北斗導航應用下的人防應急指揮系統(tǒng)設計探究

［關(guān)鍵詞］北斗導航；人防應急指揮系統(tǒng)；設計

［中圖分類號］TN967.1 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0001–02

1人防應急指揮系統(tǒng)設計中北斗導航的優(yōu)勢

（1）高精度定位能力。在應急情況下，快速準確地確定事發(fā)地點至關(guān)重要，北斗導航系統(tǒng)通過多星組合定位技術(shù)，能實現(xiàn)米級甚至厘米級的定位精度，為人防應急指揮提供了精確的空間位置信息，其高精度定位能力使得指揮中心能迅速鎖定事發(fā)地點。

（2）全球覆蓋能力。北斗導航系統(tǒng)具有全球覆蓋能力，無論在城市中心還是偏遠山區(qū)，都能接收到北斗導航的信號。在人防應急指揮中，全球覆蓋能力使得指揮中心能夠?qū)崟r監(jiān)控和調(diào)度各種資源，無論是在城市內(nèi)部還是外部，無盲區(qū)覆蓋有效提高了應急救援的效率和準確性。

（3）雙向通信功能。北斗導航系統(tǒng)具備雙向通信功能，該功能在人防應急指揮中具有極大地實用價值。通過北斗導航系統(tǒng)，指揮中心不僅可向現(xiàn)場發(fā)送指令，還可接收來自現(xiàn)場的實時反饋。這使得指揮中心能夠根據(jù)現(xiàn)場情況及時調(diào)整救援策略，提高應急響應的靈活性和時效性。

（4）多模式融合定位。北斗導航系統(tǒng)支持多模式融合定位，可結(jié)合其他定位技術(shù)（如慣性導航、無線通信等）進行協(xié)同定位，進一步提高定位的準確性和穩(wěn)定性。在人防應急指揮中，多模式融合定位技術(shù)有助于在復雜環(huán)境下實現(xiàn)精準導航，確保救援隊伍能夠迅速準確地到達事發(fā)地點。

2"北斗導航應用下人防應急指揮系統(tǒng)整體架構(gòu)設計

北斗導航應用下的人防應急指揮系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示。數(shù)據(jù)采集層主要負責收集各種應急相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括北斗導航定位數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等，將通過傳感器、攝像頭、氣象站等設備實時采集，并傳輸至數(shù)據(jù)中心進行處理和分析。數(shù)據(jù)傳輸層負責將數(shù)據(jù)采集層收集到的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心，為保證數(shù)據(jù)的實時性和準確性，采用了高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡傳輸技術(shù)，如4G/5G 移動通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等。數(shù)據(jù)處理與分析層是人防應急指揮系統(tǒng)的核心部分，該層主要對采集到的數(shù)據(jù)進行清洗、整合和分析，提取出有價值的信息，為后續(xù)的應急指揮提供決策支持，并利用北斗導航系統(tǒng)的高精度定位數(shù)據(jù)，對應急事件進行精確定位和軌跡分析。應急指揮層是人防應急指揮系統(tǒng)的決策中心，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)處理與分析層提供的信息，制訂應急響應方案，調(diào)度各類救援資源，指揮現(xiàn)場救援行動，同時通過北斗導航系統(tǒng)的雙向通信功能，與現(xiàn)場救援人員進行實時溝通和協(xié)調(diào)。系統(tǒng)管理層負責整個系統(tǒng)的配置、監(jiān)控和維護，可對系統(tǒng)的各個模塊進行參數(shù)配置、性能監(jiān)控和故障排除，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和高效響應。

3"北斗導航應用下人防應急指揮系統(tǒng)功能模塊設計

3.1"位置監(jiān)控模塊

位置監(jiān)控模塊利用北斗導航系統(tǒng)的高精度定位技術(shù)，實時監(jiān)控應急車輛、人員等的位置信息，為指揮中心提供準確的實時位置數(shù)據(jù)，以便進行及時的指揮和調(diào)度。數(shù)據(jù)采集通過北斗導航終端實時采集應急車輛、人員等的位置信息，包括經(jīng)度、緯度、時間戳等，且為了保證數(shù)據(jù)的準確性和完整性，對采集到的數(shù)據(jù)進行預處理，包括去噪、平滑等；將采集到的位置信息通過無線通信網(wǎng)絡實時傳輸至指揮中心的服務器進行存儲和處理；指揮中心通過地圖展示功能，將應急車輛、人員等資源的位置信息實時展示在地圖上，以便能夠直觀地了解現(xiàn)場情況，同時還支持多種視圖切換，如衛(wèi)星視圖、街道視圖等，以滿足不同場景下的監(jiān)控需求。該模塊能夠保存并展示應急車輛、人員等資源的歷史運動軌跡，用戶可通過輸入時間范圍、對象標識等信息，查詢并展示相關(guān)資源的歷史運動軌跡，并支持軌跡回放功能，以便進行事后分析和總結(jié)。

允許用戶為應急車輛、人員等設定安全區(qū)域，若相關(guān)資源超出該區(qū)域，將自動觸發(fā)報警，并通過聲光、短信等方式提醒指揮中心及時采取應對措施，同時支持報警記錄的查詢和統(tǒng)計功能，以便進行事后分析和改進。根據(jù)應急車輛、人員等資源的歷史運動數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘和機器學習等技術(shù)進行運動趨勢預測，通過預測分析，指揮中心可提前了解相關(guān)資源的運動方向和速度等信息，為后續(xù)指揮和調(diào)度提供決策支持。

3.2"數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊的設計目標是為人防應急指揮系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效、安全的數(shù)據(jù)傳輸通道，確保指揮中心與現(xiàn)場之間信息的實時共享和準確傳遞。在數(shù)據(jù)傳輸模塊設計中，采用4G/5G 移動通信技術(shù)和北斗衛(wèi)星通信技術(shù)相結(jié)合的方式，以實現(xiàn)廣覆蓋、高速率、低時延的數(shù)據(jù)傳輸，在地面通信網(wǎng)絡覆蓋良好的區(qū)域，優(yōu)先使用4G/5G 網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，在地面通信網(wǎng)絡覆蓋不佳或中斷的情況下，切換到北斗衛(wèi)星通信，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。數(shù)據(jù)加密技術(shù)采用AES（Advanced Encryption Standard）對稱加密算法對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密，確保數(shù)據(jù)的安全性，并使用RSA 非對稱加密算法對密鑰進行加密傳輸，防止密鑰泄漏；為了降低傳輸過程中的數(shù)據(jù)量，提高傳輸效率，采用LZ4 等高效壓縮算法對數(shù)據(jù)進行壓縮處理；基于TCP/IP 協(xié)議棧進行數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和順序性，且為了滿足實時性要求，采用UDP協(xié)議進行輔助傳輸，用于傳輸實時性要求較高的數(shù)據(jù)。

3.3移動單元自主導航模塊

移動單元自主導航模塊的設計目標是實現(xiàn)移動單元在復雜環(huán)境下的高精度自主導航，確保移動單元能夠快速、準確地到達目的地，提高人防應急指揮系統(tǒng)的響應速度和救援效率。信號接收需要采用高性能的北斗導航接收機，確保在復雜環(huán)境下能夠穩(wěn)定接收北斗衛(wèi)星信號。接收機具備多頻接收能力，以提高定位精度和抗干擾能力；對接收到的北斗導航信號進行解算，提取出經(jīng)度、緯度、高度等關(guān)鍵定位信息，并利用卡爾曼濾波等算法對定位數(shù)據(jù)進行平滑處理，降低噪聲干擾，提高定位精度。路徑規(guī)劃基于地理信息系統(tǒng)（GIS）數(shù)據(jù)，結(jié)合移動單元的目標目的地和當前位置，采用A* 算法、Dijkstra算法等路徑規(guī)劃算法，為移動單元規(guī)劃出最優(yōu)行進路線；在移動單元行進過程中，利用北斗導航系統(tǒng)提供的實時定位信息，結(jié)合慣性測量單元（IMU）和里程計等數(shù)據(jù)，采用擴展卡爾曼濾波等算法進行融合定位，實現(xiàn)移動單元的實時導航，并根據(jù)實時交通信息、路況信息等動態(tài)數(shù)據(jù)，對規(guī)劃路線進行實時調(diào)整，以確保移動單元能夠高效、安全地到達目的地。在導航界面中，地圖顯示采用電子地圖作為導航背景，實時顯示移動單元的位置、行進路線、目標目的地等信息；根據(jù)自主導航算法輸出的導航指令，以語音或文字形式提示移動單元進行轉(zhuǎn)向、加速、減速等操作，且界面中顯示移動單元的速度、航向、里程等狀態(tài)信息，以便操作人員隨時掌握移動單元的運行狀態(tài)。

3.4地點指令導航模塊

地點指令導航模塊的設計目標是構(gòu)建可靠的指令發(fā)布系統(tǒng)，以迅速將地點指令發(fā)送給指定的移動單元，確保救援能夠第一時間到達事發(fā)地點，有效進行救援行動。為確保指令傳輸?shù)臏蚀_性，采用標準化的指令編碼格式XML，對地點指令進行封裝和解析，該編碼方式具有良好的可讀性和擴展性，便于不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和解析，并集成高精度地圖數(shù)據(jù)服務，為地點指令提供準確的地理位置信息，同時通過與地圖服務商合作，獲取最新的地圖數(shù)據(jù)和實時交通信息，為救援行動提供有力的支持。

在具體運行過程中，地點指令導航模塊具備直觀易用的指令發(fā)布界面，允許指揮人員快速輸入或選擇目標地點，并設置相關(guān)參數(shù)（如優(yōu)先級、到達時間等），發(fā)布指令時系統(tǒng)應自動生成標準化的指令編碼，并通過北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)發(fā)送給指定的移動單元。移動單元接收到地點指令后，進行解碼并顯示指令內(nèi)容，同時移動單元應向指揮中心發(fā)送確認信息，表明已接收并理解指令內(nèi)容，若移動單元無法接收指令或存在疑問，應及時向指揮中心反饋。指揮中心應能夠?qū)崟r監(jiān)控各個移動單元的位置和狀態(tài)，確保其按照指令要求行進，如果遇到實際情況與指令不符或交通狀況發(fā)生變化，指揮中心可及時調(diào)整指令內(nèi)容，并重新發(fā)送給移動單元。地點指令導航模塊應保存所有已發(fā)布的指令記錄，以便后續(xù)查詢和分析，通過歷史指令的回溯，可評估救援行動的效率和質(zhì)量，為改進系統(tǒng)提供依據(jù)。

3.5數(shù)據(jù)存儲模塊

數(shù)據(jù)存儲模塊的設計目標是構(gòu)建穩(wěn)定、高效、可擴展的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，支持人防應急指揮系統(tǒng)在高并發(fā)、大數(shù)據(jù)量情況下的數(shù)據(jù)存儲和管理需求，同時該模塊還需要保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性和可用性。在設計方案中，選擇關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（如MySQL、Oracle）作為基礎數(shù)據(jù)庫，用于存儲結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括人員信息、物資信息等，并采用NoSQL 數(shù)據(jù)庫MongoDB 存儲非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括圖片、視頻等多媒體信息，混合存儲架構(gòu)能夠充分利用兩種數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢，提高數(shù)據(jù)存儲的靈活性和效率。采用分布式存儲技術(shù)HadoopHDFS，能夠滿足大數(shù)據(jù)量的存儲需求，其具有可擴展性、容錯性和高性能等特點，能夠有效地管理海量數(shù)據(jù)。為確保數(shù)據(jù)的安全性，采用數(shù)據(jù)備份技術(shù)RAID 陣列以及遠程備份等，可防止數(shù)據(jù)丟失，并建立完善的數(shù)據(jù)恢復機制，確保在數(shù)據(jù)損壞或丟失時能夠及時恢復。在該模塊中，數(shù)據(jù)接入層負責接收人防應急指揮系統(tǒng)產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)，包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，同時需要對接收到的數(shù)據(jù)進行預處理，如數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換等，以確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性。建立了高效的數(shù)據(jù)索引機制，以提高數(shù)據(jù)的檢索速度和準確性。采用Elasticsearch搜索引擎技術(shù)，為用戶提供全文搜索、模糊匹配等高級搜索功能。數(shù)據(jù)安全與備份恢復層負責數(shù)據(jù)的加密、解密、備份和恢復工作，采用AES等加密算法對數(shù)據(jù)進行加密處理，確保數(shù)據(jù)的安全性，并定期備份數(shù)據(jù)至遠程服務器或云存儲平臺，以防止數(shù)據(jù)丟失，而在數(shù)據(jù)損壞或丟失時，可通過備份數(shù)據(jù)進行快速恢復。

3.6資源調(diào)度與現(xiàn)場指揮模塊

資源調(diào)度子模塊主要負責收集、整理和分析各種資源信息，包括人員、物資、設備等，并根據(jù)應急響應的需求進行快速調(diào)配。在設計過程中建立和維護全面的資源庫，記錄各類資源的基本信息、數(shù)量、狀態(tài)及位置等，并根據(jù)突發(fā)事件的類型、規(guī)模和影響范圍，分析所需的資源類型和數(shù)量。基于資源需求分析和現(xiàn)有資源情況，制訂最優(yōu)的資源調(diào)配策略，之后將調(diào)配策略轉(zhuǎn)化為具體的調(diào)配指令，通過系統(tǒng)發(fā)送給相關(guān)資源單位或個人?，F(xiàn)場指揮子模塊主要負責為現(xiàn)場指揮人員提供實時的信息支持和決策輔助，以確?，F(xiàn)場救援行動的有序進行。現(xiàn)場信息采集與傳輸利用北斗導航系統(tǒng)和其他傳感器技術(shù)，實時采集現(xiàn)場的環(huán)境信息、人員位置信息等，并通過無線通信網(wǎng)絡傳輸至指揮中心，采集到的現(xiàn)場信息將以圖形化或虛擬化的方式展示，幫助指揮人員全面了解現(xiàn)場情況，同時根據(jù)現(xiàn)場態(tài)勢和應急預案提供決策建議和方案，之后指揮人員可通過系統(tǒng)發(fā)布指令，并接收執(zhí)行情況的實時反饋。

3.7安全管理模塊

采用基于角色的訪問控制（RBAC）策略進行用戶身份驗證與授權(quán)，為每個用戶分配相應的角色，每個角色對應不同的權(quán)限。用戶登錄時，通過用戶名和密碼進行身份驗證，驗證成功后根據(jù)用戶角色授予相應的訪問權(quán)限。采用對稱加密算法和非對稱加密算法對敏感數(shù)據(jù)進行加密處理。數(shù)據(jù)存儲前對數(shù)據(jù)進行加密操作，確保數(shù)據(jù)的安全性。當授權(quán)用戶需要訪問數(shù)據(jù)時，進行解密操作，加密和解密過程需要使用安全的密鑰管理機制，確保密鑰的安全性和可用性。利用安全檢測技術(shù)和入侵檢測系統(tǒng)（IDS/IPS）實時監(jiān)測系統(tǒng)的安全狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，如未授權(quán)訪問、數(shù)據(jù)泄漏等，立即觸發(fā)安全預警機制，通知管理員進行緊急處理。同時，啟動應急響應機制，采取必要的措施，包括封鎖異常IP、隔離被攻擊的系統(tǒng)等，以防止安全事件擴大。

4結(jié)束語

人防應急指揮系統(tǒng)設計具有重要的意義，是保障社會安全的關(guān)鍵所在，其中，北斗導航具有重要的作用，以其為核心設計與開發(fā)人防應急指揮系統(tǒng)，能夠有效提升系統(tǒng)運行效果，為突發(fā)事件處理提供支持。