基于北斗BDS和Android平臺的地質勘查安全監(jiān)控系統(tǒng)

馬行陽

（新疆地礦局物化探大隊 烏魯木齊 830000）

1 引言

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是中國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，致力于向全球用戶提供高質量的定位、導航、授時服務，并能向有更高要求的授權用戶提供進一步服務，軍用與民用目的兼具。中國在2003年完成了具有區(qū)域導航功能的北斗衛(wèi)星導航試驗系統(tǒng)，之后開始構建服務全球的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，于2012年起向亞太大部分地區(qū)正式提供服務，并計劃至2020年完成全球系統(tǒng)的構建。

Android操作系統(tǒng)是由美國的谷歌公司于2007年11月發(fā)布的基于Linux內核的操作系統(tǒng)，是世界上首個為移動終端打造的開放的和完整的移動操作系統(tǒng)平臺。本次應用程序的開發(fā)設計依托的操作系統(tǒng)是Android操作系統(tǒng)?；贏ndroid操作系統(tǒng)開發(fā)了利用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行短報文發(fā)送接收的應用程序。

本系統(tǒng)設計的意義在于在地質勘查野外沒有手機信號的情況下，地質工作人員可以通過本系統(tǒng)實現(xiàn)短報文信息的傳輸、航跡實時監(jiān)控。如果遇險，地質工作人員可以非常及時地向相關部門報告，為搜救和救援提供幫助。

2 背景

2.1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)BDS

2.1.1 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)適用于的應用領域

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可以在服務區(qū)域內任何時間、任何地點，為用戶確定其所在的地理經緯度，并提供雙向通信服務。系統(tǒng)可以為船舶運輸、公路交通、鐵路運輸、野外作業(yè)、水文測報、森林防火、漁業(yè)生產、勘察設計、環(huán)境監(jiān)測等眾多行業(yè)以及其他有特殊調度指揮要求的單位提供定位、通信和授時等綜合服務。例如在西部和跨省區(qū)運營車輛、沿海和內河船舶的監(jiān)控救援，水利、氣象、石油、海洋和森林防火的信息采集，通信、電力、鐵路網絡的精確授時，公安保衛(wèi)、邊防巡邏、海岸緝私和交通管理的導航通信等。

2.1.2 北斗系統(tǒng)與GPS相比的特點

⑴北斗導航系統(tǒng)同時具備定位與雙向通信能力，可以獨立完成移動目標的定位與調度功能；GPS系統(tǒng)本身不具備通信能力，需要和其他通訊系統(tǒng)結合才能實現(xiàn)移動目標的遠程定位與監(jiān)控功能。

⑵北斗導航系統(tǒng)是區(qū)域性導航系統(tǒng)，GPS系統(tǒng)是全球性導航系統(tǒng)。

⑶北斗導航系統(tǒng)由我國自主控制，而GPS系統(tǒng)則是由美國軍方控制。

2.1.3 北斗用戶機的類型及其功能

北斗用戶機是北斗導航定位系統(tǒng)的用戶終端設備，根據執(zhí)行任務的不同，北斗用戶機可分為定位通信型（基本型用戶機）、通信型、授時型和管理型（指揮型用戶機）；按照裝載方式的不同，北斗用戶機可分為手持式、車載式、船載式、機載式等類型。北斗用戶機主要功能：

⑴定位功能：可以進行手動、自動和緊急定位設定，向中心站發(fā)出定位請求，并接收中心站發(fā)出的定位結果。在顯示屏上顯示經度、緯度、高程、時間及定位精度等信息。

⑵通信功能：可以接收中心站發(fā)出的短報文信息，顯示報文內容并將接收到的信息存儲，以便查詢?？删庉嫲l(fā)送電文及編輯發(fā)送固定電文。

⑶導航功能：可以設定、預置、存儲航路點、航線，可自動計算偏航距離，偏航后還可以自動報警。

⑷設置功能：可以對定位方式、通信頻度、高程基準、坐標形式（大地、高斯、麥卡托）、顯示信息方式等多種參數(shù)進行預設。

⑸加密功能：可對信息進行加密/解密處理，以保證用戶數(shù)據的安全性。

2.2 地質勘查在Android平臺上的應用

⑴目前，數(shù)字填圖系統(tǒng)已經移植到Android平臺上，為地質人員提供更多的設備選擇，擴大推廣范圍。中國地調局發(fā)展研究中心的數(shù)字地質調查軟件，已開發(fā)完成了基于Android操作系統(tǒng)的自主版權的公益性移動GIS平臺，并在其基礎上開發(fā)了數(shù)字地質填圖系統(tǒng)RGMap(Android版)，支持的Android操作系統(tǒng)版本為2.2、2.3和3.0，智能設備的屏幕要求為多點觸摸屏，提供了GPS定位、路線數(shù)據采集等功能。

⑵地質調查主流程信息化團隊在承擔的基于3S技術的野外地質工作管理與服務關鍵技術研究中，為建立現(xiàn)代化野外地質工作管理與服務體系，在野外調查安全保障和野外工作的質量監(jiān)控、檢查、管理和服務的各個環(huán)節(jié)中提供地質調查的數(shù)據采集、傳輸、處理、反饋和信息服務的現(xiàn)代化工具，研制了數(shù)字地質調查藍牙北斗通訊定位終端，并配套開發(fā)了基于Android的數(shù)字地質調查北斗移動終端系統(tǒng)。2013年9月，項目組組織野外一線的地質專家分別在拉薩高山和亞東峽谷等艱險環(huán)境下對軟件系統(tǒng)功能和終端設備的性能進行測試。

⑶基于北斗衛(wèi)星的野外跟蹤定位系統(tǒng)主要由兩部分構成，配備給野外工作人員的手持定位導航終端與營地的監(jiān)控指揮中心。

手持定位導航終端包括GPS模塊、北斗模塊與裝載安卓操作系統(tǒng)組成的一體式手持式設備，實現(xiàn)定位導航、精密授時、短報文通信和緊急報警等功能；監(jiān)控指揮中心由北斗衛(wèi)星一體機、中心服務器、數(shù)據庫和監(jiān)控平臺組成，擁有人員實時定位、數(shù)據通信、路徑查詢與緊急報警等功能。

手持定位導航終端采用的是智星通公司的BDS-01A北斗手持終端，該手持終端包括GPS模塊、北斗模塊與裝載安卓操作系統(tǒng)組成的一體式手持式設備。設備有GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星雙定位導航系統(tǒng)并內嵌離線地圖，同時具有短報文通信、精密授時與緊急報警功能，機內配置的電池能夠保證終端持續(xù)工作8 h以上（發(fā)射頻度不超過1次/min）。將GPS和北斗定位導航系統(tǒng)結合在一起使用，不僅可以充分發(fā)揮GPS定位導航的優(yōu)勢，增加定位精度，而且發(fā)揮北斗的用戶終端和中心系統(tǒng)的通信功能，有助于實現(xiàn)野外工作人員的定位、導航、通訊、指揮、調度等工作，同時為各種突發(fā)事件提供安全、可靠、便捷的通訊保障服務。

野外工作人員配備手持定位導航終端后，可查看自己的當前位置，進行定位和導航，并且接收來自監(jiān)控指揮中心的指令或向中心反饋勘查情況。而營地監(jiān)控人員通過定位終端返回系統(tǒng)的信息，可以了解勘查人員的行走路線和出勤情況等，一旦發(fā)生緊急情況，營地監(jiān)控人員可以根據各野外工作人員所在位置，進行規(guī)劃搶救，安排人員最快趕赴現(xiàn)場，確保了野外人員的生命安危。

營地監(jiān)控指揮中心可讓營地人員實時了解與指揮野外工作人員，由北斗衛(wèi)星一體機、監(jiān)控平臺和數(shù)據庫構成。數(shù)據庫是監(jiān)控平臺與數(shù)據存儲中心，用于存儲衛(wèi)星地圖、野外人員返回的實時與歷史位置、通信及指令信息。監(jiān)控平臺通過調用數(shù)據庫的數(shù)據來實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據的存儲、管理與備份。

3 結論

本系統(tǒng)為一種基于北斗衛(wèi)星的野外定位跟蹤系統(tǒng)，利用我國自發(fā)研制的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)應用于野外勘查領域，并通過測試驗證了系統(tǒng)的可行性與可靠性。野外工作人員通過手持式北斗定位導航終端，實時將其位置信息發(fā)送回營地中心。營地中心以GoogleMaps API接口實現(xiàn)的監(jiān)控平臺，采用B/S構架方式，實時顯示人員位置，歷史路徑查詢，短消息查詢與設備管理等功能，系統(tǒng)能為野外勘查路線實時指揮與保障了人員生命健康。

系統(tǒng)不僅能廣泛應用于地質勘查、測繪等行業(yè)，也特別適用于戶外運動人員。此外，在其他領域也有廣泛的應用前景。如引導警方或救護人員搜救因失憶、失聰?shù)淖呤藛T，用于跟蹤保護貴重物品，也可以置于某些較大型陸地、飛禽等野生動物身上，便于生物科研機構等開展野生動物保護科學研究、棲息地研究與保護、種群恢復和野生動物的國際交流等，潛在市場廣闊，經濟及社會效益明顯。

[1]李季.地質勘探事故統(tǒng)計分析及對策研究[J].中國安全生產科學技術，2011(3)：83-86.

[2]陳磊，梁強.GPS原理及應用簡介[J].科技信息（學術研究），2008（22）：188-190.

[3]王青，吳一紅.北斗系統(tǒng)在基于位置服務中的應用[J].衛(wèi)星與網絡，2010，（4）：40-41.

[4]陳俊，張雷，王遠飛.基于北斗和GPS的森林防火人員調度指揮系統(tǒng)[J].軟件，2012，（2）：27-30.

[5]李艷.基于地圖API的Web地圖服務及應用研究[J].地理信息世界，2010，4（2）：54～57.

[6]姚昱曼，劉衛(wèi)國.Android的架構與應用開發(fā)研究[J].計算機系統(tǒng)應用，2008，（11）：110-112.

[7]靳巖，姚尚朗.GoogleAndroid開發(fā)入門與實戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2009.