基于android智能手机的车辆远程监控系统的设计与开发本科.docx
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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
ResearchoftheRemoteMonitoring
SystemoftheVehicleBasedonAndriodSmartphone
AThesisSubmittedtoChongqingUniversity
inPartialFulfillmentoftheRequirementforthe
Master’sDegreeofEngineering
ByYuanNing
SupervisedbyProf.YangYalian
Specialty:
VehicleEngineering
CollegeofMechanicalEngineeringof
ChongqingUniversity,ChongqingChina.
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，便于系统的维护升级。
第四，选用SQLServer2005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-Ⅱ，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
ABSTRACT
Astherapidprogressofeconomyinourcountry,thenumberofcarisincreasingyearbyyear.Astheresult,thetrafficproblembecomesincreasinglyserious.Theremotemonitoringsystemofthevehicleisacorepartofintelligenttransportationsystem（ITS）,whichcanbeusedtoplanthevehicletravel,toimprovetherateofroadutilizationandthetrafficenvironment.Also,itcanbeusedtomonitorthevehicleinrealtime,todetectthebreak-downofvehicletimely,toavoidtrafficaccidentsasfaraspossible,andto
enhanceroadsafety.SobasedontheChongqingcooperativeinnovationproject"the
developmentofremotemonitoringsystemforHengtong’snewenergybus"andthespecialfundsofstatekeylaboratoriesproject,theremotemonitoringsystemofthevehicleisconductedin-depthresearchinthepaper.
Firstly,thepaperintroducestheapplicationandprogresssituationofGPSvehiclemonitoringandnavigationsystemathomeandonabroad,andanalysestheoverallstructureofthesesystemstounderstandthefunctionandworksofeachpart.Atthesametime,thepaperalsoanalysestheexistingproblemofvehiclemonitoringandnavigationsystem.Soanewtheremotemonitoringsystemofthevehicleisproposedwhichusesamobilephoneasvehicledataacquisitionterminal.ItbasesontheAndroid
mobilephoneandusesthe3rd-generation（3G）wirelesscommunicationsfordata
communications.Afterthat,thedatauploadedbytheAndroidmobilephoneisanalyzedandprocessedbymonitoringcentralserver,inordertorealizethefunctionofreal-timemonitoring、historicaltrackplayback、vehiclealarm,andsoon.
Secondly,thekeytechnologieswhichtheremotemonitoringsystemofthevehicle
requiresareintroducedinthepaper.TheyareAndroidsystem,GeographicInformation
System（GPS）,3rd-generation（3G）
System（GIS）,
Global
Positioning
wireless
communicationstechnology,andsoon.Accordingtotheworkingprincipleofthesekeytechnologies,theoverallarchitectureofthesystemisdesigned,andmeanwhile,thefunctionofeachmoduleisprovided.
Thirdly,basedontheoverallarchitectureofthesystem,thehardwareandsoftwareofthesystemaredesigned.ThedesignofvehicledataacquisitionterminaliscompletedwhichbasesonAndroidSmartphone,ELM327,andtheOn-BoardDiagnostics（OBD）systemofthevehicle.Browse/Server（B/S）structureisusedtobuildthemonitoring
centerserver.Meanwhile,J2EEischoseasthesoftwaredevelopmentplatform.Andthe
III
重庆大学硕士学位论文
softwaredevelopmentofthesystemiscompletedbyusingtheMVCpattern.
Fourthly,SQLServer2005isusedtodevelopthecenterdatabaseofthesystem.Accordingtothedatawhichthesystemneeds,theconceptualdesign,thelogicdesignandthephysicalimplementationofthecenterdatabasehavebeencompleted.Thedatamanagementofthewholesystembecomesinformatizationandscientization.
Fifthly,combiningthefunctionalrequirementsoftheremotemonitoringsystemofthevehicle,thefunctionofeachmoduleisachievedbyprogramming.Theinterfaceofthesystemisdevelopedviathecharacteristicsofhuman-computer,inorderthatusersareconvenienttooperateit.Finally,wecarriedoutrealvehicletestofthesystem,andcompletedthehardwareandsoftwareconfigurationofthesystem.Then,thesystemrealizedthefunctionofreal-timeacquisitionofvehicledataandwirelesstransmission,
dataanalysis,trackdisplay,andsoon.
Keywords:
AndroidSmartphone,OBD-Ⅱ,centraldatabase,B/Sarchitecture,
remotemonitoring
IV
目
录
目
录
中文摘要I
英文摘要III
1绪
论1
1.1论文的目的和意义1
1.2国内外发展现状2
1.2.1国外发展现状2
1.2.2国内发展现状5
1.3论文研究的主要内容7
1.4本章小结8
2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9
2.1.1Android简介9
2.1.2地理信息系统GIS概述10
2.1.3GPS卫星定位技术12
2.1.4无线通信技术13
系统的总体方案设计16
2.2.1系统的架构16
2.2.2系统工作原理16
系统各部分的主要功能17
2.3.1车载终端17
2.3.23G无线通信网络17
2.1
2.2
2.3
2.3.3
2.3.4
2.3.5
监控中心服务器17
监控中心软件18
客户端18
本章小结18
2.4
3车辆远程监控系统的软硬件平台设计19
3.1系统性能需求分析19
3.2系统硬件平台设计与选型19
3.2.1车载终端数据采集模块20
3.2.2监控中心服务器的搭建26
3.3系统软件平台设计27
V
重庆大学硕士学位论文
3.3.1系统开发平台介绍28
3.3.2数据传输30
3.3.3监控中心的设计33
3.4本章小结34
4中心数据库的设计35
4.1数据库的选择35
4.2中心数据库概念模型设计36
4.2.1中心数据库的需求分析37
4.2.2中心数据库的概念结构设计38
4.3中心数据库的实现40
4.3.1中心数据库的逻辑结构设计40
4.3.2中心数据库物理结构的实现42
4.4本章小结46
5车辆远程监控系统的实现与测试47
5.1用户登录模块47
5.2系统主界面的设计与实现49
5.3GIS操作模块49
5.3.1百度地图API50
5.3.2电子地图初始化50
5.3.3电子地图的操作51
5.4
车辆监控模块53
5.4.1车辆定位53
5.4.2实时监控54
5.4.3轨迹回放56
5.4.4车辆报警57
数据管理模块59
5.5.1数据的存储59
5.5.2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63
5.6.1测试的硬件平台63
5.6.2系统的运行结果65
5.6.3系统的性能分析67
本章小结68
5.5
5.6
5.7
6结论与展望69
VI
目
录
6.1
6.2
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77
A.
B.
VII
重庆大学硕士学位论文
VIII
1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ITS（IntelligentTransportSystem），并得到了迅速的发展。
所谓智能交通系统ITS[3]，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，Android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（GeographicInformationSystem）、全球卫星定位系统GPS（GlobalPositionSystem）、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合开发的基
2
1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：
①采用嵌入式的Web组网方式；
②采用BayesianNet和JAVA搭建平台；
③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：
①电池历史记录和归档；
②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
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