基于PDT傳輸技術(shù)的警用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用研究

蔡榮建，米榮奎，田鑫宇

（1.浙江省臺州市臨海市公安局，臺州 318000；2.海能達通信股份有限公司，深圳 518057）

1 引言

隨著警用數(shù)字集群（PDT）系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)極速地開展，全國公安將在“十三五”期間建成350 兆無線通信“一張網(wǎng)”。但由于PDT系統(tǒng)按照“平戰(zhàn)結(jié)合”的原則，在建設(shè)時充分考慮到了戰(zhàn)時需求，進行了更高容量的配置；在日常指揮調(diào)度高峰期、應(yīng)急處突、大型安保等任務(wù)時期信道占用率達到50% 以上，但其在平時無重大任務(wù)時信道占用率不到30%，造成了大量信道閑時資源的浪費。

圖1 平戰(zhàn)時期信道平均利用率對比圖

因此，PDT系統(tǒng)在日常工作中如何利用好這部分信道資源成為了公安信息化建設(shè)要面對的一個問題。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，其應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個行業(yè)。如同無線通信公安要建設(shè)獨立的專用無線通信網(wǎng)一樣，涉及公共安全的網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)解決方案始終是建設(shè)獨立的專用網(wǎng)絡(luò)。因此，如何為公共安全提供一張安全、穩(wěn)定、可靠的警用物聯(lián)網(wǎng)專網(wǎng)成為了公安信息化建設(shè)面臨的第二個問題。

本文提出了一種極具價值的基于PDT傳輸技術(shù)的警用物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案，利用PDT閑時信道資源作為傳輸層，幫助實現(xiàn)物與物安全、穩(wěn)定、可靠的信息交換與通信的同時，也提高公安現(xiàn)網(wǎng)PDT系統(tǒng)的信道利用率。

2 基于PDT傳輸技術(shù)的警用物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)模型

物聯(lián)網(wǎng)即是物與物相連的互聯(lián)網(wǎng)，其基礎(chǔ)和核心仍是互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展，區(qū)別在于其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，其依托感應(yīng)層、傳輸層、平臺層、應(yīng)用層四層網(wǎng)絡(luò)模型，而警用物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型依然遵從這一基本的體系架構(gòu)，不同之處在于傳輸層的技術(shù)應(yīng)用。

警用物聯(lián)網(wǎng)感應(yīng)層繼續(xù)使用物聯(lián)網(wǎng)較為成熟的產(chǎn)業(yè)鏈為公共安全用戶提供相應(yīng)的感應(yīng)設(shè)備，常見的比如消防煙感、溫感設(shè)備，門禁、紅外感應(yīng)設(shè)備，槍支裝備感應(yīng)設(shè)備等，這些設(shè)備通過RFID、LoRa、ZigBee等技術(shù)手段與警用物聯(lián)網(wǎng)的專用傳輸模塊進行對接，然后專用傳輸模塊將獲取到的數(shù)據(jù)利用專門的以PDT空口協(xié)議為標準的信道上傳到PDT基站。如果當?shù)亟ㄔO(shè)的PDT基站本身在公安網(wǎng)內(nèi)，那么經(jīng)過PDT核心網(wǎng)路由的轉(zhuǎn)發(fā)，相關(guān)數(shù)據(jù)就可以傳遞到上層的平臺層和應(yīng)用層；如果當?shù)亟ㄔO(shè)的PDT基站在公安網(wǎng)外，則可以將獲得的數(shù)據(jù)先傳遞到PDT核心網(wǎng)，再經(jīng)由網(wǎng)閘進入公安專網(wǎng)，從而傳遞到上層的平臺層和應(yīng)用層。（事實上，PDT專網(wǎng)過網(wǎng)閘，傳遞數(shù)據(jù)到公安內(nèi)網(wǎng)已經(jīng)有了相當成熟的應(yīng)用，目前使用最多的是傳輸PDT終端的定位數(shù)據(jù)到公安內(nèi)網(wǎng)的PGIS平臺）。最后，在公安體系內(nèi)部將收集的數(shù)據(jù)匯總到大數(shù)據(jù)中心，大數(shù)據(jù)中心對于數(shù)據(jù)的深度分析與挖掘，為公安用戶提供預(yù)測預(yù)警、應(yīng)急評估、輔助決策等一些列解決方案。

圖2 警用物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)模型

相比于利用NB-IoT技術(shù)，專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的最大優(yōu)勢是“安全、可靠、實時、穩(wěn)定”，主要體現(xiàn)在以下四個方面：

一是公安PDT系統(tǒng)獨立建設(shè)，與公眾互聯(lián)網(wǎng)物理隔絕，杜絕了人為的攻擊破壞；

二是由于公安PDT網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時已經(jīng)充分考慮了災(zāi)備冗余的因素（尤其是考慮到自然災(zāi)害發(fā)生后，光纖網(wǎng)絡(luò)全部無用，而公安網(wǎng)絡(luò)還可以搭建PDT制式的臨時應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)），因此專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)更具可靠性；

三是由于公安PDT網(wǎng)絡(luò)的專用特性，使得其網(wǎng)絡(luò)資源更加有保障，相比利用公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，不會出現(xiàn)大用戶量時帶寬資源得不到保障的問題；

四是公安PDT網(wǎng)絡(luò)具備分級傳輸?shù)奶匦?，重要信息能夠?yōu)先排隊，實時到達。避免了公眾移動網(wǎng)絡(luò)傳輸時信息先進先出，導(dǎo)致重要信息延遲的問題。

3 警用物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于PDT技術(shù)的傳輸模塊

為了兼容已建設(shè)傳感器設(shè)備，通過LoRa節(jié)點設(shè)備將用戶原先設(shè)備的信息進行收集（對接原傳感器協(xié)議），將收集的信息轉(zhuǎn)換為LoRa標準協(xié)議接入到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，對于新建用戶設(shè)備，通過LoRa SDK接入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，從而實現(xiàn)新建設(shè)備協(xié)議的標準化。

傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)后通過PDT射頻模塊將數(shù)據(jù)按照PDT標準協(xié)議接入到PDT網(wǎng)絡(luò)，利用已建設(shè)PDT網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。

圖3 基于PDT技術(shù)的傳輸模塊

3.2 寬窄帶融合后的警用物聯(lián)網(wǎng)升級

業(yè)內(nèi)目前已基本認定了未來警務(wù)通信走向?qū)捳瓗诤系拇蠓较?，即未來的公安無線通信會在很長的一段時間內(nèi)處于窄帶專網(wǎng)和寬帶專網(wǎng)共存的情況，那么在寬窄帶融合的時代，原先基于PDT技術(shù)建設(shè)的警用物聯(lián)網(wǎng)需要做哪些升級？

在感知層，考慮到感知層的相關(guān)感應(yīng)器在前期建設(shè)時已經(jīng)大規(guī)模的鋪設(shè)，對一個城市來講感應(yīng)設(shè)備（警用相關(guān)）的數(shù)量級可能在十萬級以上，因此在網(wǎng)絡(luò)升級的過程中，這一層級的原有設(shè)備盡量不做改動。后期隨著傳輸通道的拓寬，可以增設(shè)很多原本需要大數(shù)據(jù)量傳輸通道的感應(yīng)器，例如一些音視頻數(shù)據(jù)，三維模型數(shù)據(jù)等。

在傳輸層，整個警用物聯(lián)網(wǎng)的核心節(jié)點在于傳輸層中負責與下層感知層對接的數(shù)據(jù)貓，而當上層傳輸層完成寬窄帶融合的傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以后，上下層只需要增加雙模數(shù)據(jù)貓就可以完成整個物聯(lián)網(wǎng)的升級改造。

在平臺層及應(yīng)用層，因為寬窄帶融合方案支撐融合核心網(wǎng)，因此傳輸層向平臺層的接口并未發(fā)生任何變化，僅僅是其上傳的數(shù)據(jù)流量增大，此時只需升級相關(guān)交換路由設(shè)備即可。當然隨著管道的拓寬，采集數(shù)據(jù)的更加豐富，其平臺層和應(yīng)用層也會因為警務(wù)需求的增加而做相應(yīng)的升級，但這些升級顯然不會影響傳輸層與平臺層之間的接口。

4 基于PDT技術(shù)的警用物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用

警務(wù)工作實際可以概括到其業(yè)務(wù)所面臨的“人、物、事、地、組織”五大要素，而物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)就是要把物與物、物與其相關(guān)的人、事給串聯(lián)起來。當這些因素串聯(lián)起來以后，警務(wù)工作的效率將會迎來質(zhì)變的提升。

4.1 警物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

交警典型應(yīng)用一：違停自動檢測系統(tǒng)

在城市關(guān)鍵路段，利用地磁傳感器裝置，采集停車信息，上傳至服務(wù)器進行統(tǒng)計分析，可以有效的監(jiān)控違停情況，調(diào)度員根據(jù)當時的警力分布，將這些違停信息下發(fā)給一線執(zhí)法交警的PDT終端，執(zhí)法人員根據(jù)當時情況，做出合理的處置。這不僅實現(xiàn)了交警實時掌握違停狀態(tài)、提高出警效率和準確率，也為改善城市交通采取的措施提供可靠依據(jù)。

交警典型應(yīng)用二：交通疏導(dǎo)

在城市各個路口布設(shè)地感線圈，采集通過路口車輛的車型、車速、方向等信息，通過PDT空口實時上傳至交通指揮中心中控平臺，按照一定的數(shù)學(xué)模型和采集的信息參數(shù)，自動計算優(yōu)化設(shè)計控制區(qū)域內(nèi)各路口最優(yōu)的信號配時方案，并將配時方案下發(fā)到路口固定信號機，從而實現(xiàn)對控制范圍內(nèi)交通信號配時的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，并通過平臺服務(wù)層的建模分析，得出合理的道路交通紅綠燈變換節(jié)律。同時這些分析數(shù)據(jù)也可以提供給公眾，為其提供相關(guān)服務(wù)（LED交通誘導(dǎo)顯示屏、交通廣播電臺、智能手機、路況直播微博等）。

4.2 消防物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

利用消防物聯(lián)網(wǎng)完成物聯(lián)網(wǎng)的報警應(yīng)用：重點場所都部署有煙感、溫感、警鈴、手動報警器等消防前端感應(yīng)層設(shè)備，一旦該場所發(fā)生火情，報警器的信息可以利用PDT信號第一時間發(fā)送回指揮中心，實現(xiàn)消防快速反應(yīng)。

消防物聯(lián)網(wǎng)報警的優(yōu)勢在于時效性、準確性、客觀性。感應(yīng)器發(fā)現(xiàn)火情的時間可能在人發(fā)現(xiàn)火情之前，同時電話報警還可能遇到現(xiàn)場公網(wǎng)信號阻塞（由于撥打電話的人太多），因此消防利用專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)報警具有時效性的優(yōu)勢；感應(yīng)器的部署位置有著前期數(shù)據(jù)庫的支撐，因此報警時，結(jié)合視頻監(jiān)控、報警器響應(yīng)數(shù)量等依據(jù)，可以準確的判斷火勢、火情、事發(fā)地址等因素，這相較于人的電話報警更具準確性、客觀性。

4.3 監(jiān)獄物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

監(jiān)獄典型應(yīng)用一：室內(nèi)定位下的可視化調(diào)度

RFID是一種成熟的射頻識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象，并從目標對象中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，全程無需人工干預(yù)，實現(xiàn)了快速、實時、準確采集和處理信息。該技術(shù)也是物聯(lián)網(wǎng)中的最常用的感應(yīng)層技術(shù)。

室內(nèi)定位技術(shù)的實現(xiàn)方法是先在室內(nèi)部署多個有源信標，在對講機上內(nèi)置一個閱讀器芯片，當警員攜手持終端走近時，信標廣播發(fā)射的坐標信號會被閱讀器收到，然后傳輸給對講機，對講機按照PDT空口協(xié)議，傳遞到PDT集群系統(tǒng)，從而使調(diào)度系統(tǒng)收到室內(nèi)坐標信息，然后調(diào)度系統(tǒng)對收到的坐標信息進行解析從而實現(xiàn)室內(nèi)定位下的可視化調(diào)度。

監(jiān)獄典型應(yīng)用二：電子腳鐐

同樣是利用RFID技術(shù)，在服刑人員配備的電子腳鐐中配置RFID測距模塊，如果服刑人員異常的過分靠近獄警，獄警的對講機則發(fā)出警報，或向后臺發(fā)起異常信號，配合視頻監(jiān)控快速的發(fā)現(xiàn)服刑人員的危險舉動，同時發(fā)生事故后也可以在第一時間派遣其他支援警力，確保被侵犯警員的安全。

4.4 警用安保物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

警用安保綜合保障信息管理系統(tǒng)，以各類重要接待以及大型活動的重點區(qū)域安保管理為切入點，運用現(xiàn)代警務(wù)理念以及專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統(tǒng)集成了電子圍欄、室內(nèi)人員定位以及各類人體以及環(huán)境感知子應(yīng)用模塊，打通了與視頻監(jiān)控以及警用對講通訊系統(tǒng)間的告警、聯(lián)動業(yè)務(wù)，支持指揮人員快速掌握情況、快速調(diào)度警力、快速采取措施，因情施策、迅速控制。

實現(xiàn)了對各類重要接待以及大型活動安保工作的重點區(qū)域動態(tài)化智能管理，切實提升了公安部門安保工作的保障水平，為開創(chuàng)智慧化安保新型管理格局奠定了堅實基礎(chǔ)。

4.5 其他應(yīng)用

除了上述的常見行業(yè)的應(yīng)用外，專網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公共安全的領(lǐng)域還有著廣闊的應(yīng)用空間，例如在門禁系統(tǒng)管理、停車場管理、車輛管理、重點場所管理、高危人群管理、涉警物品管理等方面都有著巨大的應(yīng)用空間。

5 警用物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景

隨著習(xí)主席提出“要更加注重聯(lián)動融合、開放共治，更加注重民主法治、科技創(chuàng)新，提高社會治理社會化、法治化、智能化、專業(yè)化水平”的要求，構(gòu)建立體化的治安防控體系勢在必行，可以預(yù)見未來的警用裝備管理，警情要素管理走向精細化的大方向勢必為警用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展提供良好的培育土壤。

同時依托于迅猛發(fā)展的PDT傳輸層建設(shè)落地和物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)鏈——尤其是感應(yīng)層設(shè)備的成熟和豐富，警用物聯(lián)網(wǎng)在公共安全領(lǐng)域的各個細分行業(yè)百花齊放指日可待。

6 結(jié)束語

警用物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，除了成熟的感應(yīng)層設(shè)備外，關(guān)鍵還是要依托于專網(wǎng)傳輸層技術(shù)，這是因為其已經(jīng)有了警用數(shù)字集群技術(shù)作為短數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴?，未來還可以利用公安寬窄帶融合的技術(shù)標準來作為更大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)募夹g(shù)標準。在此基礎(chǔ)上，才能在公共安全領(lǐng)域為各警種實現(xiàn)豐富的警用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，使警用物聯(lián)網(wǎng)成為公安警務(wù)工作實戰(zhàn)能力提升的有力抓手！■