蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統的設計與實現

張清彥

(蘭州市勘察測繪研究院蘭州市地理信息中心，甘肅蘭州 730030)

1 引言

在公安部的“金盾工程”建設中，明確提出采用空間地理信息技術整合各類信息資源，拓展應用領域，進一步提升公安信息化整體應用水平，實現公安部警用地理信息系統規模化應用。巡邏車GPS定位系統作為警用地理信息系統的重要組成部分，它利用GIS、GPS、GPRS(General Packet Radio Service)等技術，以電子地圖為基礎，實現警車、警員位置定位、監控與考核等綜合管理，旨在提高指揮決策、快速反應、反恐等方面“整體防控、精確指導、精確打擊”的綜合能力，為治安管理、警力部署、巡邏布控、安全警衛、優化資源等公安業務提供行之有效的管理手段。

蘭州市作為公安部警用地理信息系統首批推廣應用的20個試點城市之一，迫切需要研發符合本地實際需求的巡邏車GPS定位系統，因此蘭州市公安局委托蘭州市勘察測繪研究院(蘭州市地理信息中心)研發了“蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統”。

2 系統建設目標

蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統是為了加強巡邏車可視化實時監控、緊急事件調度、為保障社會安全而建立的地理信息系統。通過該系統，巡邏車指揮調度中心和GPS終端建立連接，實時了解巡邏車的位置、速度、行駛狀態等信息;對巡邏車進行圖像抓拍、通知下傳、指令下達等監控、調度信息;對巡邏車進行單獨跟蹤、歷史軌跡查看等，以達到對巡邏人員、巡邏車的指揮調度、資源優化。通過系統的建設，增強公安系統統一指揮、快速反應、協調作戰、應急處理、打擊犯罪的能力，提高工作效率，優化了管理方式，節省大量的監管成本。

3 系統構成與數據組織

3.1 系統構成

蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統主要由GPS終端(GPS接收機、攝像頭、條屏等)、外網數據通訊子系統、外網數據庫、安全接入平臺、內網數據庫、內網數據分發子系統、巡邏車指揮調度子系統、警用地理信息數據庫等軟硬件部分組成，各部分在系統結構中位置和工作流程如圖1所示。

圖1 系統構成及工作流程

3.2 系統數據組織

依據公安部PGIS建庫的標準和要求，蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統建設中完成了以下4大數據庫的建設:

(1)警用基礎地理信息數據庫

根據蘭州市警用地理信息基礎平臺面向蘭州市和蘭州市業務單位服務的特點，需要建設蘭州市基礎地理信息數據庫:包括蘭州市全市范圍 1∶10000基礎地理信息數據庫、城市城區 1∶500基礎地理信息數據庫、蘭州市影像數據庫。

按照警用地圖圖式要求生成高品質高精度金字塔結構柵格地圖圖片庫，用于地圖快速顯示，以滿足大并發用戶訪問性能需求。需要生成矢量柵格地圖圖片庫、影像柵格地圖圖片庫、矢量影像柵格地圖圖片庫。

數據一律采用WGS－84坐標系。

(2)警用基礎地理信息數據庫

建設多個業務部門共用的警用地理信息。主要包括黨政機關、公安機關、賓館飯店、金融機構、教育機構、媒體機構、科研機構、標志性建筑、公安機關轄區、街區道路、消防站點、加油站、危險品倉庫、體育場、地鐵車站、公交線路、蘭州市堵卡點、警用分區、攝像頭等。

(3)蘭州市業務專用地理信息數據

建設各業務單位專用的反映業務管理特征的警用地理信息數據庫。各業務警種的業務專用地理信息包含以下內容:業務警種的組織(機構)信息、警用基礎設施信息、線路和區域、業務管理的物品、業務管理的機構等。

(4)蘭州市標準地址數據庫

按照公安部標準地址數據庫規范要求，在分析全市地址信息的基礎上，設計相應的地址要素，并定義其編碼規則，在此基礎上自動對已有的地址數據進行分析，自動按照地址要素模型提取相應的地址作為數據字典，協助公安局組織社區民警進行地址采集，并進行地址標準化處理，形成標準地址數據庫。

4 系統功能與實現

依據系統需求及工作流程，蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統主要功能構成如圖2所示。

圖2 蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統功能組織關系

(1)外網數據通訊子系統

系統通過TCP監聽GPS終端，并與之建立Socket連接;系統通過Socket連接接收GPS終端通過GPRS傳送來的數據，根據協議解析出GPS終端編號、時間、位置、速度、方向、里程、狀態或抓拍的圖片、報警等信息，將數據插入到外網數據庫，通過安全接入平臺將數據同步到內網數據庫;系統將監聽到的內網數據庫同步過來的GPS指令信息或短信信息發送到GPS終端處理。

(2)內網數據分發子系統

系統實時監聽內網數據庫并取出每一條新增加的記錄，根據數據標志位解析出不同類型的數據，采用數據推送技術將數據發送到消息服務器，避免了巡邏車指揮調度子系統直接監控內網數據庫所帶來的承重壓力，達到負載均衡、系統優化的目的。

(3)巡邏車指揮調度子系統

系統實現WebGIS常用功能，接收消息服務器推送過來的數據，在電子地圖上實時更新每輛巡邏車的位置、速度、狀態等信息，也可以對某一輛巡邏車實施單獨跟蹤;實現圖屬互查、緩沖區分析、包含分析、路徑分析等支持決策功能;監控人員可在電子地圖上在線標注，對重點區域、常用位置、運行路線進行標注，即對電子地圖實現在線編輯;系統能夠對GPS終端下達各種指令、設置各類參數;系統集成對部門、警員、車輛、車臺、手臺、用戶的登記管理功能以及各種統計、分析報表。巡邏車指揮調度子系統的實現效果如圖3、圖4所示。

圖3 巡邏車指揮調度子系統實時定位

圖4 巡邏車指揮調度子系統歷史軌跡查詢

5 系統實現的關鍵技術

5.1 富客戶端(RIA)技術

RIA(Rich Internet Application)作為一個互聯網領域越來越火的術語，“Rich”代表功能強大，高交互性。RIA實際上是一種基于Web的C/S架構，究其根本在于它相對傳統Web應用的諸多優勢，數據能夠被緩存在客戶端，從而可以實現一個比基于頁面式HTML的響應速度更快且數據往返于服務器的次數更少的用戶界面，且包括豐富的表現力、富有交互、內容豐富、基于富客戶端引擎等等，兼有C/S和B/S架構的優勢。表現力豐富，運行速度快，交互能力強，網絡效率高，安全可靠，實現了地圖的平滑、無縫過渡，為用戶提供良好的體驗。

5.2 數據通訊

巡邏車啟動后，GPS終端自動向已設定的通訊IP地址(即外網數據通訊子系統服務器IP地址)、端口號請求Socket連接，服務器接收到連接請求后，經過TCP協議三次握手后正式建立連接并將該連接加入到GPS連接緩沖池中，其中每個GPS終端的SIM卡號為每個連接的唯一標識。連接通道建立后，GPS終端即與系統進行數據交互，其交互數據有以下3類:

(1)定位數據

GPS終端通過已建立連接通道向服務器按一定時間間隔自動發送定位信息，系統接收到定位信息后根據協議規則逐字位解析該二進制串，解析完成后將定位信息插入到外網數據庫，通過網閘同步到內網數據庫。

(2)圖像數據

系統向GPS終端(由GPS接收機、攝像頭、條屏組成)攝像頭發送圖像抓拍指令，由于上傳圖像分辨率為320×240像素，圖像數據量相對較大，而SIM每次上傳數據量有限，GPS終端根據指令抓拍圖像后將圖像數據分為7個數據包逐步上傳，每包數據上傳到系統，經系統確認接收后，GPS終端再上傳下一包數據，直到所有包系統接收完成，然后圖像數據記錄插入到外網數據庫，通過網閘同步到內網數據庫。

(3)條屏數據

系統向GPS終端發送條屏顯示指令、顯示方式及顯示內容，GPS終端接收指令并按顯示方式將顯示內容顯示在條屏上，并向系統發送顯示結果信息。

5.3 數據庫監控

由于安全接入平臺的隔離限制，部署在安全接入平臺內的內網數據分發子系統、巡邏車指揮調度子系統無法與安全接入平臺外的外網數據通訊子系統直接進行數據交互，只能先將需要交互的數據插入到內網或外網數據庫，然后通過安全接入平臺數據同步功能將剛插入的數據同步到外網或內網數據庫，因此外網數據通訊子系統和內網數據分發子系統必須實時感知到所關注數據表的變化，即必須實現數據庫監控功能。

Oracle提供了Database change Notification功能，通過注冊的形式告訴數據庫需要監聽某數據表，當數據發生變化時會自動通知用戶。實現思路如下:

(1)注冊

指定數據庫要監聽的查詢。

(2)通知

一旦數據庫中的數據發生變化，數據庫將自動發送通知，在系統中通過程序定義處理操作。

(3)響應

設定的處理程序一旦收到通知，取出插入的數據記錄并解析。

6 結語

“蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統”系統自2010年3月投入使用以來，幾經維護修改，目前系統7×24 h不間斷運行，運行穩定、效果良好，基本達到了系統預期建設目標。當前，該系統實時監控的巡邏警車已達249輛，系統應用范圍包括蘭州市公安局指揮中心、特警支隊、各縣區分局以及各轄區派出所等單位。

系統利用成熟的GPS衛星定位技術以及先進的無線數據傳輸網絡，實時的處理巡邏車裝備的GPS終端發送的定位信息，將原始信息與處理后的定位信息存儲于數據庫系統并同步“推送”至系統監控中心。通過將巡邏車實時位置信息顯示于警用電子地圖中，使系統監控中心能夠直觀、準確的確定巡邏車的位置，快速獲知每輛巡邏車的任務執行情況以及巡邏車中的巡邏人員信息，增強公安系統統一指揮、快速反應、協調作戰、打擊犯罪的能力。并且系統利用存儲的巡邏車實時位置數據，實現對特定巡邏車、特定時段的活動軌跡回放;通過靈活、多樣的數據查詢、統計功能，實現對存儲數據的多維度利用。

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