定的允许时间间隔来判断GPS/GPRS车载定位终端是否网络在线;第三个,沿着开阔的大道移动GPS/GPRS车载定位终端,将设备上传的坐标信息与相应位置的坐标进行比较,以确定GPRS车载定位终端里GPS模块的工作是否正常。GPS/GPRS车载定位终端是安装在车辆中基于GPRS模块通信的GPS定位终端,里面有GPRS通信模块、GPS定位模块和集成电路板,外接有GPRS天线和GPS天线。GPRS模块通过CMNET方式接入互联网,作为网络通信服务器的客户端,使用基于TCP协议的SOCKET通信方式,接收从网络通信服务器发来的设置指令,同时向网络通信服务器发送GPS模块采集的GPS定位数据。由于终端设备是安装在车上的,随车运动,网络通信条件非常复杂,也是最容易出现网络异常的环节。本文提出的对GPRS车载定位终端故障在线检测的三个方法可以快速定位设备的故障,为有效排除GPRS车载定位终端故障,使GPRS车载定位终端恢复到正常工作状态提供了有效的技术依据。 (4)进行了GPS定位数据包上行和发送“设置GPRS车载定位终端定时回传GPS定位数据的时间间隔指令”数据包下行两个实验,说明了使用GPRS车载定位终端,结合互联网技术和GIS技术,实现在网上对车辆进行定位跟踪,不仅在理论上,而且在实践中证明是可行的。同时对GPS/GPRS车辆定位网络系统进行了故障在线检测实验,验证了故障在线检测的有效性。使用此系统,我们可以在很短的时间内获取车辆的动态位置信息,为方便快捷地对车辆进行管理和调度提供了技术依据。 本文对GPS/GPRS车辆定位网络系统所涉及的主要相关技术进行了详细研究,设计了GPS/GPRS车辆定位网络系统,并对系统的三个组成部分的具体实现技术原理进行了阐述。同时,本文对GPS/GPRS车辆定位网络系统里三个组成部分的运行故障进行了研究,提出了GPS/GPRS车辆定位网络系统中故障检测方法和技术,实现了系统运行过程中故障的快速检测和排除,保证了系统的稳定工作与高效运行。


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