北斗定位與WebGIS技術(shù)在指揮監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳 濤，邢光成，聶小波

（1.湖省測(cè)繪成果檔案館，湖武漢 430074；2.湖省基礎(chǔ)地理信息中心，湖武漢 430074）

北斗定位與WebGIS技術(shù)在指揮監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳 濤1，邢光成1，聶小波2

利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，結(jié)合WebGIS技術(shù)與B/S模式，提升在公共安全領(lǐng)域遠(yuǎn)程指揮和監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)方面的數(shù)字化、信息安全保障水平，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星定位與數(shù)字湖北地理空間框架建設(shè)電子地圖成果的融合與應(yīng)用。

北斗；WebGIS；B/S；數(shù)字湖北

為適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的現(xiàn)狀，尤其是我國(guó)自主研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)逐步運(yùn)用到國(guó)家安全和公共安全領(lǐng)域，公安和武警部門(mén)正加速其指揮系統(tǒng)的升級(jí)改造進(jìn)程?；诒倍范ㄎ患夹g(shù)和WebGIS相關(guān)技術(shù)[1]，搭建以北斗衛(wèi)星定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控指揮和短報(bào)文通信為主體，利用電子地圖作為輔助的監(jiān)控平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)提供了保障。在充分利用數(shù)字湖北地理空間框架建設(shè)成果的基礎(chǔ)上，依托北斗定位系統(tǒng)對(duì)北斗終端移動(dòng)或固定用戶進(jìn)行監(jiān)控和通信，并通過(guò)電子地圖來(lái)定位和查詢。

通過(guò)調(diào)用數(shù)字湖北地圖瓦片數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控指揮的圖形化操作，借助GIS技術(shù)與北斗定位技術(shù)打造集信息化管理、地圖定位和后臺(tái)維護(hù)管理等綜合性信息監(jiān)控平臺(tái),所涉及地圖瓦片數(shù)據(jù)均部署于管理部門(mén)的涉密內(nèi)網(wǎng)或局域網(wǎng)內(nèi)，保障其數(shù)據(jù)的安全可靠。

1 關(guān)鍵技術(shù)運(yùn)用

1.1 北斗定位技術(shù)

由于北斗定位系統(tǒng)具備保密性和抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)[3]，利用其獨(dú)有的雙向通信功能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)收發(fā)短信指令，在Web頁(yè)面中，展示各個(gè)終端用戶的運(yùn)行軌跡，并提供歷史軌跡和短信查詢功能。

承載本系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星相連接的平臺(tái)是北斗一號(hào)指揮型用戶機(jī)及其終端設(shè)備，它不但能夠定位和雙向通信，還可實(shí)時(shí)監(jiān)控下屬用戶的定位和通信信息，利用短信的通播、群發(fā)等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)下屬用戶的指揮和控制，便于集團(tuán)用戶指揮調(diào)度組網(wǎng)使用。現(xiàn)有北斗一號(hào)指揮機(jī)適應(yīng)固定指揮所、移動(dòng)指揮所、車輛和船舶等，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和指揮。

經(jīng)過(guò)評(píng)估與計(jì)算，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)用戶的定位申請(qǐng)通過(guò)無(wú)線電信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星與地面的相互聯(lián)絡(luò)，整個(gè)定位時(shí)間約在1 s，因此對(duì)于以車輛、船舶為主的用戶來(lái)說(shuō)比較適宜。

1.2 北斗通信接口技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具備短報(bào)文通信服務(wù)，可以使用戶與中心控制系統(tǒng)、用戶終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[4]。在該系統(tǒng)下運(yùn)行的北斗一號(hào)[5]指揮機(jī)配置的是RS232接口，該接口程序通過(guò)RS232串行接口，用一對(duì)傳輸線與北斗指揮型用戶機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)接口程序與指揮機(jī)之間的數(shù)據(jù)接收、發(fā)送、存儲(chǔ)。

該接口程序成功打開(kāi)串口后，主動(dòng)發(fā)指令查詢與指揮機(jī)相關(guān)的信息（如指揮機(jī)的本機(jī)ID、通播ID、指揮機(jī)下屬用戶機(jī)數(shù)量及所有下屬用戶機(jī)ID），為指揮機(jī)與下屬用戶機(jī)及下屬用戶機(jī)之間的信息收發(fā)做好必要的準(zhǔn)備；接口程序采用多線程監(jiān)聽(tīng)串口是否讀取到數(shù)據(jù)，若有新數(shù)據(jù)到達(dá)，會(huì)觸發(fā)EVENT事件通知線程去讀取新數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析、存儲(chǔ)等操作；數(shù)據(jù)發(fā)送也采用線程處理，當(dāng)有指令或信息需發(fā)送時(shí)，EVENT事件通知數(shù)據(jù)發(fā)送線程，線程調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

1.3 WebGIS技術(shù)

生命體征監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)調(diào)用Bluetooth 接口，獲取自帶的藍(lán)牙適配器，并開(kāi)啟藍(lán)牙功能。通過(guò)調(diào)用藍(lán)牙設(shè)備搜索接口函數(shù)，對(duì)周邊的藍(lán)牙設(shè)備終端進(jìn)行掃描，當(dāng)搜索到匹配的藍(lán)牙適配器時(shí)，則進(jìn)行設(shè)備注冊(cè)、建立連接并停止掃描，至此藍(lán)牙掃描工作完成。掃描并匹配成功的設(shè)備名稱和設(shè)備MAC 地址將分別儲(chǔ)存在藍(lán)牙搜索的公有成員變量中，當(dāng)掃描結(jié)束后，會(huì)向生命體征監(jiān)測(cè)設(shè)備藍(lán)牙適配器發(fā)送一個(gè)類型為0x01 的句柄消息。同時(shí)handleMessage 接口函數(shù)也會(huì)收到類型為0x01 的消息，掃描程序通過(guò)設(shè)備遍歷對(duì)周邊的設(shè)備進(jìn)行逐個(gè)匹配直到找到符合要求的藍(lán)牙終端設(shè)備。

WebGIS技術(shù)主要是地圖瓦片技術(shù)，傳統(tǒng)的WebGIS是實(shí)時(shí)請(qǐng)求地圖服務(wù)器傳輸?shù)貓D的，反映了地圖的現(xiàn)時(shí)性；而基于地圖瓦片服務(wù)框架首先預(yù)生成規(guī)矩的瓦片地圖存儲(chǔ)于硬盤(pán)目錄下，地圖以鏈接圖片的方式快速定制。地圖瓦片顯示比例因子控制在7～14 級(jí)。操作地圖滑竿顯示更大比例尺地圖時(shí)，圖片的數(shù)量發(fā)生裂變。2種模式在請(qǐng)求及響應(yīng)的速度方面有明顯的差異，基于地圖瓦片服務(wù)框架的響應(yīng)速度要快于傳統(tǒng)的WebGIS，同時(shí)對(duì)地圖服務(wù)器的負(fù)載也相應(yīng)小一些。在構(gòu)建好瓦片地圖圖片庫(kù)之后，基于地圖瓦片服務(wù)框架可以脫離GIS平臺(tái)，通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間位置服務(wù)。整個(gè)系統(tǒng)是基于ASP.NET技術(shù)并結(jié)合Microsoft Silverlight插件的WebGIS開(kāi)發(fā)，使得整個(gè)系統(tǒng)具有并發(fā)能力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)、方便移植等特征[6]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為加快自身信息化建設(shè)步伐，提升工作效率以及信息安全水平，北斗定位指揮系統(tǒng)在公安、衛(wèi)生、交通等部門(mén)正越來(lái)越多地被利用，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括3個(gè)方面：系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

北斗定位指揮系統(tǒng)是利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的通信鏈路和服務(wù)，基于北斗一號(hào)指揮機(jī)的指揮、調(diào)度系統(tǒng)。根據(jù)硬件的特性，數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送（用戶機(jī)位置信息的接收、短信息的收發(fā)）采用串口通信的方式，用戶的指揮、調(diào)度、查看采用B/S模式，方便用戶的使用。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 北斗定位指揮系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

北斗定位指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)源主要來(lái)自2個(gè)部分，包括北斗定位信息數(shù)據(jù)和全省地圖瓦片數(shù)據(jù)。北斗定位信息數(shù)據(jù)包括定位信息、軌跡信息、短信信息和設(shè)備信息等；全省地圖瓦片數(shù)據(jù)來(lái)自“數(shù)字湖北地理空間框架建設(shè)”1︰25萬(wàn)和1︰5萬(wàn)公眾版電子地圖瓦片數(shù)據(jù)。北斗定位指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括2個(gè)部分：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和專題數(shù)據(jù)庫(kù)，整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)將圍繞以上2個(gè)部分進(jìn)行構(gòu)建，其組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 北斗定位指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

針對(duì)北斗一號(hào)用戶機(jī)終端的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，開(kāi)展接口信息解析關(guān)鍵技術(shù)研究，在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)北斗定位服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)端監(jiān)控子系統(tǒng)及B/S前臺(tái)定位指揮子系統(tǒng)。主要功能模塊包括數(shù)據(jù)解析、信息入庫(kù)、地圖瀏覽、地名查詢、終端定位、軌跡回放、短信收發(fā)等功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

為加快提升公共安全部門(mén)的指揮能力,解決遠(yuǎn)程指揮調(diào)度的需要,開(kāi)展北斗定位指揮系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),依據(jù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的分析，結(jié)合其多層框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和功能劃分，將系統(tǒng)主要分為3個(gè)模塊：Web界面展示模塊、地圖服務(wù)模塊、北斗信息收發(fā)模塊和后臺(tái)維護(hù)模塊。

3.1 Web界面展示

本系統(tǒng)Web界面分為地圖和后臺(tái)管理2個(gè)部分，系統(tǒng)主頁(yè)面需要通過(guò)用戶認(rèn)證方可登錄顯示，其系統(tǒng)主頁(yè)面如圖3所示。

圖3 北斗定位指揮系統(tǒng)主界面（審圖號(hào)：GS（2011）1111號(hào)）

3.2 地圖服務(wù)

地圖服務(wù)模塊主要是針對(duì)地圖瀏覽、坐標(biāo)定位及軌跡查詢等服務(wù)，其中坐標(biāo)定位主要通過(guò)地圖定位和坐標(biāo)顯示來(lái)實(shí)時(shí)顯示北斗終端移動(dòng)車輛的位置，坐標(biāo)信息是由客戶端傳送至北斗指揮機(jī)，通過(guò)北斗指揮機(jī)接口讀取到系統(tǒng)中得以展示其準(zhǔn)確位置，便于指揮部遠(yuǎn)程指揮。

而軌跡查詢則依托北斗一號(hào)指揮機(jī)所接收到的一連串坐標(biāo)信息，通過(guò)地圖顯示軌跡的變化，如圖4所示。

圖4 北斗終端設(shè)備運(yùn)行軌跡顯示圖

3.3 北斗信息收發(fā)

作為本系統(tǒng)的核心功能模塊，北斗信息收發(fā)主要涉及車輛信息、短信信息、軌跡信息、地物信息、北斗終端機(jī)在線情況列表和信號(hào)監(jiān)控6個(gè)部分，其功能界面如圖5所示。

圖5 北斗定位指揮系統(tǒng)信息查詢界面

短信發(fā)送依據(jù)收發(fā)用戶的數(shù)量分為點(diǎn)名通信、組播通信和通播通信，常用的如組播通信可以選擇2個(gè)以上的用戶進(jìn)行通信，如圖6所示。

圖6 北斗定位指揮系統(tǒng)短信發(fā)送界面

信號(hào)監(jiān)控主要是針對(duì)北斗一號(hào)指揮機(jī)信號(hào)接收設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，設(shè)置一定的響應(yīng)頻率，通過(guò)柱狀圖顯示其運(yùn)行狀態(tài)，如圖7所示。

圖7 北斗一號(hào)指揮機(jī)主機(jī)信號(hào)狀態(tài)圖

3.4 后臺(tái)維護(hù)

本系統(tǒng)后臺(tái)維護(hù)模塊主要是針對(duì)車輛信息、短信模板、用戶管理和地物管理等模塊進(jìn)行管理和維護(hù)，其界面如圖8所示。

圖8 北斗定位指揮系統(tǒng)后臺(tái)維護(hù)界面

4 結(jié) 語(yǔ)

將北斗衛(wèi)星定位與GIS技術(shù)應(yīng)用到公共安全信息化管理中，已成為當(dāng)前北斗衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)代GIS技術(shù)與現(xiàn)勢(shì)性較高的電子地圖數(shù)據(jù)相結(jié)合，為北斗衛(wèi)星定位技術(shù)的全面深化應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)不斷挖掘電子地圖數(shù)據(jù)的價(jià)值和潛力，將北斗衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)的社會(huì)化應(yīng)用逐步推向民用市場(chǎng)[4]，從而帶動(dòng)GIS信息產(chǎn)業(yè)的又一次升級(jí)改造。

[1] 劉雅娟.北斗三星無(wú)源定位技術(shù)[J].無(wú)線電工程,2006,36(2)：36-39

[2] 楊震.GPS定位網(wǎng)[J].無(wú)線電工程,2004,34(9)：63-65

[3] 王青,吳一紅.北斗系統(tǒng)在基于位置服務(wù)中的應(yīng)用[J].衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò),2010(4)：40-41

[4] 陳新保.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)民用市場(chǎng)建設(shè)的思考[J].中國(guó)航天,2010(1)：17-20

[5] 張之孔,馬懷武,張海波.基于“北斗一號(hào)”的地圖匹配可行性與方法探究[J].地理空間信息,2011,9(4) ：22-24

[6] 張勝,康志偉.基于.NET技術(shù)的WebGIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程,2006(15)：106-108

[7] 董婧,郭建文,馮敏.NET環(huán)境下基于Mapobjects組件的WebGIS應(yīng)用研究[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2007,22(5)：668-672

P208

B

1672-4623（2016）08-0047-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.016

陳濤，工程師，主要從事地理信息與檔案管理工作。

2016-01-26。