全路況林火巡護車輛巡護追蹤系統設計

范東溟，于建國

(東北林業大學交通學院，哈爾濱150040)

森林火災是世界上破壞性和毀滅性最大、救助極為困難的自然災害之一。根據我國林區實際情況，應當大力發展輕型、機動性和越野性能好的地面巡護車輛。

林火巡護車輛是一種質量小、操縱靈活的跨騎式騎乘的非道路機動車。該車輛具有底盤高、輪胎厚而寬大、靈活輕便、機動性好、通過性強等優點，可行駛于極其惡劣的交通環境，它在普通全路況車上安裝消防設備，可以在林區巡護、及時發現火災后的早期撲救等方面發揮更大的作用［1］。

原始森林中一旦發生火災，巡護車輛卻因在深山密林中沒有參照物，無法判定火災所處準確位置，從而影響訊息對外的傳輸，使滅火隊員無法迅速到達火場組織撲救，延誤滅火時間，造成損失。林火巡護車輛所處的特殊的作業環境要求該車輛的位置具有被追蹤的功能。運用GPS全球衛星定位系統和無線通訊網絡，使指揮中心隨時掌握巡護車輛的巡視路線及所處方位，車輛及時傳出訊息，使滅火隊員其能夠迅速到達火場，組織撲滅森林火災，達到快速滅火、減少損失的目的［2－3］。為此，本論文對全路況林火巡護車輛用追蹤系統進行設計。

1 全地形林火巡護撲救車簡介

全地形林火巡護撲救車功率強大，是可以在各種地形 (如沙地、草地、森林、鄉道等)駕駛的全路況車輛。該車最高速度可達50km/h，最小離地間隙240mm，其結構緊湊，質量較輕，操縱性能也很強;軸距1 240mm，最小轉彎半徑3 175mm，車重270kg;采用單缸油冷四沖程發動機，發動機輸出功率14.5kW(6 500r/min)，最大扭矩20N·m(5 000r/min)，最大承載量可達210kg;驅動方式為二、四輪驅動轉換。該車車輪均采用無內胎專用輪胎，抓地能力特強，貼地性極好，這種車輛能夠基本上滿足在林區快速機動行駛的要求［4］。

車輛配置的滅火裝置主要有:前部的便攜式風力滅火機、水龍帶、干粉滅火器、滅火彈和后部的水滅火系統等。滅火裝置結構合理、裝拆方便、滅火效率高，是在保證不破壞原車結構和不改變原車行駛性能的前提下進行設計安裝的，卸下滅火裝置后可恢復原車的功能。該車配置的滅火裝置如圖1所示［5－6］。

圖1 林火巡護車輛及滅火裝置結構示意圖Fig.1 Schematic of fire extinguishing device of ATV

2 追蹤系統原理

追蹤系統的設計利用GPS衛星定位終端對遠程目標——林火巡護車輛進行準確定位、實時追蹤。可通過互聯網隨時查詢目標位置，并實時跟蹤目標移動方向和得到其行駛速度等信息。其追蹤原理如圖2所示。

圖2 林火巡護車輛追蹤定位系統原理Fig.2 The tracing system theory of ATV

3 車載終端子系統CheckIn接口的設計

移動終端子系統通過訪問服務器端提供的http方式的web API的方式來CheckIn當前的經緯度，高度、速度和方向 (以及可能的填寫的wheriam和whatiamdoing)等信息。因為通過公眾網絡訪問，移動終端的身份驗證和數據安全性至關重要。

3.1 API訪問End Point

EndPoint定義了終端子系統用來訪問的鏈接地址。終端子系統需要記錄該地址，將該地址作為CheckIn數據的API。在正式發布的時候，需要更改該地址為正式的線上服務器上CheckIn API地址，該地址不需要在終端子系統上人工輸入，而是以配置文件的形式保存在終端子系統里。

3.2 數據包組成及結構

每次提交的數據包中應該有以下信息phone_number， checkinmode， latitude， longitude， altitude，speed，bearing，iwhat，iwhere，secret，key。

其中，secret和key兩個參數用于驗證終端子系統的身份。secret是一個隨機產生的數字，利用這個隨機產生的數字和分配給該終端的私鑰來加密生成key。服務器端通過secret和私鑰來重新計算key。如果服務器端計算出來的key與客戶端計算得到的key相一致則通過驗證，否則驗證失敗。

這些數據在組成數據包的時候根據url訪問過程中GET方式提供參數的方式來提供數據包，其中的漢字字符的編碼使用UTF8編碼方式，對于數據中的特殊字符 (比如%，＆符號等)使用標準的URL Encode方式。

3.3 終端子系統Secret的產生

終端子系統checkin的過程中，為了進行身份驗證和安全性，需要終端子系統生成一個Secret隨機數字串。為了保證在每次checkin時這個secret都是不重復的，這個secret的產生是根據當前的系統時間加上一個8位隨機數來組成。

利用secret和終端子系統存儲的私鑰private_key，可以在終端子系統計算出一個公鑰 (key)。公鑰根據secret和private_key使用MD5算法計算得到:

3.4 服務器端驗證方法

服務器端根據同樣的方法計算出key，如果跟終端子系統發送過來的key一致，則驗證通過，否則驗證失敗。

3.5 數據加密解密算法

需要加密的數據包括:經度、緯度。加密方法如下:

以緯度為例，表示定位數據的緯度值。數值范圍0至162000000，表示0度到90度的范圍，單位:1/500s，轉換方法如下:

第一步:把GPS模塊輸出的經緯度值轉化成以分為單位的小數;

第二步:把轉化后的小數乘以30000

3.6 返回錯誤代碼定義

CheckIN之后如果成功則返回0，否則返回錯誤代碼。移動終端和服務器端會共享一份錯誤代碼表。

車載終端子系統如圖3所示，由林火巡護車輛蓄電池驅動。

4 服務器Web應用層的開發設計

Web應用采用主流的php編程語言開發，其中還大量使用了交互式網頁應用技術ajax技術和jQuey技術。數據庫則采用和php兼容性較好的Mysql服務器。設計開發的系統可部署在當今主流的服務器和應用平臺上，具有很強的可移植性。

圖3 車載終端子系統Fig.3 The terminal subsystem of ATV

4.1 地圖技術

地圖展示方面用目前最成熟的Google Map API 3來完成，Google地圖目前是一個比較穩定的地圖技術，開放的API使程序員更容易整合，不停的技術改革使Google地圖更具人性化，大量的接口使地圖的改進更容易、高效。同時，Google Map采用Ajax同步加載地圖圖片方法，縮短加載地圖的時間。并且Google Map API 3還增加移動設備設計的功能，速度更快，更適用，使系統在后期擴展到終端子系統應用更方便。

該系統通過網頁方式嵌入Google地圖，經過Google地圖提供API接口的整合，使地圖中能呈現自定義的車輛圖標、位置信息、行駛路線、實時跟蹤、歷史線路播放等功能，同時也包含Google地圖自帶的地圖放大、水平垂直移動地圖等功能。

4.2 設計方案

為了提高系統的響應速度，在視圖部分中首先會把.php文件轉換成.htm文件格式并且放入緩存文件夾中，用戶在向某個.php發送請求時，服務器首先會查找系統中是否存在該.php文件對應的緩存的.htm文件，同時驗證該文件是否需要改變，如果無需改變則直接從緩存文件中讀取.htm文件數據。這樣減少了程序對.php腳本解析的處理時間。

在數據庫操作層面上，根據O/R模型映射原理，把數據庫的結構存儲轉換成對象存儲。通過一個類封裝對數據庫的操作方法，包括最基本的數據查找、更新和刪除等。使數據庫操作更方便，開發更簡單。追蹤系統界面與單車追蹤軌跡分別如圖4和圖5所示。

圖4 追蹤系統界面Fig.4 The interface of tracing system

圖5 單車追蹤軌跡Fig.5 The tracing track of sole ATV

5 結論

把衛星定位系統與網絡相結合，采用主流的php編程語言開發Web應用層，通過網頁方式嵌入Google地圖，經過Google地圖提供API接口的整合，設計開發了用于林火巡護車輛的追蹤定位系統，使地圖中能呈現自定義的車輛圖標、位置信息等，系統還具有追蹤記錄顯示、單車記錄回放等功能，并且增加了模擬數據生成器應用，通過發送模擬請求可以動態的看到車輛的行駛情況。

采用追蹤系統的全地形林火巡護救車輛，通過指揮部終端的互聯網監控，實現了對其巡護路線的實時追蹤和控制，對于林火早期的發現，信息的即時傳送，火災的迅速撲滅，能夠起到顯著的作用，特別適合我國林區使用。

［1］閻春利，于建國.林火巡護車輛橫向動力學特性分析［J］.東北林業大學學報，2009(8):57－58.

［2］南春麗，顧櫻華，李令舉.汽車無線電導向行駛系統［J］.汽車電氣，2004(6):1－3.

［3］陳 劭.林火撲救優效組合技術研究［D］.北京:北京林業大學，2007.

［4］于建國，宮俊鳳.全地形林火地面巡護撲救車輛越障性研究［J］.林業機械與木工設備，2008(5):13 －14.

［5］馬永財，于建國.全地形林火地面巡護與撲救設備的研究［J］.林業機械與木工設備，2008(9):21－22.

［6］鄭加柱，趙 剛，陳 健.GPSRTK平面坐標轉換過程分析［J］.森林工程，2010，26(6):39 －42.

［7］閻春利，于建國.林火巡護與撲救車輛操縱穩定性研究［J］.林業科技，2009，34(4):42 －44.

［8］巴興強，于建國.林火巡護與撲救車輛懸架系統運動特性仿真［J］.林業科技，2009，34(2):31 －34.