北斗定位與WebGIS技術在指揮監控系統中的應用

陳 濤，邢光成，聶小波

（1.湖省測繪成果檔案館，湖武漢 430074；2.湖省基礎地理信息中心，湖武漢 430074）

北斗定位與WebGIS技術在指揮監控系統中的應用

陳 濤1，邢光成1，聶小波2

利用北斗衛星導航定位技術，結合WebGIS技術與B/S模式，提升在公共安全領域遠程指揮和監控平臺建設方面的數字化、信息安全保障水平，實現北斗衛星定位與數字湖北地理空間框架建設電子地圖成果的融合與應用。

北斗；WebGIS；B/S；數字湖北

為適應現代信息技術飛速發展的現狀，尤其是我國自主研制的北斗衛星導航系統逐步運用到國家安全和公共安全領域，公安和武警部門正加速其指揮系統的升級改造進程。基于北斗定位技術和WebGIS相關技術[1]，搭建以北斗衛星定位、遠程監控指揮和短報文通信為主體，利用電子地圖作為輔助的監控平臺為實現系統升級提供了保障。在充分利用數字湖北地理空間框架建設成果的基礎上，依托北斗定位系統對北斗終端移動或固定用戶進行監控和通信，并通過電子地圖來定位和查詢。

通過調用數字湖北地圖瓦片數據，實現監控指揮的圖形化操作，借助GIS技術與北斗定位技術打造集信息化管理、地圖定位和后臺維護管理等綜合性信息監控平臺,所涉及地圖瓦片數據均部署于管理部門的涉密內網或局域網內，保障其數據的安全可靠。

1 關鍵技術運用

1.1 北斗定位技術

由于北斗定位系統具備保密性和抗干擾性強等特點[3]，利用其獨有的雙向通信功能實現監控平臺收發短信指令，在Web頁面中，展示各個終端用戶的運行軌跡，并提供歷史軌跡和短信查詢功能。

承載本系統與北斗衛星相連接的平臺是北斗一號指揮型用戶機及其終端設備，它不但能夠定位和雙向通信，還可實時監控下屬用戶的定位和通信信息，利用短信的通播、群發等功能實現對下屬用戶的指揮和控制，便于集團用戶指揮調度組網使用。現有北斗一號指揮機適應固定指揮所、移動指揮所、車輛和船舶等，便于遠程監控和指揮。

經過評估與計算，北斗衛星導航定位系統用戶的定位申請通過無線電信號經衛星與地面的相互聯絡，整個定位時間約在1 s，因此對于以車輛、船舶為主的用戶來說比較適宜。

1.2 北斗通信接口技術

北斗衛星導航系統具備短報文通信服務，可以使用戶與中心控制系統、用戶終端之間進行數據通信[4]。在該系統下運行的北斗一號[5]指揮機配置的是RS232接口，該接口程序通過RS232串行接口，用一對傳輸線與北斗指揮型用戶機連接，實現接口程序與指揮機之間的數據接收、發送、存儲。

該接口程序成功打開串口后，主動發指令查詢與指揮機相關的信息（如指揮機的本機ID、通播ID、指揮機下屬用戶機數量及所有下屬用戶機ID），為指揮機與下屬用戶機及下屬用戶機之間的信息收發做好必要的準備；接口程序采用多線程監聽串口是否讀取到數據，若有新數據到達，會觸發EVENT事件通知線程去讀取新數據，并進行解析、存儲等操作；數據發送也采用線程處理，當有指令或信息需發送時，EVENT事件通知數據發送線程，線程調用相應的處理函數，從而實現數據的發送。

1.3 WebGIS技術

生命體征監測設備通過調用Bluetooth 接口，獲取自帶的藍牙適配器，并開啟藍牙功能。通過調用藍牙設備搜索接口函數，對周邊的藍牙設備終端進行掃描，當搜索到匹配的藍牙適配器時，則進行設備注冊、建立連接并停止掃描，至此藍牙掃描工作完成。掃描并匹配成功的設備名稱和設備MAC 地址將分別儲存在藍牙搜索的公有成員變量中，當掃描結束后，會向生命體征監測設備藍牙適配器發送一個類型為0x01 的句柄消息。同時handleMessage 接口函數也會收到類型為0x01 的消息，掃描程序通過設備遍歷對周邊的設備進行逐個匹配直到找到符合要求的藍牙終端設備。

WebGIS技術主要是地圖瓦片技術，傳統的WebGIS是實時請求地圖服務器傳輸地圖的，反映了地圖的現時性；而基于地圖瓦片服務框架首先預生成規矩的瓦片地圖存儲于硬盤目錄下，地圖以鏈接圖片的方式快速定制。地圖瓦片顯示比例因子控制在7～14 級。操作地圖滑竿顯示更大比例尺地圖時，圖片的數量發生裂變。2種模式在請求及響應的速度方面有明顯的差異，基于地圖瓦片服務框架的響應速度要快于傳統的WebGIS，同時對地圖服務器的負載也相應小一些。在構建好瓦片地圖圖片庫之后，基于地圖瓦片服務框架可以脫離GIS平臺，通過現有的互聯網技術實現空間位置服務。整個系統是基于ASP.NET技術并結合Microsoft Silverlight插件的WebGIS開發，使得整個系統具有并發能力強、易于實現、方便移植等特征[6]。

2 系統設計

為加快自身信息化建設步伐，提升工作效率以及信息安全水平，北斗定位指揮系統在公安、衛生、交通等部門正越來越多地被利用，其系統設計主要包括3個方面：系統架構設計、數據庫設計和系統功能設計。

2.1 系統架構

北斗定位指揮系統是利用北斗衛星導航系統的通信鏈路和服務，基于北斗一號指揮機的指揮、調度系統。根據硬件的特性，數據的采集和發送（用戶機位置信息的接收、短信息的收發）采用串口通信的方式，用戶的指揮、調度、查看采用B/S模式，方便用戶的使用。其結構如圖1所示。

圖1 北斗定位指揮系統架構圖

2.2 數據庫設計

北斗定位指揮系統數據源主要來自2個部分，包括北斗定位信息數據和全省地圖瓦片數據。北斗定位信息數據包括定位信息、軌跡信息、短信信息和設備信息等；全省地圖瓦片數據來自“數字湖北地理空間框架建設”1︰25萬和1︰5萬公眾版電子地圖瓦片數據。北斗定位指揮系統數據庫主要包括2個部分：基礎數據庫和專題數據庫，整個數據庫建設將圍繞以上2個部分進行構建，其組織結構如圖2所示。

圖2 北斗定位指揮系統數據庫結構圖

2.3 系統功能設計

針對北斗一號用戶機終端的數據特點，開展接口信息解析關鍵技術研究，在總體設計的基礎上，開發北斗定位服務系統服務端監控子系統及B/S前臺定位指揮子系統。主要功能模塊包括數據解析、信息入庫、地圖瀏覽、地名查詢、終端定位、軌跡回放、短信收發等功能。

3 系統應用實例

為加快提升公共安全部門的指揮能力,解決遠程指揮調度的需要,開展北斗定位指揮系統的開發,依據系統體系結構的分析，結合其多層框架結構的設計和功能劃分，將系統主要分為3個模塊：Web界面展示模塊、地圖服務模塊、北斗信息收發模塊和后臺維護模塊。

3.1 Web界面展示

本系統Web界面分為地圖和后臺管理2個部分，系統主頁面需要通過用戶認證方可登錄顯示，其系統主頁面如圖3所示。

圖3 北斗定位指揮系統主界面（審圖號：GS（2011）1111號）

3.2 地圖服務

地圖服務模塊主要是針對地圖瀏覽、坐標定位及軌跡查詢等服務，其中坐標定位主要通過地圖定位和坐標顯示來實時顯示北斗終端移動車輛的位置，坐標信息是由客戶端傳送至北斗指揮機，通過北斗指揮機接口讀取到系統中得以展示其準確位置，便于指揮部遠程指揮。

而軌跡查詢則依托北斗一號指揮機所接收到的一連串坐標信息，通過地圖顯示軌跡的變化，如圖4所示。

圖4 北斗終端設備運行軌跡顯示圖

3.3 北斗信息收發

作為本系統的核心功能模塊，北斗信息收發主要涉及車輛信息、短信信息、軌跡信息、地物信息、北斗終端機在線情況列表和信號監控6個部分，其功能界面如圖5所示。

圖5 北斗定位指揮系統信息查詢界面

短信發送依據收發用戶的數量分為點名通信、組播通信和通播通信，常用的如組播通信可以選擇2個以上的用戶進行通信，如圖6所示。

圖6 北斗定位指揮系統短信發送界面

信號監控主要是針對北斗一號指揮機信號接收設備運行狀態的監控，設置一定的響應頻率，通過柱狀圖顯示其運行狀態，如圖7所示。

圖7 北斗一號指揮機主機信號狀態圖

3.4 后臺維護

本系統后臺維護模塊主要是針對車輛信息、短信模板、用戶管理和地物管理等模塊進行管理和維護，其界面如圖8所示。

圖8 北斗定位指揮系統后臺維護界面

4 結 語

將北斗衛星定位與GIS技術應用到公共安全信息化管理中，已成為當前北斗衛星定位技術的發展趨勢。現代GIS技術與現勢性較高的電子地圖數據相結合，為北斗衛星定位技術的全面深化應用提供了堅實的基礎。通過不斷挖掘電子地圖數據的價值和潛力，將北斗衛星定位導航技術的社會化應用逐步推向民用市場[4]，從而帶動GIS信息產業的又一次升級改造。

[1] 劉雅娟.北斗三星無源定位技術[J].無線電工程,2006,36(2)：36-39

[2] 楊震.GPS定位網[J].無線電工程,2004,34(9)：63-65

[3] 王青,吳一紅.北斗系統在基于位置服務中的應用[J].衛星與網絡,2010(4)：40-41

[4] 陳新保.北斗衛星導航系統民用市場建設的思考[J].中國航天,2010(1)：17-20

[5] 張之孔,馬懷武,張海波.基于“北斗一號”的地圖匹配可行性與方法探究[J].地理空間信息,2011,9(4) ：22-24

[6] 張勝,康志偉.基于.NET技術的WebGIS系統的設計與實現[J].計算機工程,2006(15)：106-108

[7] 董婧,郭建文,馮敏.NET環境下基于Mapobjects組件的WebGIS應用研究[J].遙感技術與應用,2007,22(5)：668-672

P208

B

1672-4623（2016）08-0047-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.016

陳濤，工程師，主要從事地理信息與檔案管理工作。

2016-01-26。