安全監護場景下的高效定位報警策略研究

杜武恭，杜惠英/Du Wugong，Du Huiying

（1.中國廣播電視網絡有限公司 北京100045；2.北京信息科技大學信息管理學院 北京100192）

1 引言

隨著移動終端的逐漸普及和移動定位技術的不斷提高，人們越來越多地把移動終端作為一種監護手段。現在常見的監護方式是：業務監護人為被監護人配備移動終端，通過獲取被監護人的位置信息，進而實現對老人、小孩、寵物、貴重物品等的監護。實現形式主要包括被監護人進出預先設好的電子圍欄發出報警或者當兩個終端相互距離超過安全距離發出報警等。當監護人和監護對象同時攜帶手機（或移動終端），且兩個終端距離超過安全距離時，啟動報警。報警后，通過定位技術將被監護對象手機（或移動終端）的具體位置信息發給監護人。

現有的定位策略中，僅能提供通用的模式，即采用單一的定位時間間隔的機制對監護對象進行定位，輸出監護對象的位置信息，將該信息傳遞給監護人。然而，一旦發生報警，監護人會非常著急，需要更及時、更頻繁地獲取監護對象的位置信息，這是現有定位策略無法解決的。

2 定位系統現狀

1996年6月，美國聯邦通信委員會（FCC）采納了一份報告并通過一項法令來強制推行 “911 無線服務（E911）”。該法令要求無線移動通信運營商將主叫移動電話號碼轉發到“911”，并提供始發移動電話（MS）的位置。對于基于手機的解決方案，FCC要求無線運營商可以將67%的呼叫定位在50 m的范圍內，95%的呼叫定位在米級范圍內。該法令推動了美國全球定位服務的應用，也是移動位置服務（Location Based Service，LBS）的開始。移動位置業務又稱定位服務，是通過移動網絡獲取移動終端用戶的位置信息，提供給該用戶本人或通信系統的一種增值業務。目前技術上實現移動定位的方案有兩類：基于移動網絡的定位技術方案和輔助衛星的定位技術方案。其中，手機話音或短信息定位技術屬于前者，話音或短信中包含發送者的地理位置信息，接收端服務器通過解析接收數據，讀出發送者位置的經緯度，并輸入警用地理信息系統中，將位置顯示在電子地圖上[1]。

歐盟委員會也在2002年發起了類似的法案E112。到2006年，25 個歐盟國家中，7 個具備了可實施E112的條件，3 個已局部實施，9 個實現了E112 基礎設施的升級[2]。

目前，國內外關于定位服務的研究主要針對LBS 應用和定位技術方面。全球范圍內流行的LBS服務有五大類，見表1。

如今LBS的應用已經覆蓋了電子地圖、位置搜索、交通導航、餐館、旅館、停車場等興趣點以及推薦、旅行指南、出行指南、兒童、老人、重癥病人監護、位置交友等諸多領域[2]。瑞典的TASS 公司等新研制了一種基于Android 手機的移動健康監護系統，該系統包括一個無線接口，通過SDIO 接口與手機交互，該接口作為橋梁實現手機與體域無線網（BAN）的數據交互，能采集ECG、EEG 等多種生理數據，數據的分析與報警功能在Android平臺的軟件中實現[3]。浙江大學的文耀峰等人[4]研究了一種實時的心率和跌倒檢測系統：采用ZigBee網絡實現各個信號到PDA的匯集；采用Wi-Fi網絡實現報警功能；使用兩個電極采集心電信號，在PDA 上用小波分析做心電信號預處理，然后采用一種投票表決的方法提取心率；采用三軸加速度傳感器采集腹部位置加速度數據，使用閾值法實現對跌倒事件的檢測。

3 定位系統的業務流程

一般的移動定位系統包括監護對象移動終端、監護業務管理平臺和監護人手機。其中，監護對象移動終端可以是手機、跟蹤器、PAD 等移動終端。監護業務管理平臺包括報警模式管理模塊、定位終端管理模塊和定位模塊。本文在監護業務管理平臺中新增了報警模式策略模塊，用于報警模式策略制定，設置報警模式下監護業務對應業務等級、定位間隔等，進而提供報警模式下可選用的定位頻次和定位等級。電信業務定位平臺設計若干定位業務等級，對于等級高的業務提供優先的定位服務，同時電信定位平臺可以提供不同的定位時間間隔，針對等級越高的業務，可以提供間隔時間越短的定位頻次服務。

一般業務流程簡述如下。

①監護業務管理平臺根據定位業務等級、業務等級對應的最短定位時間間隔等參數，制定報警模式定位策略。

②監護人手機和監護對象移動終端開啟射頻信號，兩個終端建立射頻鏈接，互相檢測對端信號強度。

③當兩個終端之間的信號強度及變化率滿足報警條件，即觸發報警信號。監護對象移動終端把報警信號上傳給監護業務管理平臺；監護人手機啟動自定位，獲取自身位置信息。

④監護業務管理平臺收到監護對象移動終端上報的報警信號后，根據報警模式定位策略對監護對象移動終端進行定位，獲取持續更新的監護對象移動終端的位置信息，并將監護對象移動終端的位置信息持續發給監護人手機。獲取位置信息的方法包括GPS 定位、GPSOne 定位、基站定位、Wi-Fi 定位、混合定位等方式。監護對象移動終端位置信息可以通過平臺發到監護人手機，也可以通過監護對象移動終端發到監護人手機。

⑤監護人手機計算自身和監護對象移動終端的相對距離和方位。監護人手機可以通過客戶端方式進行顯示，此處的位置信息為系列位置信息，且不斷更新變化。

⑥監護人手機通過短信、客戶端或Web的方式告訴監護業務管理平臺停止報警模式定位服務。

表1 全球范圍內流行的LBS 應用分類

4 定位策略建模及分析

4.1 對所涉及的術語進行定義

（1）監護業務

監護業務是由運營商提供的基于移動定位技術延伸出來的一種業務，一般涉及監護人和被監護人。在具體業務實現中，監護人和被監護人均以移動終端的方式參與到業務中。監護業務模式分為一般業務模式和報警業務模式。根據不同需求和網絡提供的能力水平可以設計出不同等級的業務。高等級業務可以享受更頻繁的定位服務，低等級業務可享受的定位服務頻次相對較低。

（2）監護人

監護人是指業務訂購方，監護人對應的移動終端通常是手機，主要用于發起業務訂購請求、取消業務、接收被監護人的位置信息等。

（3）被監護人

被監護人是指位置信息貢獻方，由于安全監護等需求被監護人監護。被監護人終端通過接收監護人信息或定位平臺信息進行定位，自主完成或與平臺配合完成終端位置信息的計算和報送。

4.2 定位策略模型建立

報警模式定位策略模型結合監護業務對應的定位等級、定位允許時間間隔，設置緊急報警模式，并提供緊急報警模式下的追蹤定位服務。

不同的業務等級和定位模式可以組合出不同的具體定位策略。

以監護業務等級、定位時間間隔作為主要輸入，給出報警模式下的定位策略。以此為依據，對監護對象進行持續定位，最后輸出持續更新的監護對象的位置信息。

假定監護人選擇的監護業務報警模式下對應的業務定位等級為F′（s），業務模式為F′（b），在時間長度為T的周期內定位次數為F′（T，t），通過定位獲得的監護對象的位置信息為F（t，p）。

其中，F′（s）、F′（b）、F′（t）、F′（T，t）、F（t，p）分別是以s、b、t、（T，t）、（t，p）為自變量的函數。

并且，滿足s 在業務等級范圍內取值，如業務等級分為4 級，則s 取值為1、2、3、4，數字越小，業務等級越高；b 為業務模式，分為一般模式、報警模式，取值分別為1、2；t 代表時間間隔，大于等于網絡允許的最小時間間隔，業務等級越高，F′（t）越??；F′（s）滿足同一個時間段內，報警模式給出的定位結果數量比一般模式多；p 代表位置經緯度信息。

報警模式下，在時間長度為T的周期內，最終輸出的持續更新的系列位置信息為F′（t，p），由下式表示

F′（t，p）= F（F′（s）×F′（T，t）×F′（b），p）

上述函數的實現，可根據具體監護業務場景進行設定，保證其滿足上述約束條件即可。該函數的一種簡單實例如下：

F′（s）=1/s；F′（T，t）=T/t；F′（b）；

F′（t，p）= F（1/s×b×T/t，p）

其中，1/s×b 不小于網絡能力允許的最小時間間隔。

4.3 結合具體實例進行模型分析

由于受到定位服務平臺的定位計算能力和終端耗電量的限制，定位時間間隔不能設計得過短，否則容易導致定位失敗和被定位移動終端沒電。通常情況下，時間間隔為5 min。在學生上學期間，將每節課設定為50 min，那么可認為在50 min 內，被監護人的位置相對固定，因此，對于學生的監護業務，可將定位時間周期設為50 min。

在定位時間間隔t=5 min，定位時間周期T=50 min的情況下：

當業務等級s=1，業務模式b=1（一般模式）時，F′（t，p）為10 個位置信息點，分別為P1、P2、…、P10；

當業務等級s=1，業務模式b=2（報警模式）時，F′（t，p）為20 個位置信息點，分別為P1、P2、…、P20；

當業務等級s=2，業務模式b=1（一般模式）時，F′（t，p）為5 個位置信息點，分別為P1、P2、…、P5；

當業務等級s=2，業務模式b=2（報警模式）時，F′（t，p）為10 個位置信息點，分別為P1、P2、…、P10。

可以看出，當監護人選擇高等級業務的情況下，一旦被監護人的終端被判斷為離開了安全區域的電子圍欄或安全區域，那么將會比選擇低等級業務的情況下獲得的位置信息數量多1 倍，比低等級業務一般模式下的定位信息數量多3 倍，從而大大提升了監護人在緊急情況下對于被監護人位置信息的獲取需求，采取更加準確、有效的針對性措施。相反，如果監護人選擇的是低等級業務，那么各種情況下，其獲得被監護人位置信息的數量都將比選擇高等級業務時少。

5 結束語

與一般的定位報警策略相比，本文增加了報警情景模式的定位策略，并且通過具體策略模型給出了實施建議。相比已有的定位報警策略，更有利于充分挖掘運營商網絡、終端和平臺的定位能力，更有利于發揮緊急情況下運營商定位能力的作用。通過引入報警模式定位策略系統以及在業務管理平臺預設緊急情況下的定位模式，可以提供比普通模式下業務等級更高、定位間隔更短等更加頻繁、及時的定位服務。當被監護人的終端發出報警后，業務管理平臺馬上啟動報警模式下的定位服務，按照事先設好的最短定位時間間隔，不斷地和被監護人移動終端協同，獲取被監護人的位置信息，并且向監護人提供監護對象的位置信息。在監護業務中，使用本策略模型可以改進現有對于老人、兒童、寵物、貴重物品等的監護業務，幫助監護人更有效地采取對被監護人的緊急行動措施，實現通信行業應用用戶的規模發展，提高經濟效益和社會效益。

[1]劉宇，朱仲英.位置信息服務（LBS）體系結構及其關鍵技術[J].微型電腦應用，2003，19（5）：5-7.

[2]IRIS A J，RICHARD T W.Location based service[J].Communications of the ACM，2008，51：65-69.

[3]姚金森.位置可視化方法及其應用研究[D].南京郵電大學，2014.

[4]LEUVEN，BELGIUM，EINDHOVEN.Monitoring your health with your mobile phone[EB/OL].http://www2.imec.be/be_en/press/imecnews/wirelesshealthnecklaceinterface.html，2010.

[5]文耀峰.一種實時的跌倒姿態檢測和心率監護系統的研究[D].浙江大學，2008.