基于北斗BDS和Android平臺(tái)的地質(zhì)勘查安全監(jiān)控系統(tǒng)

馬行陽(yáng)

（新疆地礦局物化探大隊(duì) 烏魯木齊 830000）

1 引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中國(guó)正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并能向有更高要求的授權(quán)用戶提供進(jìn)一步服務(wù)，軍用與民用目的兼具。中國(guó)在2003年完成了具有區(qū)域?qū)Ш焦δ艿谋倍沸l(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，之后開(kāi)始構(gòu)建服務(wù)全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，于2012年起向亞太大部分地區(qū)正式提供服務(wù)，并計(jì)劃至2020年完成全球系統(tǒng)的構(gòu)建。

Android操作系統(tǒng)是由美國(guó)的谷歌公司于2007年11月發(fā)布的基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)，是世界上首個(gè)為移動(dòng)終端打造的開(kāi)放的和完整的移動(dòng)操作系統(tǒng)平臺(tái)。本次應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)依托的操作系統(tǒng)是Android操作系統(tǒng)。基于Android操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行短報(bào)文發(fā)送接收的應(yīng)用程序。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義在于在地質(zhì)勘查野外沒(méi)有手機(jī)信號(hào)的情況下，地質(zhì)工作人員可以通過(guò)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)短報(bào)文信息的傳輸、航跡實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果遇險(xiǎn)，地質(zhì)工作人員可以非常及時(shí)地向相關(guān)部門報(bào)告，為搜救和救援提供幫助。

2 背景

2.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)BDS

2.1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)適用于的應(yīng)用領(lǐng)域

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可以在服務(wù)區(qū)域內(nèi)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度，并提供雙向通信服務(wù)。系統(tǒng)可以為船舶運(yùn)輸、公路交通、鐵路運(yùn)輸、野外作業(yè)、水文測(cè)報(bào)、森林防火、漁業(yè)生產(chǎn)、勘察設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多行業(yè)以及其他有特殊調(diào)度指揮要求的單位提供定位、通信和授時(shí)等綜合服務(wù)。例如在西部和跨省區(qū)運(yùn)營(yíng)車輛、沿海和內(nèi)河船舶的監(jiān)控救援，水利、氣象、石油、海洋和森林防火的信息采集，通信、電力、鐵路網(wǎng)絡(luò)的精確授時(shí)，公安保衛(wèi)、邊防巡邏、海岸緝私和交通管理的導(dǎo)航通信等。

2.1.2 北斗系統(tǒng)與GPS相比的特點(diǎn)

⑴北斗導(dǎo)航系統(tǒng)同時(shí)具備定位與雙向通信能力，可以獨(dú)立完成移動(dòng)目標(biāo)的定位與調(diào)度功能；GPS系統(tǒng)本身不具備通信能力，需要和其他通訊系統(tǒng)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)目標(biāo)的遠(yuǎn)程定位與監(jiān)控功能。

⑵北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS系統(tǒng)是全球性導(dǎo)航系統(tǒng)。

⑶北斗導(dǎo)航系統(tǒng)由我國(guó)自主控制，而GPS系統(tǒng)則是由美國(guó)軍方控制。

2.1.3 北斗用戶機(jī)的類型及其功能

北斗用戶機(jī)是北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的用戶終端設(shè)備，根據(jù)執(zhí)行任務(wù)的不同，北斗用戶機(jī)可分為定位通信型（基本型用戶機(jī)）、通信型、授時(shí)型和管理型（指揮型用戶機(jī)）；按照裝載方式的不同，北斗用戶機(jī)可分為手持式、車載式、船載式、機(jī)載式等類型。北斗用戶機(jī)主要功能：

⑴定位功能：可以進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)和緊急定位設(shè)定，向中心站發(fā)出定位請(qǐng)求，并接收中心站發(fā)出的定位結(jié)果。在顯示屏上顯示經(jīng)度、緯度、高程、時(shí)間及定位精度等信息。

⑵通信功能：可以接收中心站發(fā)出的短報(bào)文信息，顯示報(bào)文內(nèi)容并將接收到的信息存儲(chǔ)，以便查詢。可編輯發(fā)送電文及編輯發(fā)送固定電文。

⑶導(dǎo)航功能：可以設(shè)定、預(yù)置、存儲(chǔ)航路點(diǎn)、航線，可自動(dòng)計(jì)算偏航距離，偏航后還可以自動(dòng)報(bào)警。

⑷設(shè)置功能：可以對(duì)定位方式、通信頻度、高程基準(zhǔn)、坐標(biāo)形式（大地、高斯、麥卡托）、顯示信息方式等多種參數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)。

⑸加密功能：可對(duì)信息進(jìn)行加密/解密處理，以保證用戶數(shù)據(jù)的安全性。

2.2 地質(zhì)勘查在Android平臺(tái)上的應(yīng)用

⑴目前，數(shù)字填圖系統(tǒng)已經(jīng)移植到Android平臺(tái)上，為地質(zhì)人員提供更多的設(shè)備選擇，擴(kuò)大推廣范圍。中國(guó)地調(diào)局發(fā)展研究中心的數(shù)字地質(zhì)調(diào)查軟件，已開(kāi)發(fā)完成了基于Android操作系統(tǒng)的自主版權(quán)的公益性移動(dòng)GIS平臺(tái)，并在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了數(shù)字地質(zhì)填圖系統(tǒng)RGMap(Android版)，支持的Android操作系統(tǒng)版本為2.2、2.3和3.0，智能設(shè)備的屏幕要求為多點(diǎn)觸摸屏，提供了GPS定位、路線數(shù)據(jù)采集等功能。

⑵地質(zhì)調(diào)查主流程信息化團(tuán)隊(duì)在承擔(dān)的基于3S技術(shù)的野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究中，為建立現(xiàn)代化野外地質(zhì)工作管理與服務(wù)體系，在野外調(diào)查安全保障和野外工作的質(zhì)量監(jiān)控、檢查、管理和服務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)中提供地質(zhì)調(diào)查的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、反饋和信息服務(wù)的現(xiàn)代化工具，研制了數(shù)字地質(zhì)調(diào)查藍(lán)牙北斗通訊定位終端，并配套開(kāi)發(fā)了基于Android的數(shù)字地質(zhì)調(diào)查北斗移動(dòng)終端系統(tǒng)。2013年9月，項(xiàng)目組組織野外一線的地質(zhì)專家分別在拉薩高山和亞?wèn)|峽谷等艱險(xiǎn)環(huán)境下對(duì)軟件系統(tǒng)功能和終端設(shè)備的性能進(jìn)行測(cè)試。

⑶基于北斗衛(wèi)星的野外跟蹤定位系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，配備給野外工作人員的手持定位導(dǎo)航終端與營(yíng)地的監(jiān)控指揮中心。

手持定位導(dǎo)航終端包括GPS模塊、北斗模塊與裝載安卓操作系統(tǒng)組成的一體式手持式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航、精密授時(shí)、短報(bào)文通信和緊急報(bào)警等功能；監(jiān)控指揮中心由北斗衛(wèi)星一體機(jī)、中心服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)控平臺(tái)組成，擁有人員實(shí)時(shí)定位、數(shù)據(jù)通信、路徑查詢與緊急報(bào)警等功能。

手持定位導(dǎo)航終端采用的是智星通公司的BDS-01A北斗手持終端，該手持終端包括GPS模塊、北斗模塊與裝載安卓操作系統(tǒng)組成的一體式手持式設(shè)備。設(shè)備有GPS衛(wèi)星和北斗衛(wèi)星雙定位導(dǎo)航系統(tǒng)并內(nèi)嵌離線地圖，同時(shí)具有短報(bào)文通信、精密授時(shí)與緊急報(bào)警功能，機(jī)內(nèi)配置的電池能夠保證終端持續(xù)工作8 h以上（發(fā)射頻度不超過(guò)1次/min）。將GPS和北斗定位導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合在一起使用，不僅可以充分發(fā)揮GPS定位導(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)，增加定位精度，而且發(fā)揮北斗的用戶終端和中心系統(tǒng)的通信功能，有助于實(shí)現(xiàn)野外工作人員的定位、導(dǎo)航、通訊、指揮、調(diào)度等工作，同時(shí)為各種突發(fā)事件提供安全、可靠、便捷的通訊保障服務(wù)。

野外工作人員配備手持定位導(dǎo)航終端后，可查看自己的當(dāng)前位置，進(jìn)行定位和導(dǎo)航，并且接收來(lái)自監(jiān)控指揮中心的指令或向中心反饋勘查情況。而營(yíng)地監(jiān)控人員通過(guò)定位終端返回系統(tǒng)的信息，可以了解勘查人員的行走路線和出勤情況等，一旦發(fā)生緊急情況，營(yíng)地監(jiān)控人員可以根據(jù)各野外工作人員所在位置，進(jìn)行規(guī)劃搶救，安排人員最快趕赴現(xiàn)場(chǎng)，確保了野外人員的生命安危。

營(yíng)地監(jiān)控指揮中心可讓營(yíng)地人員實(shí)時(shí)了解與指揮野外工作人員，由北斗衛(wèi)星一體機(jī)、監(jiān)控平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫(kù)是監(jiān)控平臺(tái)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，用于存儲(chǔ)衛(wèi)星地圖、野外人員返回的實(shí)時(shí)與歷史位置、通信及指令信息。監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與備份。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)為一種基于北斗衛(wèi)星的野外定位跟蹤系統(tǒng)，利用我國(guó)自發(fā)研制的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)應(yīng)用于野外勘查領(lǐng)域，并通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性與可靠性。野外工作人員通過(guò)手持式北斗定位導(dǎo)航終端，實(shí)時(shí)將其位置信息發(fā)送回營(yíng)地中心。營(yíng)地中心以GoogleMaps API接口實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控平臺(tái)，采用B/S構(gòu)架方式，實(shí)時(shí)顯示人員位置，歷史路徑查詢，短消息查詢與設(shè)備管理等功能，系統(tǒng)能為野外勘查路線實(shí)時(shí)指揮與保障了人員生命健康。

系統(tǒng)不僅能廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘查、測(cè)繪等行業(yè)，也特別適用于戶外運(yùn)動(dòng)人員。此外，在其他領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。如引導(dǎo)警方或救護(hù)人員搜救因失憶、失聰?shù)淖呤藛T，用于跟蹤保護(hù)貴重物品，也可以置于某些較大型陸地、飛禽等野生動(dòng)物身上，便于生物科研機(jī)構(gòu)等開(kāi)展野生動(dòng)物保護(hù)科學(xué)研究、棲息地研究與保護(hù)、種群恢復(fù)和野生動(dòng)物的國(guó)際交流等，潛在市場(chǎng)廣闊，經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益明顯。

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