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1、基于android智能手机的车辆远程监控系统的设计与开发本科基于 Android 智能手机的车辆远程监控系统的设计与开发重庆大学硕士学位论文（学术学位）教 授专业：车辆工程学科门类：工学重庆大学机械工程学院二 O 一四年五月Research of the Remote MonitoringSystem of the Vehicle Based on Andriod SmartphoneA Thesis Submitted to ChongqingUniversityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMasters Degree o

2、f EngineeringBy YuanNingSupervised by Prof. Yang YalianSpecialty: Vehicle EngineeringCollege of Mechanical Engineering ofChongqing University, Chongqing China.May.2014中文摘要摘要随着我国经济的飞速发展，汽车数量也逐年增加，随之出现的交通问题也日益严重。车辆远程监控系统是智能交通系统（ITS）的核心部分之一，可以对车辆 的出行进行规划，提高道路的利用率，改善交通环境；可以对车辆进行实时监控， 及时发现车辆故障，尽可能避免交通事故的

3、发生，增强行车安全等。本课题是在 重庆产学研合作创新项目“重庆恒通新能源客车远程监控系统开发”和国家重点 实验室专向经费项目的支持下对车辆远程监控系统进行了深入的研究。首先，了解 GPS 车辆监控导航系统在国内外的发展状况，通过分析其总体构 架、软硬件设备、工作原理以及功能模块，挖掘现有车辆监控导航系统中存在的 不足，从而提出了一种以手机作为车载数采终端的车辆远程监控系统的方案，该 方案基于 Android 手机操作系统，利用 3G 网络实现数据通讯，然后监控中心服务 器将上传的数据进行分析、处理，实现对目标车辆的实时监控、历史轨迹回放、 车辆报警等功能。第二，深入剖析车辆远程监控系统所需的关

4、键技术，即：Android 系统、地理 信息系统（GIS）、全球定位系统（GPRS）、3G 无线通信技术等。根据这些关键技 术的工作原理设计出本系统的总体架构，并设计了监控系统各个模块要实现的功 能。第三，基于提出的系统总体方案，设计并建立了系统的软硬件架构。采用 Android 智能手机、ELM327、车辆 OBD 系统的集成为一个车载终端采集车辆动态 数据，从而实现了用专用设备作为数据采集终端的弊端。并采用 B/S 架构搭建监 控中心服务器，完成对上传数据的接收和解析，同时，选用 J2EE 作为软件开发平 台，采用 MVC 模式进行整个系统的软件开发，实现了整个系统的模块化，便于系 统的维

5、护升级。第四，选用 SQL Server2005 进行系统中心数据库的开发，根据系统的数据需 要，完成了系统中心数据库的概念模型设计、逻辑设计和数据库的物理实现，实 现了系统后台数据的存取，使整个系统的数据管理更加信息化和科学化。第五，结合车辆远程监控系统的功能需求编程实现各个功能模块，根据人机 交互的特性开发系统的界面，方便用户对本系统的操作。最后，对本系统进行了 实车联调测试，完成系统软硬件的配置，实现车载数据的无线传输和实时采集、监控中心的数据解析以及行车轨迹显示等功能。关键词： Android 智能手机，OBD-，中心数据库，B/S 架构，远程监控I重庆大学硕士学位论文II英文摘要AB

6、STRACTAs the rapid progress of economy in our country, the number of car is increasing year by year. As the result, the traffic problem becomes increasingly serious. The remote monitoring system of the vehicle is a core part of intelligent transportation system (ITS), which can be used to plan the v

7、ehicle travel, to improve the rate of road utilization and the traffic environment. Also, it can be used to monitor the vehicle in real time, to detect the break-down of vehicle timely, to avoid traffic accidents as far as possible, and toenhance road safety. So based on the Chongqing cooperative in

8、novation project thedevelopment of remote monitoring system for Hengtongs new energy bus and the special funds of state key laboratories project, the remote monitoring system of the vehicle is conducted in-depth research in the paper.Firstly, the paper introduces the application and progress situati

9、on of GPS vehicle monitoring and navigation system at home and on abroad, and analyses the overall structure of these systems to understand the function and works of each part. At the same time, the paper also analyses the existing problem of vehicle monitoring and navigation system. So a new the re

10、mote monitoring system of the vehicle is proposed which uses a mobile phone as vehicle data acquisition terminal. It bases on the Androidmobile phone and uses the 3rd-generation(3G) wireless communications for datacommunications. After that, the data uploaded by the Android mobile phone is analyzed

11、and processed by monitoring central server, in order to realize the function of real-time monitoring、historical track playback、vehicle alarm, and so on.Secondly, the key technologies which the remote monitoring system of the vehiclerequires are introduced in the paper. They are Android system, Geogr

12、aphic InformationSystem(GPS), 3rd-generation(3G)System(GIS),GlobalPositioningwirelesscommunications technology, and so on. According to the working principle of these key technologies, the overall architecture of the system is designed, and meanwhile, the function of each module is provided.Thirdly,

13、 based on the overall architecture of the system, the hardware and software of the system are designed. The design of vehicle data acquisition terminal is completed which bases on Android Smartphone, ELM327, and the On-Board Diagnostics (OBD) system of the vehicle. Browse/Server (B/S) structure is u

14、sed to build the monitoringcenter server. Meanwhile, J2EE is chose as the software development platform. And theIII重庆大学硕士学位论文software development of the system is completed by using the MVC pattern.Fourthly, SQL Server2005 is used to develop the center database of the system. According to the data w

15、hich the system needs, the conceptual design, the logic design and the physical implementation of the center database have been completed. The data management of the whole system becomes informatization and scientization.Fifthly, combining the functional requirements of the remote monitoring system

16、of the vehicle,the function of each module is achieved by programming. The interface of the system is developed via the characteristics of human-computer, in order that users are convenient to operate it. Finally, we carried out real vehicle test of the system, and completed the hardware and softwar

17、e configuration of the system. Then, the system realized the function of real-time acquisition of vehicle data and wireless transmission,data analysis, track display, and so on.Key words: Android Smartphone, OBD-, central database, B/S architecture,remotemonitoringIV目录目录中文摘要 I英文摘要 III1 绪论 11.1 论文的目的

18、和意义 11.2 国内外发展现状 21.2.1 国外发展现状 21.2.2 国内发展现状 51.3 论文研究的主要内容 71.4 本章小结 82 车辆远程监控系统的相关技术与系统架构 9车辆远程监控系统的关键技术 92.1.1 Android 简介 92.1.2 地理信息系统 GIS 概述 102.1.3 GPS 卫星定位技术 122.1.4 无线通信技术 13系统的总体方案设计 162.2.1 系统的架构 162.2.2 系统工作原理 16系统各部分的主要功能 172.3.1 车载终端 172.3.2 3G 无线通信网络 172.12.22.32.3.32.3.42.3.5监控中心服务器 1

19、7监控中心软件 18客户端 18本章小结 182.43 车辆远程监控系统的软硬件平台设计 193.1 系统性能需求分析 193.2 系统硬件平台设计与选型 193.2.1 车载终端数据采集模块 203.2.2 监控中心服务器的搭建 263.3 系统软件平台设计 27V重庆大学硕士学位论文3.3.1 系统开发平台介绍 283.3.2 数据传输 303.3.3 监控中心的设计 333.4 本章小结 344 中心数据库的设计 354.1 数据库的选择 354.2 中心数据库概念模型设计 364.2.1 中心数据库的需求分析 374.2.2 中心数据库的概念结构设计 384.3 中心数据库的实现 40

20、4.3.1 中心数据库的逻辑结构设计 404.3.2 中心数据库物理结构的实现 424.4 本章小结 465 车辆远程监控系统的实现与测试 475.1 用户登录模块 475.2 系统主界面的设计与实现 495.3 GIS 操作模块 495.3.1 百度地图 API 505.3.2 电子地图初始化 505.3.3 电子地图的操作 515.4车辆监控模块 535.4.1 车辆定位 535.4.2 实时监控 545.4.3 轨迹回放 565.4.4 车辆报警 57数据管理模块 595.5.1 数据的存储 595.5.2 数据库与系统的数据交互 62车辆远程监控系统实车联调测试 635.6.1 测试的

21、硬件平台 635.6.2 系统的运行结果 655.6.3 系统的性能分析 67本章小结 685.55.65.76 结论与展望 69VI目录6.16.2论文总结 69展望 70谢 71致参考文献 73附录 77作者在攻读学位期间发表的论文目录 77作者在攻读学位期间参加的科研项目目录 77A.B.VII重庆大学硕士学位论文VIII1 绪 论1 绪论1.1 论文的目的和意义随着我国经济的持续、稳定、高速的发展，道路交通等基础设施智能化水平 的不断提高，中国汽车市场高速发展，车辆的数量日益增多。作为人们最重要的 交通工具之一，汽车在社会经济和生活中扮演着重要的角色。然而，车辆数量的 增加带来了一系列

22、严重问题。交通事故频繁发生、交通拥堵也越来越突出，这些 问题直接影响着社会的发展和人民的生活和生命财产安全1。同时，利用车辆作案 和以车辆作为犯罪对象的案件日益增多，由于车辆的机动性，犯罪分子快速作案、 逃离现场、藏匿赃物，这为公安民警破案，取证带来了极大的困难2。另外，出租 车公司、物流公司、公交公司、特种车辆如公安 110、急救中心 120、银行运钞 101、 消防 119 等单位对各自车辆的调度、监管要求也越来越高。尤其是近年来随着家 庭私人用中高档车辆数量的急剧攀升，私家车主对自己爱车寻求安全保护，以及 要求提供必要服务的愿望日益强烈。为了解决这一系列的问题，从而提出了智能 交通系统

23、ITS（Intelligent Transport System），并得到了迅速的发展。所谓智能交通 系统 ITS3，就是将先进的通信技术、自动控制技术、计算机技术等应用于交通管 理体系，通过科技手段控制交通状况，建立一种全方位发挥作用的实时、准确、 高效的交通综合管理和控制系统。ITS 的发展降低了交通事故，优化了对汽车的管 理，提高了交通运输效率，增强了汽车的安全性和控制性，缓解了由交通带来的 经济和能源的巨大压力。因此，ITS 的设计与开发正成为学者们研究的热点，而车 辆远程监控系统是 ITS 的重要组成部分，是极具市场潜力和经济效益的应用项目 之一，所以集技术、管理、服务为一体的远程车

24、载监控系统已成为非常活跃的研 究领域。Android 是 Google 于 2007 年底开发出来的开源手机操作系统，是首个为移动 终端打造的真正开放和完整的移动软件4。Google 始终把移动智能手机终端作为 切入点，引领其整合全球信息的战略，同时也是对下一代信息技术革命大趋势的 把握。至今，Android 操作系统除了应用于移动手机外，还广泛用于物联网的信息 终端。从 2009 年第一款实现可测量血压的 Android 终端面世开始，陆续出现了可 以作为车载导航的基于 Android 的终端，以及可以扫描二维码、控制微波炉冰箱、 可以控制机顶盒的 Android 终端4-5。可以看出，An

25、droid 不仅是手机操作系统，其 在推动信息社会的发展起到了实实在在的作用。随着社会的发展，人们对车辆的运行质量、安全性和交通提出了越来越高的要求，因此，建立 Android 智能手机上的车辆远程监控系统具有重要的现实意义，1重庆大学硕士学位论文主要体现在一下几个方面：对于用户来说，车辆远程监控系统可以实时监控汽车的状态，获取车辆的运 行数据，及时发现车辆的潜在故障并对用户发出报警提示，在一定程度上可以避 免交通事故和由于车辆故障带来的交通堵塞；同时，GPS 地图导航功能可以显示 车辆的地理位置，增强了车辆的防盗功能，当车辆发生故障时，可以第一时间将 车辆位置信息和故障信息发送给维修部门，方

26、便维修部门掌握车辆状况针对性地 解决问题。对于汽车厂商来说，该系统实现了实时数据的无线传输，解决了采集数据的 距离限制问题，提高了数据分析处理的效率；同时，该系统可以长期地、实时地 监控车辆各个部件的参数，从而获取大量真实的汽车状态参数，通过对这些参数 进行分析可以对车辆的性能进行评估，以指导对车辆的改进工作。对于整个交通系统来说，车辆远程监控系统可以综合实际的交通状况对车辆 进行调度、诱导和路径优化，合理选则车辆出行路线，提高了交通利用率。对于整个系统来说，采用 Android 智能手机作为车辆数采终端，无需专用的、 昂贵的车载终端，降低了系统成本，使整个系统更易被用户所接受，从而推广整个系

27、统的安装。1.2 国内外发展现状车辆远程监控系统是智能交通系统（ITS）的关键部分，是目前国内外研究的 重要前沿课题，各国都展开了积极的研究。世界范围内，在野外探测、特种车辆 导航、物流运输、交通监管等领域都涉及和运用到车辆导航技术6。随着地理信息 系统 GIS（Geographic Information System）、全球卫星定位系统 GPS（Global Position System）、3G 无线通信技术以及计算机云计算技术的发展，车辆远程监控系统逐渐 成为国内外研究的热点。1.2.1 国外发展现状从 20 世纪伊始，国外就致力于智能交通系统的研究工作，尤其是美国、日本和欧洲各国。进

28、入 20 世纪 90 年代以来，计算机技术、通信技术和导航技术的发 展使车辆的定位和导航系统的应用成为现实7，特别是美国全球卫星定位系统 GPS 的建立和民用化，为用户提供了一种廉价、实用的定位手段，同时，降低了研究 者的开发成本和用户的使用成本，从而推动了车辆监控系统进入了新的高潮。1997 年 1 月，麻省理工大学和斯坦福大学就联合主办了首届基于 Internet 的远程监控系 统和诊断工作会议8，有来自 30 多个研究机构和公司的 50 位代表到会，会议讨论 了远程监控系统的开放式体系、传输协议、诊断信息规程以及对用户的合法限制等，并对未来的科技发展做了展望。由麻省理工大学和斯坦福大学联

29、合开发的基21 绪 论于 Internet 的下一代远程监控系统和诊断示范系统得到了一期仪表行业、计算机行业的惠普（HP）、SUN、福特（Ford）、英特尔（Intel）以及波音（Boeing）等 12 家公司的热情支持和配合。之后，这些同时共同合作开发出了一套新的试验系统 Testbed，该系统的特点是：采用嵌入式的 Web 组网方式；采用 Bayesian Net 和 JAVA 搭建平台；实现在 Internet 范围内的监控信息和诊断推理。上世纪 60 年代末期到 1997 年，美国政府用于智能交通系统（ITS）的研究开发费用年度预算总计为 12.935 亿美元。当时就提出了一种用于控制

30、和疏导交通的 电子路径引导系统 ERGS，这只是具有路径规划与引导能力的导航系统。从 90 年 代开始，美国就相继完成了车载导航系统、车载服务系统、通信媒介和其他智能 交通系统的研究与试验。美国较多将码分多址 CDMA、蜂窝数字式分组数据交换 网 CDPD 和 Internet、结合 GPS 应用于车辆导航、急救和物流的终端机上9，如美 国的联合包裹服务公司（UPS），通过引进 WEBGIS 技术，监控服务商向用户提供 网上查询和跟踪邮件服务，同时，公司可以在远程知道邮件配送车辆的位置和状 态；2000 年美国通用福特汽车公司首先推出的“on-Star”系统，如图 1.1 所示， 它通过无线网

31、络将车辆的位置信息与用户的要求反馈给服务中心，服务中心以最 快的速度响应用户的要求，在 2001 年，“on-Star”系统的车载导航仪已经作为汽 车的标准配置安装在 30 多种型号的汽车上了。同时，美国的 Aerovironmevt 公司 利用车辆远程监控的原理开发出了一套故障诊断系统：SmartGuard 系统10，该系 统的具备的诊断功能主要是：电池历史记录和归档；放电极性反向报警。从上世纪 70 年代开始，日本政府就在智能交通（ITS）领域进行了大量的资 金和政策方面的投入，以期形成的智能交通系统产业能推动日本经济的发展，其 致力于综合车辆交通控制系统的研究，在车辆与导航系统和智能交通系统上走在 世界的