哨位聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)?

張修建 張鐵犁 單東艷 張鵬程

（1.北京航天計量測試技術(shù)研究所 北京 100076）（2.北京長征天民高科技有限公司 北京 100176）

1 引言

現(xiàn)有的哨位聯(lián)動指揮系統(tǒng)主要采用電話或?qū)χv機(jī)通信，具體情況需要通過哨兵進(jìn)行語言描述。然而人在突發(fā)事件時的大腦處于高度緊張的狀態(tài)，僅通過哨兵與武警值班人員的語言溝通具有較大的不確定性，不便于值班人員掌握詳實的警情信息。在哨位執(zhí)勤點采用報警按鈕報警，只能把報警點的信息傳輸?shù)街蛋嗍?，報警信息在其他哨位點不能顯示和感知，不便于報警系統(tǒng)的聯(lián)動；報警信息采用報警提示燈顯示方式不直觀，不便于報警值班室和其他哨位執(zhí)勤點快速確定報警點的位置和報警類型［1～2］。

哨位信息終端由于哨位點分散，分布范圍廣，采用有線方式面臨施工與維護(hù)復(fù)雜，成本高，擴(kuò)展能力差，有的臨時哨位需要緊急上哨執(zhí)勤或不具有布線的環(huán)境。為了解決以上問題，在哨位信息系統(tǒng)中引入ZigBee無線通信技術(shù)。ZigBee技術(shù)是一種低功耗、低速率、低成本的無線通信技術(shù)，其具有網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高、組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展性強及隨機(jī)分布等特點［3～4］，使其特別適合應(yīng)用于哨位聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)中。

由于哨位點與值班室不能實時聯(lián)動，容易錯過事故最佳的處置時機(jī)，這樣不僅增加了反應(yīng)時間，而且存在人為因素帶來的警情處理延誤、失誤等隱患。因此，需要一套多點聯(lián)動、多級響應(yīng)的報警機(jī)制，采用四色報警模塊和網(wǎng)絡(luò)化管理，綜合字幕、語音、通訊、報警分類與地圖定位、處理預(yù)案等功能于一體的聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)。本文面向基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)在哨位聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)的應(yīng)用，提出了一種基于ZIGBEE的哨位聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)的設(shè)計、功能結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)流程。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

為滿足該系統(tǒng)的功能和性能要求，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)按照模塊化設(shè)計分為哨位信息終端、監(jiān)控中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、報警響應(yīng)裝置和遠(yuǎn)程接收端等部分。通過模塊化設(shè)計，實現(xiàn)哨位信息終端無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和監(jiān)控報警中心基于無線網(wǎng)絡(luò)的報警通信。

圖1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

哨位信息終端一方面負(fù)責(zé)感應(yīng)哨位報警信號，并傳送給監(jiān)控中心服務(wù)器，另一方面接收監(jiān)控中心服務(wù)器的反饋信息，對命令進(jìn)行解析、驗證，然后驅(qū)動報警音頻、報警燈及報警信息顯示屏等聯(lián)動感應(yīng)。監(jiān)控中心服務(wù)器通過與哨位信息終端的實時數(shù)據(jù)通訊，完成數(shù)據(jù)的分析和處理的控制，并把報警信號實時傳輸?shù)綀缶憫?yīng)裝置和遠(yuǎn)程接收端。報警響應(yīng)裝置收到報警響應(yīng)信息后，聯(lián)動啟動多點聯(lián)動、多級響應(yīng)的報警機(jī)制。遠(yuǎn)程接收端通過GSM技術(shù)從監(jiān)控中心服務(wù)器獲取報警實時數(shù)據(jù)，可在第一時間獲得報警情況。

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用了傳感網(wǎng)、以太網(wǎng)與GSM網(wǎng)相結(jié)合的報警聯(lián)動技術(shù)，并構(gòu)建一類面向武警哨位實際需求的，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、高可靠性、有線/無線多協(xié)議集成融合的信息指揮系統(tǒng)。下面對幾個比較重要的組成模塊進(jìn)行設(shè)計分析。

3.1 哨位信息終端

本系統(tǒng)面向哨位綜合信息自動化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)發(fā)展趨勢，哨位信息終端采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其有若干個無線傳感器節(jié)點、四色報警控制節(jié)點和匯聚節(jié)點組成［5～6］。無線傳感器節(jié)點實時采集需要監(jiān)測的信息，并通過無線ZIGBEE協(xié)議傳輸采集的哨位點數(shù)據(jù)信息。四色報警控制節(jié)點與匯聚節(jié)點通過無線ZIGBEE協(xié)議實現(xiàn)報警信息的互聯(lián)互通，其中，四色報警控制節(jié)點包括四色報警按鍵模塊、報警聲音輸出模塊、報警燈顯示模塊及報警信息顯示模塊。哨兵可根據(jù)“襲擊”、“沖闖”、“爆炸”、“災(zāi)害”四色情況，手動觸發(fā)相應(yīng)的報警信號，報警信息傳入中隊值班室和其他哨位，實現(xiàn)報警信息的聯(lián)動，中隊所屬其他哨位通過無線接收觸發(fā)其報警聲音輸出模塊、報警燈顯示模塊及報警信息顯示模塊聯(lián)動感知報警哨位的突發(fā)情況，實時顯示發(fā)出報警信息的哨位點位置和報警類型。匯聚節(jié)點無線接收來自各個哨位點的數(shù)據(jù)信息和報警信息，并將數(shù)據(jù)通過RS232串口傳輸至監(jiān)控中心服務(wù)器，其程序流程圖如圖2所示。

圖2 無線節(jié)點程序流程圖

為了便捷快速的實現(xiàn)哨位信息終端ZigBee無線通信，無線通信協(xié)議模塊選用無線微控制器JN5139，其適用于IEEE802.15.4和ZigBee的軟件應(yīng)用，并提供豐富的模擬量和數(shù)字外圍設(shè)備接口［7～8］。哨位信息終端執(zhí)勤環(huán)境傳感器包括煙感傳感器、震動傳感器和溫度傳感器等，用來監(jiān)測哨兵所在哨位的煙霧、入侵或者高溫等異常情況。無線傳感器節(jié)點的模擬通道根據(jù)實際應(yīng)用情況連接不同類型的傳感器，其通過JN5139內(nèi)部A/D獲取傳感器采集數(shù)據(jù)，為了正確解析數(shù)據(jù)的物理意義，對多路數(shù)據(jù)組幀的每路數(shù)據(jù)前添加參數(shù)類型標(biāo)簽予以標(biāo)示。某一終端節(jié)點發(fā)生故障不會影響其他節(jié)點的正常工作，另外，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制和碰撞避免機(jī)制，而且MAC層和網(wǎng)絡(luò)層都具有安全策略，在應(yīng)用時可靈活確定其安全屬性，因此，大大提高了整個網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性［9～12］。

3.2 監(jiān)控中心服務(wù)器

監(jiān)控中心服務(wù)器控制程序采用VC++開發(fā)，它通過與哨位信息終端的實時數(shù)據(jù)通訊，完成哨位點現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析和處理的控制。監(jiān)控中心服務(wù)器包括串口通訊模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和報警聯(lián)動模塊。其程序流程圖如圖3所示。其中，串口通訊模塊實現(xiàn)與哨位信息終端中的匯聚節(jié)點進(jìn)行實時數(shù)據(jù)訪問與讀取機(jī)制，傳輸哨兵報警信息、哨位點采集數(shù)據(jù)信息和監(jiān)控中心服務(wù)器的文字通知信息，并通過數(shù)據(jù)處理模塊把從哨位信息終端采集的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，保存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。報警聯(lián)動模塊實時偵聽數(shù)據(jù)處理模塊是否收到有新的報警信息，并把報警信號實時傳輸?shù)綀缶憫?yīng)裝置和遠(yuǎn)程接收端。

圖3 監(jiān)控中心服務(wù)器數(shù)據(jù)流程圖

3.3 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在本系統(tǒng)中是核心部分。各哨位的報警數(shù)據(jù)信息經(jīng)過監(jiān)控中心服務(wù)器分析、處理后，將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，寫入哨位聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)自定義的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Microsoft SQL Server創(chuàng)建和管理，數(shù)據(jù)表主要包括哨位環(huán)境參數(shù)表、報警信息表、報警處理表、用戶數(shù)據(jù)表等，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器配合權(quán)限管理及哨位點采集數(shù)據(jù)、報警參數(shù)的存儲和管理，以備監(jiān)控中心服務(wù)器訪問。另外，通過內(nèi)存數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的手段實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的實時數(shù)據(jù)管理，對需要同步感知所有哨位的報警信息放入內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中［13～14］。

3.4 報警響應(yīng)裝置

報警響應(yīng)裝置具體包括報警信號轉(zhuǎn)接裝置、視頻轉(zhuǎn)換器、視頻切換矩陣等部分，其中，報警信號轉(zhuǎn)接裝置（其電路圖在此不再贅述）實時獲取報警服務(wù)器的報警信號，與視頻切換矩陣相連傳輸控制信號信息，控制視頻切換矩陣由正常狀態(tài)自動切換為報警狀態(tài)顯示模式；視頻切換矩陣與視頻轉(zhuǎn)換器連接傳輸視頻信號，控制監(jiān)控電視墻輸入通道傳輸報警聯(lián)動切換視頻。其中，電視墻平時用于顯示各哨位的監(jiān)控錄像，當(dāng)某哨位發(fā)生報警時，監(jiān)控電視墻的幾個屏幕可自動切換到報警哨位及其周邊哨位的監(jiān)控錄像，并可切換出報警處理窗口、處置預(yù)案、報警定位地圖，供武警值班員觀察，方便指揮控制。報警聯(lián)動顯示布局如圖4所示。

圖4 報警聯(lián)動顯示布局

3.5 遠(yuǎn)程接收端

遠(yuǎn)程接收端包括GSM無線通信模塊和手機(jī)接收端，其中，GSM無線通信模塊主要接收監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)送的報警處理信息，并通過無線GSM協(xié)議與手機(jī)接收端通訊［15］。通過GSM無線通信模塊，將報警信息實時傳輸給手機(jī)接收端，手機(jī)接收端接收到的報警處理信息包括報警的時間、地點、報警類型及處置預(yù)案，哨位報警觸發(fā)時遠(yuǎn)程領(lǐng)導(dǎo)實時了解報警情況。

4 聯(lián)動信息實現(xiàn)流程

通過Zigbee無線通信技術(shù)，哨位聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)可準(zhǔn)確獲得報警地點和類別的快速定位，并通過自動化預(yù)案提示及設(shè)備切換，做出準(zhǔn)確的判斷和處理。

當(dāng)哨位出現(xiàn)“襲擊”、“沖闖”、“爆炸”、“災(zāi)害”四種警情時，哨兵可通過聯(lián)動報警系統(tǒng)無線節(jié)點向值班室報警。報警觸發(fā)后，值班室及所屬的其他哨位均可同步感知，實時顯示發(fā)出報警信息的哨位點位置和報警類型，并與語言報警相配合，提高報警效果和哨位點安全性。同時，報警聯(lián)動系統(tǒng)還為電視墻提供報警信號和對應(yīng)報警界面的顯示信號，供電視墻聯(lián)動切換使用，并自動進(jìn)行日志記錄和報警點監(jiān)控的錄像。哨位聯(lián)動信息指揮系統(tǒng)通過報警哨位編號檢索哨位視頻監(jiān)控預(yù)制位配置表，獲得報警哨位對應(yīng)執(zhí)勤環(huán)境的視頻監(jiān)控攝像機(jī)編號，然后監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)送控制命令，將該監(jiān)控攝像機(jī)由初始巡航狀態(tài)變?yōu)閳缶A(yù)制位狀態(tài)，并在監(jiān)控電視墻上實時顯示，從而實現(xiàn)視頻跟蹤監(jiān)控及硬盤錄像。聯(lián)動流程如圖5所示。

圖5 報警事件處理流程

5 結(jié)語

系統(tǒng)基于傳感網(wǎng)技術(shù)、無線GSM技術(shù)、實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)等在線實現(xiàn)了哨位點的聯(lián)動報警和指揮功能。系統(tǒng)采用四色報警模塊和多點聯(lián)動、多級響應(yīng)的報警機(jī)制，實現(xiàn)了對報警地點和類別的快速定位，并通過自動化預(yù)案提示及設(shè)備切換，最大限度的減少了報警響應(yīng)時間。該系統(tǒng)安裝簡便、反應(yīng)迅速、組網(wǎng)靈活、性能可靠，提高了哨位執(zhí)勤和處置突發(fā)事件的能力。

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