基于Android的單兵應急系統方案設計

王志芳

（河北科技大學理工學院，河北石家莊 050035）

基于Android的單兵應急系統方案設計

王志芳

（河北科技大學理工學院，河北石家莊 050035）

通過對單兵應急系統需求的分析，基于Android系統下的手持終端，針對實時音視頻通信、GIS、指揮調度3個方面進行了深入研究分析，提出了一套單兵應急系統方案。該方案主要分為3個部分：1）依托于3G網絡的實時音視頻通信；2）實現支持離線矢量地圖的地理信息系統，并實現指揮中心和手持終端協同標繪；3）單兵與中心相依相輔的應急資源管理、知識庫查詢和數據同步管理。

單兵終端；應急通信；數據同步；協同標繪；資源管理

單兵應急系統是針對中心應急系統和車載應急系統而形成的概念。在應急突發事件（比如地震、泥石流）發生后，大部分情況下應急車是不可能開到事發現場的，尤其是邊遠山區道路交通阻斷時，為了開展“最后幾公里”的救援工作，必須派單兵深入展開救援，單兵應急系統應運而生。目前應急領域主流的單兵終端大都是指無線圖傳設備和短波、超短波電臺通信，這些設備都比較笨重，裝備到單兵的成本也較高。Android系統的興起，給智能手機、平板電腦、PDA等硬件提供了廣闊的發展空間，基于Android系統之上的應用系統也層出不窮。擬采用基于Android的終端設備來解決在應急領域“最后幾公里”的問題，不但可以減輕單兵背負設備的質量，還可以降低單兵應急的成本，Android系統下的眾多應用軟件也可以在應急救援中發揮重要作用。

1 單兵應急系統總體設計

1.1 總體需求

單兵應急終端主要用于應急事件發生后，單兵奔赴現場后將現場數據、音視頻資料傳給應急指揮車（以下簡稱應急車）和固定應急指揮中心（以下簡稱指揮中心），可以實時進行音視頻、數據通信，遵照指揮中心的部署進行救援行動，還具有查詢相關應急預案、應急資源、坐標定位導航等一系列應急輔助功能。

單兵便攜終端可以是搭載Android系統的PDA、平板電腦、手機等，本文主要以手機為例進行闡述。

1.2 總體設計

單兵應急處于整個應急系統的最前線，如圖1所示，單兵需要將現場情況實時上報，單兵通信在整個應急過程中尤為重要。本方案設計單兵通信手段包括3G，GPRS，wifi，短波、超短波，攜帶這些通信手段的單兵奔赴現場后才能最大限度地發揮作用。其中短波和超短波不在論述范圍內，筆者著重講述Android終端上的設計，通信鏈路主要為3G。

圖1 應急業務圖Fig.1 Graph for emergency service

整個單兵應急系統分為業務層、邏輯實現層、中間件、操作系統，如圖2所示。本方案底層操作系統版本選為Android2.3。嵌入式中間件包含SIP協議棧，GIS引擎和數據庫組件。

SIP（session initiation protocol）是一個應用層的信令控制協議，用于創建、修改和釋放一個或多個參與者的會話。這些會話可以是Internet多媒體會議、IP電話或多媒體分發。會話的參與者可以通過組播（multicast）、網狀單播（unicast）或兩者的混合體進行通信［1］。

GIS引擎擬采用UCMAP。據調研，現階段手機嵌入式GIS引擎只有UCMAP支持態勢標繪，這在單兵應急指揮過程中極為重要。在GIS之上構建單兵協同標繪模塊，可以實時接收指揮中心的態勢標繪指令，使得單兵的行動可與指揮中心達到高度統一，方便指揮長指揮部署救援工作，也為后期的單兵協同作戰打下基礎。

應急資源管理離不開數據庫，本方案數據庫采用Android平臺上集成的嵌入式關系型數據庫SQLite。它是一款輕型的數據庫，是遵守ACID的關聯式數據庫管理系統，它占用資源非常低，在嵌入式設備中，可能只需要幾百KB的內存就夠了。它能夠支持 Windows/Linux/Unix等主流的操作系統，同時能夠跟很多程序語言相結合，比如C＃，PHP，Java等，還有ODBC接口，而且它的處理速度比 Mysql，PostgreSQL都快。

邏輯實現層包含3個子系統：應急通信系統、地理信息系統、應急資源管理系統。這些系統實現了上層業務的音視頻通信、GIS定位、協同標繪、數據查詢同步。以下重點闡述這3個系統。

圖2 單兵應急系統架構Fig.2 Architecture of individual emergency system

2 關鍵技術

2.1 音視頻通信

本方案中應急通信系統不單純依靠手機自帶的通話功能，應急業務的特殊性決定了單兵應急必須開發專有通信系統。本方案采用開源SIP協議棧，并在此基礎上開發了音視頻通信業務終端，如圖3所示，使得單兵可以通過3G網絡進行音頻通話，同應急車和指揮中心召開視頻會議，可以借助于手機的攝像頭實時將現場數據采集并傳送給應急車和指揮中心，借助Android自帶的視頻編解碼技術，很方便地實現視頻通話功能［2］。

2.2 協同標繪和地理信息系統

目前手機上的地理信息系統大都止步于定位查詢功能，在應急領域，態勢標繪也是一個重要的需求。本方案中采用UCMAP作為地圖引擎，該引擎支持了部分矢量符號標繪，基本能滿足常用的應急指揮矢量符號的使用需要，在Android的迅猛發展下，各大地圖引擎提供商肯定會很快推出更完善的標繪系統組件。

協同標繪設計如圖4所示。

圖3 VoIP音視頻通信設計Fig.3 Audio and video communication design for VoIP

將協同標繪的同步服務端和客戶端放在一個組件里實現，這樣當某個服務器端失去連接后，任何一方都可以快速地將自己本身聲明為服務器端來實現協同標繪的任務。這個組件最后會部署到單兵手機、應急車服務器和固定指揮中心的服務器上，默認情況下，會以指揮中心為協同標繪的服務中心，它來負責分發各個終端的標繪指令，并同步所有參加到該服務上的標繪單位。

一旦指揮中心服務器中斷連接，或者其他故障導致協同標繪服務失效，則余下的應急車和各單兵都可以主動發起協同標繪廣播，宣布由其來擔任協同服務中心的角色，各個終端同意后，將自動修改協同服務端地址配置，協同標繪繼續進行［3］。

圖4 協同標繪設計Fig.4 Design for collaborative plotting

2.3 應急資源、知識庫查詢和數據同步設計

指揮中心一般會包含各種應急數據資料、應急資源配置管理系統和知識庫。單兵應急系統在應急救援現場要充當“應急小中心”的作用，不但要保證通信順暢，還需要實時提供各種知識庫、資源查詢功能，消耗了多少應急資源要及時上報指揮中心。指揮中心的領導可以實時查看應急資源數據，這些數據的實時性、有效性直接影響了應急救援的高層決策。指揮中心、應急車和單兵的數據同步顯得尤為重要。數據同步的流程圖見圖5［4］。

圖5 數據同步設計Fig.5 Design for data synchronization

3 實驗分析

本方案參考了中心應急通信的基本設計原理，主要難點是Android系統通信部分，經過實驗室專題實驗如下。

實驗環境：使用固定靜態IP地址的服務器A來代替指揮中心，使用Android2.3版本摩托羅拉ME525手機，使用無線路由器模擬3G環境，并設置手機也采用內網靜態IP聯通服務器A。

實驗結果：視頻通信流暢，畫面清晰，穩定在50幀/s以上。500條記錄通信簿測試數據同步處理時間小于2 s，協同標繪延遲小于1 s。

實驗結果表明：該方案在技術上基本滿足需求。其中數據通信是在無線局域網下測試的，與真實的3G網絡環境存在差異，現階段中國的3G網絡穩定性有待提高，在實際環境中測試性能可能會有所降低。

4 結 語

在突發事件頻發的今天，應急救援工作能否及時有效，應急建設是否得到重視是檢驗政府績效的重要組成部分。國家各級政府應急單位都在不遺余力地建設中心型指揮中心，部分單位也都配備了車載指揮中心，但是單兵應急的投入始終不足，為了解決救援工作“最后幾公里”的問題，單兵應急勢必會越來越受到重視，設計一種合理、有效、便捷的單兵應急終端系統十分必要。

［1］趙 謙.現代信息網技術與應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2009.

［2］李 鑫，余震虹，王 琳，等.基于SIP協議的VoIP技術應用研究［A］.中國控制與決策學術年會論文［C］.無錫：［s.n.］，2007.764－766.

［3］張立生.移動實時協同標繪系統的設計與實現［J］.河北省科學院學報，2011，28（3）：56－65.

［4］盧 宇，龔忠友，吳進營，等.基于 WEB服務的分布式異構數據同步設計［J］.微計算機應用，2011（12）：47－53.

Design of individual emergency system based on android

WANG Zhi－fang
（Polytechnic College，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050035，China）

Based on the requirement analysis for individual emergency system and the study of real－time audio，video communication，GIS and dispatching of hand－held terminal with Android system.this paper proposes a set of schemes for individual emergency system.It is divided into three main parts：real－time audio and video communication based on the 3G network.geographic information system which supports offline vector map，and the realization of the collaborative plotting for commanding center and hand－held terminal emergency resource management，knowledge database query and data synchronization management between individual and command center.

individual terminal；emergency communication；data synchronization；collaborative plotting；resource management

TP311

A

1008－1534（2012）04－236－03

2012－04－16

陳書欣

王志芳（1982－），女，河北隆堯人，碩士，主要從事計算機應用方面的研究。