警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王勝和+余兵

摘要：依托安徽省科技計(jì)劃項(xiàng)目支持，構(gòu)建“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、安全可靠、分建共享、聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行”的新一代警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全國多源警用位置資源信息的規(guī)范化接入與整合、數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)、信息聯(lián)網(wǎng)共享、跨部門和跨警種協(xié)同作戰(zhàn)、以及位置資源大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，為各警種警務(wù)實(shí)戰(zhàn)提供統(tǒng)一的位置資源服務(wù)支撐，更好地滿足各級(jí)公安機(jī)關(guān)在協(xié)同指揮中對(duì)跨省市、跨警種的警力資源調(diào)度的業(yè)務(wù)應(yīng)用需要，全面提升公安科技信息化定位裝備的位置信息服務(wù)與應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；分布式存儲(chǔ)；信息聯(lián)網(wǎng)共享；協(xié)同作戰(zhàn)；位置資源大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）33-0244-03

Abstract： Based on the police demonstration project of Beidou Navigation Satellite System， the new generation police Beidou location resource platform system is build， which is "unified standard， serure and reliable， sharalbe， networked operation". It implements standardized access and integration of national multi-source police location information， distributed data storage， network shared information， cooperative combat cross-department and cross- police classification analysis and application of big data of location resources. The platform not only provides uniform location resource service for the police combat， but also meets the resources dispatch of the public security business application cross provinces and cities， cross- police. The platform can comprehensively enhance LBS and application ability of public security science and technology information and equipment.

Key words： BDS； distributed storage； network shared information； cooperative combat； big data of location resources

1 引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的重要戰(zhàn)略空間基礎(chǔ)設(shè)施。北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)過程中，其衛(wèi)星鐘性能、測距碼性能、定位精度和可靠性等性能指標(biāo)也得到了逐步驗(yàn)證[1]。2009年10月18日，國務(wù)院、中央軍委共同批復(fù)了“中國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重大專項(xiàng)實(shí)施方案”，要求通過重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域，特別是社會(huì)公共安全領(lǐng)域的典型示范應(yīng)用，帶動(dòng)北斗的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用。2012 年底，第13、14 號(hào)衛(wèi)星的成功運(yùn)行標(biāo)志著覆蓋亞太地區(qū)的北斗區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)建設(shè)完成，偽距定位精度可達(dá)10m 以內(nèi)，并且初步具備高精度定位能力[2-4]。其標(biāo)志著我國在空間定位導(dǎo)航領(lǐng)域邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，也為我國社會(huì)公共安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了新的技術(shù)支撐和發(fā)展動(dòng)力。

公安部一直高度重視北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在公安領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣工作，已將北斗公安應(yīng)用列入《全國公安機(jī)關(guān)“十二五“科技強(qiáng)警工作規(guī)劃》、《全國公安裝備建設(shè)“十二五”規(guī)劃》和《“十二五”社會(huì)公共安全領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)公安應(yīng)用示范項(xiàng)目是“十二五”期間公安部確定的重要建設(shè)工程，并明確提出選擇典型的區(qū)域，如山東、安徽、廣東等省進(jìn)行北斗應(yīng)用示范，要充分利用現(xiàn)有資源，結(jié)合北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的三大功能，力求貼近實(shí)戰(zhàn)、深化應(yīng)用，使北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能夠更好地服務(wù)于公安工作，滿足當(dāng)前公安工作的迫切需求，進(jìn)一步提升公安信息化應(yīng)用水平。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)是以北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為基礎(chǔ)、位置信息服務(wù)為核心、已有公安信息通信網(wǎng)絡(luò)和公安信息系統(tǒng)為依托，通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口向各級(jí)公安機(jī)關(guān)提供人、車、地、事、物相關(guān)聯(lián)的綜合位置、授時(shí)、應(yīng)急短信服務(wù)的基礎(chǔ)平臺(tái)。

警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)整體上分為警用位置資源服務(wù)系統(tǒng)、授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)、應(yīng)急短信服務(wù)系統(tǒng)、綜合定位服務(wù)系統(tǒng)和專題導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)五個(gè)部分，五個(gè)部分可通過公安網(wǎng)各自獨(dú)立地向其他公安信息系統(tǒng)提供服務(wù)?？傮w架構(gòu)圖如下：

2.2 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)分為部、省、市三級(jí)[5]，各級(jí)警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)通過聯(lián)網(wǎng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通和信息共享，在平臺(tái)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中既支持部、省、市三級(jí)層級(jí)聯(lián)網(wǎng)，也支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的聯(lián)網(wǎng)方式（如圖2所示），例如A省的a城市可以同B省的b城市直接進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)調(diào)度，不需要通過雙方省級(jí)平臺(tái)進(jìn)行代理互聯(lián)。無論是層級(jí)聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)還是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，都需要進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)注冊、聯(lián)網(wǎng)審核、資源目錄發(fā)布、平臺(tái)授權(quán)登錄、信息訪問等5個(gè)流程，以保證應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)的安全。

2.3 系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成

警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)在業(yè)務(wù)邏輯上分為六層，即基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)層、信息資源層、信息匯聚層、信息服務(wù)層和信息應(yīng)用層。各部分的詳細(xì)內(nèi)容如下：

基礎(chǔ)設(shè)施層：該層主要包括GPS/北斗車載定位終端、移動(dòng)警務(wù)終端、PDT數(shù)字集群終端等能提供相關(guān)位置數(shù)據(jù)發(fā)送的終端設(shè)備、終端設(shè)備接入環(huán)境、基礎(chǔ)存儲(chǔ)環(huán)境、服務(wù)運(yùn)算環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境等，是警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)的硬件設(shè)施。

網(wǎng)絡(luò)層：該層主要包括外部通信網(wǎng)（3G/4G/WiFi/…）、公安信息通信網(wǎng)（公安專網(wǎng)/數(shù)字集群/衛(wèi)星網(wǎng)/微波網(wǎng)/…）及公安網(wǎng)安全接入平臺(tái)。

信息資源層：該層主要包括平臺(tái)系統(tǒng)的信息資源庫（基站/WiFi/標(biāo)準(zhǔn)地址/終端設(shè)備/統(tǒng)一編碼/位置/時(shí)頻/應(yīng)急短信/聯(lián)網(wǎng)資源/…）及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的警用資源庫（公安部八大資源庫/PGIS資源庫/各業(yè)務(wù)警種數(shù)據(jù)庫/…）。

信息匯聚層：該層是資源統(tǒng)一訪問的中間層，為平臺(tái)系統(tǒng)信息的共享、交換、分發(fā)提供數(shù)據(jù)資源。

信息服務(wù)層：該層主要包括實(shí)時(shí)消息分發(fā)服務(wù)、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、設(shè)備管理服務(wù)、軌跡分析服務(wù)、地理圍欄服務(wù)、時(shí)間校準(zhǔn)服務(wù)，應(yīng)急短信發(fā)送服務(wù)等，為具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供必要的接口和服務(wù)。

信息應(yīng)用層：該層是基于信息服務(wù)層支撐的相關(guān)公安業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，如指揮調(diào)度、巡防勤控、警衛(wèi)安保、反恐應(yīng)急、交通管理、消防救援等北斗應(yīng)用系統(tǒng)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 室內(nèi)外融合定位技術(shù)[6]

公安執(zhí)法工作常常面臨著異常復(fù)雜的周邊環(huán)境，對(duì)解決室內(nèi)外融合定位技術(shù)也提出了更高的要求。目前用于室內(nèi)定位的技術(shù)有很多，比如藍(lán)牙、ZigBee、射頻、紅外線、超聲波、計(jì)算機(jī)視覺等。這些技術(shù)與 WiFi室內(nèi)定位技術(shù)相較，無論從硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、工程實(shí)施難度來說，還是從定位效果方面考察，其優(yōu)勢都明顯不如后者[7]。警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)采用了WiFi室內(nèi)定位與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)室外定位相結(jié)合的室內(nèi)外融合定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外定位的無縫切換。

WiFi室內(nèi)定位服務(wù)采用BS架構(gòu)，J2EE體系，客戶端和服務(wù)器端通信采用標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議進(jìn)行前后信息的交互控制，對(duì)整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)的WiFi室內(nèi)定位技術(shù)方案如下圖：

WiFi室內(nèi)定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要包括：熱點(diǎn)數(shù)據(jù)采集服務(wù)和熱點(diǎn)位置計(jì)算服務(wù)兩個(gè)部分。

熱點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的原理是以當(dāng)前采集設(shè)備的位置點(diǎn)坐標(biāo)，作為所采集到的AP熱點(diǎn)的原始參考位置點(diǎn)，在移動(dòng)設(shè)備上安裝采集工具，連接專業(yè)的帶有WiFi掃面和GPS/北斗的采集定位終端，將終端設(shè)備上采集到的所有WiFi熱點(diǎn)位置信息上傳至數(shù)據(jù)服務(wù)器。如下圖所示：

對(duì)采集的WiFi數(shù)據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的管理才能滿足應(yīng)用需要，對(duì)WiFi數(shù)據(jù)的管理主要包括以下兩個(gè)方面：1）對(duì)原始WiFi數(shù)據(jù)計(jì)算處理，對(duì)采集的多個(gè)AP熱點(diǎn)信息，進(jìn)行計(jì)算以獲得更近似的位置坐標(biāo)信息；2）對(duì)WiFi數(shù)據(jù)異常的信息點(diǎn)進(jìn)行清理。

熱點(diǎn)位置計(jì)算服務(wù)主要是通過系統(tǒng)提供的WiFi基準(zhǔn)信息庫和移動(dòng)應(yīng)用終端采集到的熱點(diǎn)信息和定位請求，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)應(yīng)用終端的定位解算、信息推送和數(shù)據(jù)分發(fā)幾個(gè)部分，滿足終端和業(yè)務(wù)監(jiān)控中心對(duì)終端定位的應(yīng)用需求。

3.2 海量實(shí)時(shí)信息處理技術(shù)

在各類實(shí)時(shí)信息中，來自GPS/北斗軌跡、卡口、各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)信息由于其數(shù)據(jù)量非常大（每年累積上億條數(shù)據(jù)），對(duì)此類數(shù)據(jù)的接入、存儲(chǔ)、讀取、查詢以及應(yīng)用提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)在此方面針對(duì)性的構(gòu)建了覆蓋實(shí)時(shí)信息的統(tǒng)一接入、處理、存儲(chǔ)及分析等方面的解決方案。如下圖所示：

海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)：使用普通服務(wù)器進(jìn)行分布式集群的搭建，降低系統(tǒng)的成本，隨著業(yè)務(wù)的不斷增長，增加集群內(nèi)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量以滿足業(yè)務(wù)需求。

數(shù)據(jù)備份：系統(tǒng)默認(rèn)采取1：3的備份比例，保證相同數(shù)據(jù)同時(shí)保存在不同的三臺(tái)服務(wù)器上，其中任何一臺(tái)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)宕機(jī)不會(huì)影響正常的數(shù)據(jù)訪問。

數(shù)據(jù)恢復(fù)：某臺(tái)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)損壞后，系統(tǒng)管理員可以使用新的服務(wù)器進(jìn)行替換，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將損失的數(shù)據(jù)塊恢復(fù)到新的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上。

數(shù)據(jù)完整性：系統(tǒng)從某個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)中讀取的數(shù)據(jù)有可能是損壞的，這個(gè)損壞可能是由數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)設(shè)備錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤或者其他原因造成的。當(dāng)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)時(shí)，會(huì)計(jì)算這個(gè)數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)碼并進(jìn)行保存，當(dāng)客戶端檢索數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)確認(rèn)從數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)與校驗(yàn)碼是否匹配，當(dāng)校驗(yàn)失敗時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)讀取相同數(shù)據(jù)塊的備份數(shù)據(jù)。

海量數(shù)據(jù)分析[8]：采用大數(shù)據(jù)分析檢索擎對(duì)海量實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式檢索，從其中獲取有價(jià)值的信息，為客戶決策提供有力的支持。

在海量數(shù)據(jù)錄入的過程中，針對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)軌跡特點(diǎn)建立索引，不斷更新內(nèi)存中的索引數(shù)據(jù)，為海量數(shù)據(jù)檢索做準(zhǔn)備。海量歷史數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中任何一臺(tái)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)都可以接收業(yè)務(wù)端數(shù)據(jù)的查詢請求，由運(yùn)行在該節(jié)點(diǎn)的檢索引擎將查詢操作進(jìn)行分解，轉(zhuǎn)交給不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式的運(yùn)算，極大的提高海量數(shù)據(jù)的檢索速度。

3.3 全國警用位置資源編號(hào)唯一性處理方案

定位設(shè)備資源主要分兩類：警用定位設(shè)備和社會(huì)定位設(shè)備，相應(yīng)的設(shè)備編碼形式有很多，有自定義編號(hào)，車牌號(hào)碼，警員名稱，呼號(hào)， MAC地址（上網(wǎng)本），身份證號(hào)碼/警員編號(hào)（移動(dòng)終端），SIM卡號(hào)等。由于不同廠商及不同來源的定位設(shè)備資源的編碼沒有統(tǒng)一的定義，在位置資源信息向省廳或公安部進(jìn)行匯聚或聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，可能會(huì)存在部分設(shè)備的編碼重復(fù)現(xiàn)象，會(huì)對(duì)上層業(yè)務(wù)應(yīng)用帶來影響。

同時(shí)，由于通過設(shè)備編碼標(biāo)識(shí)就可能獲取相應(yīng)警用資源裝備的實(shí)時(shí)位置信息及歷史軌跡等信息，為確保信息安全，避免重點(diǎn)定位設(shè)備（如警衛(wèi)目標(biāo)車輛）不被非法訂閱，警用位置資源的設(shè)備編碼應(yīng)具備唯一性、不可讀性、不可推斷性。基于多方面因素考慮，警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)提出警用定位設(shè)備資源編碼的唯一性處理技術(shù)思路如下：

在定位設(shè)備資源注冊時(shí)，采用UUID隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)編碼，同時(shí)進(jìn)行BASE64壓縮轉(zhuǎn)換后作為該定位設(shè)備資源的唯一編碼。

原有的設(shè)備編碼，作為該定位設(shè)備資源的一個(gè)屬性字段繼續(xù)保留，以不影響現(xiàn)有系統(tǒng)的應(yīng)用。

在實(shí)時(shí)位置信息訂閱以及歷史位置查詢時(shí)，都以新的UUID編碼作為唯一標(biāo)識(shí)。通過這種方式，能確保全國警用定位設(shè)備資源的編碼具有唯一性和不可推斷性。

4 結(jié)論

公安機(jī)關(guān)作為我國重要的刑事司法力量和武裝性質(zhì)的治安行政力量，預(yù)防、打擊和懲處各類犯罪是其警務(wù)工作的重要職責(zé)。本文依托安徽省科技計(jì)劃項(xiàng)目支持，結(jié)合公安機(jī)關(guān)在日常警務(wù)工作中對(duì)于位置信息服務(wù)的需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了警用北斗位置資源平臺(tái)系統(tǒng)，并就系統(tǒng)中使用的關(guān)鍵技術(shù)做了詳細(xì)的論述?？梢灶A(yù)見，本平臺(tái)的實(shí)施，能夠有效加強(qiáng)公安機(jī)關(guān)社會(huì)公共安全管理和服務(wù)社會(huì)的能力。

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