基于北斗衛(wèi)星的野外跟蹤定位系統(tǒng)

馬行陽 向詩強(qiáng)

（新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物化探大隊(duì) 烏魯木齊 830000）

隨著我國工業(yè)化的快速發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求日趨增加。盡快發(fā)現(xiàn)新的礦產(chǎn)資源地，成為地質(zhì)行業(yè)面臨的重大問題，而位于地表淺層及交通便利地區(qū)的各種礦產(chǎn)已經(jīng)陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)和開發(fā)，地質(zhì)找礦工作不得不轉(zhuǎn)向交通不便、通訊盲區(qū)，甚至無人區(qū)。

在地形條件復(fù)雜、地理環(huán)境惡劣的無人區(qū)和通訊盲區(qū)，野外技術(shù)人員經(jīng)常面對(duì)各種困難。當(dāng)險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，野外人員唯一依賴的GPS或衛(wèi)星電話失靈無疑是最致命的，有些危險(xiǎn)常常在瞬間發(fā)生，根本來不及通過衛(wèi)星電話尋求救援，野外基地或車載中心也由于不能實(shí)時(shí)掌握野外工作人員的動(dòng)態(tài)信息，從而失去主動(dòng)救援的良機(jī)。

研發(fā)野外無人區(qū)、通訊盲區(qū)技術(shù)人員追蹤定位系統(tǒng)的必要性和緊迫性，本文提出了一種基于北斗衛(wèi)星的野外通信盲區(qū)追蹤定位系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)野外通信盲區(qū)對(duì)工作人員實(shí)時(shí)追蹤與定位。

1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

本野外追蹤定位系統(tǒng)主要有兩部分構(gòu)成，配備給野外工作人員的手持定位導(dǎo)航終端與營地的監(jiān)控指揮中心。

手持定位導(dǎo)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(shè)備，實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航、精密授時(shí)、短報(bào)文通信和緊急報(bào)警等功能；監(jiān)控指揮中心由北斗衛(wèi)星一體機(jī)、中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控平臺(tái)組成，擁有人員實(shí)時(shí)定位、數(shù)據(jù)通信、路徑查詢與緊急報(bào)警等功能。

2 手持定位導(dǎo)航終端

衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)如今常用的有GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)兩種，GPS是美國從20世紀(jì)60年代提出，1993年全面建成的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有定位精度高、定位速度快的優(yōu)勢(shì)，目前已被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)[2]。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，具有一定的保密、抗干擾和抗摧毀能力[3]。自2011年12月27日起，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開始向中國及周邊地區(qū)提供連續(xù)的導(dǎo)航定位和授時(shí)服務(wù)。其范圍覆蓋中國及周邊國家和地區(qū)，24 h全天候服務(wù)，無通信盲區(qū)，具備定位與通信功能，無需其他通信系統(tǒng)支持，比起其他的導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗的短報(bào)文通信服務(wù)，具有無與倫比的優(yōu)勢(shì)，從而可以使中心控制系統(tǒng)與用戶終端之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

本系統(tǒng)的手持定位導(dǎo)航終端采用的是智星通公司的BD-S-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(shè)備。設(shè)備有GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星雙定位導(dǎo)航系統(tǒng)并內(nèi)嵌離線地圖，同時(shí)具有短報(bào)文通信、精密授時(shí)與緊急報(bào)警功能，機(jī)內(nèi)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/分鐘）。將GPS和北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合在一起使用[4]，不僅可以充分發(fā)揮GPS定位導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)，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(shí)現(xiàn)野外工作人員的定位、導(dǎo)航、通訊、指揮、調(diào)度等工作，同時(shí)為各種突發(fā)事件提供安全、可靠、便捷的通訊保障服務(wù)。

野外工作人員配備手持定位導(dǎo)航終端后，可查看自己的當(dāng)前位置，進(jìn)行定位和導(dǎo)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(jù)各野外工作人員所在位置，進(jìn)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。

3 監(jiān)控指揮中心

營地監(jiān)控指揮中心可讓營地人員實(shí)時(shí)了解與指揮野外工作人員，由北斗衛(wèi)星一體機(jī)、監(jiān)控平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。

北斗一體機(jī)是手持定位導(dǎo)航終端與監(jiān)控平臺(tái)通信的樞紐。營地監(jiān)控指揮中心的北斗衛(wèi)星一體機(jī)不但能夠定位和通信，還可實(shí)時(shí)監(jiān)控下屬用戶的位置和通信信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)野外工作人員的監(jiān)控指揮，北斗一體機(jī)將各野外人員的位置及短消息等信息傳回營地中心的數(shù)據(jù)庫，供監(jiān)控平臺(tái)調(diào)用。

監(jiān)控平臺(tái)是營地指揮中心人員的系統(tǒng)操作平臺(tái)，為中心人員提供了野外工作人員的位置信息、行走路線信息、與野外人員互通信、歷史工作統(tǒng)計(jì)查詢等功能。平臺(tái)采用B/S的構(gòu)架方式，結(jié)合天地圖API作為地圖定位基礎(chǔ)服務(wù)，在地圖上直接的實(shí)時(shí)顯示各野外人員的位置與路徑，并了解當(dāng)?shù)氐牡匦翁匦孕畔?，為營地中心的指揮工作提供了支持和幫助。在出現(xiàn)意外事故的時(shí)候，監(jiān)控平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)緊急報(bào)警通知，進(jìn)行緊急救援處理。

數(shù)據(jù)庫是監(jiān)控平臺(tái)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，用于存儲(chǔ)衛(wèi)星地圖、野外人員返回的實(shí)時(shí)與歷史位置、通信及指令信息。監(jiān)控平臺(tái)通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與備份。

北斗一體機(jī)是將北斗處理芯片與天線合為一體設(shè)備，可獲取定位導(dǎo)航終端上傳的經(jīng)緯度、海拔、電池電量與短消息等信息，營地中心可及時(shí)掌握各個(gè)野外工作人員的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況。并向各手持定位導(dǎo)航終端發(fā)送通信信息和命令指令等。

中心服務(wù)器與北斗一體機(jī)由RS-232串口通信接口連接，可對(duì)北斗設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、參數(shù)配置和故障診斷等功能。北斗衛(wèi)星的通信協(xié)議主要包括IC檢測、定位申請(qǐng)與通信數(shù)據(jù)這三類。

基于天地圖API接口實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控平臺(tái)，軟件構(gòu)架主要分為三大塊模塊，監(jiān)控平臺(tái)模塊、地圖模塊與數(shù)據(jù)模塊。監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)采用B/S的構(gòu)架方式，包含實(shí)時(shí)位置顯示、歷史路跡查詢、指令發(fā)送接收、短消息查詢與人員設(shè)備管理等功能。地圖模塊系統(tǒng)通過天地圖地圖引擎以及天地圖基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)的可視化管理方式。

數(shù)據(jù)模塊用于存儲(chǔ)所有野外人員的行走路徑、通信及指令信息、各人員設(shè)備的基本信息和分配信息、系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)模塊為監(jiān)控平臺(tái)系統(tǒng)提供了的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和備份服務(wù)。

野外人員通過北斗定位終端的手持設(shè)備，將其位置信息實(shí)時(shí)傳回營地中心，營地中心的監(jiān)控平臺(tái)將各人員行程信息顯示在地圖上，營地中心的指揮人員可以通過監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控人員的經(jīng)緯度、海拔、設(shè)備電池電量與歷史通信記錄等相關(guān)信息。一旦出現(xiàn)事故，戶外人員通過北斗手持設(shè)備一鍵報(bào)警！營地中心最遲會(huì)在1分鐘內(nèi)接收到報(bào)警信息。同時(shí)，返回的數(shù)據(jù)中包括野外人員的北斗設(shè)備電池電量，一旦檢測到電池電量不足，會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒更換電池。若不幸失去聯(lián)絡(luò)，營地中心可更具最后一次所在地點(diǎn)與斷電時(shí)間推斷野外人員位置，最大限度的保證了野外人員的生命安全！

4 結(jié)論

本文提出了一種基于北斗衛(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(yīng)用于野外勘查領(lǐng)域，并通過測試驗(yàn)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(dǎo)航終端，實(shí)時(shí)將其位置信息發(fā)送回營地中心。營地中心以天地圖API接口實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控平臺(tái)，采用B/S構(gòu)架方式，實(shí)時(shí)顯示人員位置，歷史路徑查詢，短消息查詢與設(shè)備管理等功能，系統(tǒng)能為野外勘查路線實(shí)時(shí)指揮與保障了人員生命健康。

[1]李季.地質(zhì)勘探事故統(tǒng)計(jì)分析及對(duì)策研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2011.

[2]陳磊，梁強(qiáng).GPS原理及應(yīng)用簡介[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究），2008，（22）：188-190.

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