多場景位置監(jiān)控應用平臺設計

郭亞東

【摘要】? ? 研究低場景關聯(lián)位置監(jiān)控應用實現(xiàn)方案，基于物聯(lián)網(wǎng)體系模型設計平臺架構，實現(xiàn)了用戶自主管理位置監(jiān)控應用場景，平臺高效、安全、便捷。其中位置采集終端集成4/5G無線通信模組，使用ElasticSearch搭建位置數(shù)據(jù)存儲搜索引擎，采用響應式框架實現(xiàn)Web管理系統(tǒng)，基于跨平臺基礎框架（Ionic）設計移動端應用。平臺設計方案創(chuàng)新性實現(xiàn)多場景位置監(jiān)控應用。

【關鍵字】? ? 多場景位置監(jiān)控? ? 數(shù)據(jù)緩存? ? 云平臺基礎設施

引言：

依托“十三五”時期國家對信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略布局，我國在移動互聯(lián)網(wǎng)、云基礎設施、人工智能、5G通信等新興技術方面取得了顯著進步和成就，信息化應用已經(jīng)深入到政務、工業(yè)、交通、物流等各個行業(yè)，工業(yè)生產(chǎn)、民生服務越來越網(wǎng)絡化、移動化、智能化。在產(chǎn)業(yè)運行、個人生活中對位置監(jiān)控應用有需求的場景越來越多，研究便捷高效、智能安全、低場景關聯(lián)的位置監(jiān)控平臺具有重要意義。本設計實現(xiàn)位置監(jiān)控與業(yè)務場景低關聯(lián)的應用平臺，滿足一個平臺適用多種業(yè)務。

一、系統(tǒng)設計

多場景位置監(jiān)控應用平臺設計包括位置采集、大數(shù)據(jù)存儲訪問服務、互聯(lián)網(wǎng)應用管理系統(tǒng)、移動端應用，如圖1所示。結合5G無線通信、云平臺基礎設施、分布式服務應用、跨平臺移動端應用等新技術設計，實現(xiàn)“傳統(tǒng)位置監(jiān)控”向新型人工智能方向的轉變。平臺包括融合北斗/GPS雙模位置采集、5G無線通信技術的設備[1]，基于云平臺基礎設施（HUAWEICLOUD）搭建的大數(shù)據(jù)存儲訪問服務，采用前后端分離架構的互聯(lián)網(wǎng)應用管理系統(tǒng)，采用跨平臺技術框架（Ionic）設計的移動端應用[2]。實現(xiàn)位置監(jiān)控與應用場景解構，提高位置監(jiān)控的智能化程度，從而減少因位置跟蹤欠缺引起的人身安全、財產(chǎn)損失等事故，為位置監(jiān)控與業(yè)務場景的解耦提供應用工具。

二、位置采集終端設計

位置采集終端融合北斗/GPS雙模位置采集、硬件開發(fā)、嵌入式應用、5G通信等多種智能硬件應用開發(fā)技術，結構如圖2所示。集成北斗/GPS雙模位置采集模塊和5G通信終端，進行北斗/GPS聯(lián)合定位，采用北斗/GPS雙模定位在系統(tǒng)完備性、時鐘精度、定位精度方面擁有更強的優(yōu)勢。終端集成第五代蜂窩移動通信技術（5th generation wireless systems，簡稱5G），選用高性能5G模組，向下兼容4G網(wǎng)絡，提高無線通信可靠性，通過實踐豐富5G應用場景。使用場景低關聯(lián)的位置數(shù)據(jù)結構，形成終端狀態(tài)異常檢測、位置緩存功能的解決方案。

終端設備應用的關鍵技術包括：

1.終端硬件集成電路設計。

2. 5G通信模組在多場景位置監(jiān)控領域應用的解決方案。設計數(shù)據(jù)結構、實現(xiàn)PUBLISH/SUBSCRIBE機制以完成基于5G無線通信的位置數(shù)據(jù)上傳目標[3]。對終端設備狀態(tài)進行定期檢測，異常情況啟動位置緩存策略，故障恢復后啟動重發(fā)機制，解決位置監(jiān)控丟包的問題，優(yōu)化定位數(shù)據(jù)連續(xù)率，以滿足多場景應用對位置監(jiān)控的要求。

3.北斗/GPS雙模傳感器與主控芯片通信驅動，終端設備數(shù)據(jù)傳輸過程為通過北斗/GPS天線接收定位信號，通過串口傳輸至主控芯片，經(jīng)過解析計算出采集時間、方向、經(jīng)緯度等定位數(shù)據(jù)，再通過5G通信模塊傳輸至數(shù)據(jù)中心。驅動要實現(xiàn)根據(jù)NMEA0183協(xié)議解析計算雙模定位數(shù)據(jù)，區(qū)分雙模定位數(shù)據(jù)協(xié)議幀（BDGSV/GPGSV），運行不同的結構程序處理，確保有效解析雙模定位數(shù)據(jù)[4]。

4.設備檢測，定期運行檢測任務檢測包括電池、無線信號等影響設備工作的關鍵模塊。

三、管理系統(tǒng)設計

基于云平臺基礎設施（HUAWEICLOUD）搭建大數(shù)據(jù)存儲訪問服務，使用ElasticSearch作為大數(shù)據(jù)平臺的實時聯(lián)機分析處理（LOAP）框架，實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)的存儲、查詢、聚合服務，深入理解數(shù)據(jù)隱含知識。研究無線通信數(shù)據(jù)上傳協(xié)議，設計消息傳輸Topic進行終端標識，實現(xiàn)大量設備連接。

應用前后端分離架構理念開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)應用管理系統(tǒng)，研究多場景位置監(jiān)控應用業(yè)務流程解決方案，根據(jù)前后端分離架構理念對應用管理系統(tǒng)進行拆分，實現(xiàn)去中心化，規(guī)避復雜度積累問題，提供服務平臺高容錯率。研究秘鑰生成（Generation）、分發(fā)（Distribution）、驗證（Verification）技術，進行用戶位置授權訪問集成，實現(xiàn)位置共享功能。采用響應式框架實現(xiàn)Web管理系統(tǒng)，提供多設備兼容的用戶管理交互系統(tǒng)。Web管理系統(tǒng)主要包括以下功能模塊，智能儀表盤模塊，對數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結果進行可視化，向用戶展示度量信息和關鍵指標;監(jiān)控模塊實時顯示所有終端位置、設備狀態(tài)、應用場景，定時進行定位數(shù)據(jù)預警監(jiān)測，對異常定位啟動警告通知流程，可進行歷史軌跡查看;設備管理模塊，對設備進行添加、編輯、刪除綁定關系操作，可查看設備使用記錄，有限展示用戶信息，用于在異常警告時聯(lián)系用戶;用戶模塊，添加、編輯、刪除用戶，在用戶角色管理頁面編輯用戶角色，實現(xiàn)系統(tǒng)不同級別的開放度管理;權限管理模塊，三級權限設計，包括超級管理員、操作者、運營者，超級管理員擁有系統(tǒng)最高級別權限，操作者不配置用戶管理和權限管理模塊，運營者不配置用戶管理、權限管理、設備管理中的添加和編輯功能，主要開放數(shù)據(jù)查看功能，滿足日常運營使用要求。為增加監(jiān)控地圖顯示窗口尺寸，將導航欄設計為可伸縮模式，布局在頁面左側。

移動端應用采用跨平臺技術框架（Ionic）設計，具備多平臺（Android/IOS）適用特性。設計移動端交互流程，實現(xiàn)場景管理、位置關聯(lián)分享[5]、位置監(jiān)控預警、設備管理功能，用戶具有高度自主的權限決定位置數(shù)據(jù)用途。對數(shù)據(jù)聚合分析輸入設備狀態(tài)檢查、監(jiān)控預警流程中進行決策分析。移動端應用部分頁面如圖3所示。

四、結束語

多場景位置監(jiān)控應用平臺融合智能硬件應用開發(fā)、5G無線通信技術、大數(shù)據(jù)存儲訪問服務、漸進式Web框架、跨平臺移動端應用開發(fā)技術。位置采集終端實現(xiàn)網(wǎng)絡狀態(tài)監(jiān)聽，支持斷網(wǎng)位置數(shù)據(jù)緩存，保障了被監(jiān)控物品位置軌跡連續(xù)性;大數(shù)據(jù)存儲訪問服務基于開源框架Elasticsearch搭建，滿足大數(shù)據(jù)量級的實時查詢統(tǒng)計，支撐對位置數(shù)據(jù)進行聚合挖掘數(shù)據(jù)知識;Web管理系統(tǒng)和移動端應用提供友好的交互界面實現(xiàn)位置監(jiān)控和場景管理。

平臺設計方案為位置監(jiān)控應用智能化、云平臺化研究提供最佳實踐案例，未來平臺優(yōu)化主要側重于位置采集終端小型化、提升續(xù)航能力和位置數(shù)據(jù)精度方向。

參? 考? 文? 獻

[1]吳必造，楊亞軍，張辛波.基于5G技術的高可靠數(shù)據(jù)傳輸終端的設計[J].信息技術與網(wǎng)絡安全， 2021，40（08）：78-83.

[2]黎茂林，王天鑫，魏嵩，閆冉，宿世博，陳曉宇.跨平臺移動應用開發(fā)技術研究[J].網(wǎng)絡安全技術與應用， 2021，（03）：33-34.

[3]李想.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)布/訂閱系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2019.

[4]李金龍，王 冰，王愛兵，朱恩慧，袁紅月.北斗/GPS雙頻載波相位單點定位模型及精度分析[J].導航定位與授時， 2021，8（04）：120-128.

[5] Carvalho Kevin，Granjal Jorge.Security and Privacy for Mobile IoT Applications Using Blockchain[J].Sensors. 2021，21（17）：1-22.