基于物聯(lián)網(wǎng)的廣電設(shè)備實(shí)時(shí)定位跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何金道

（浙江廣播電視集團(tuán)，浙江 杭州 310015）

0 引 言

攝像機(jī)、鏡頭、錄音機(jī)、三腳架等廣電專業(yè)設(shè)備是廣播電視臺(tái)用于節(jié)目前期制作的重要生產(chǎn)工具和重要固定資產(chǎn)。它們的申請(qǐng)、領(lǐng)用，也是各級(jí)廣播電視臺(tái)技術(shù)部門的日常管理工作之一。隨著5G通信、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的飛速發(fā)展和媒體融合不斷向縱深推進(jìn)，基于融媒體技術(shù)平臺(tái)的應(yīng)用對(duì)這些專用設(shè)備進(jìn)行智慧化、無人化管理的技術(shù)日益成熟。

為此，麗水市廣播電視總臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)了基于融媒體技術(shù)平臺(tái)的廣電設(shè)備申請(qǐng)領(lǐng)用“無人超市”管理系統(tǒng)。為加強(qiáng)廣電設(shè)備出庫后外出采訪的管理，設(shè)計(jì)了一套智能定位跟蹤系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備外出實(shí)時(shí)定位、設(shè)備移動(dòng)軌跡跟蹤和設(shè)備異常狀態(tài)告警等功能，從而切實(shí)提升廣電專業(yè)設(shè)備的綜合管理水平[1]。

1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

智能定位跟蹤系統(tǒng)由服務(wù)器、定位器、管理終端及用戶終端等四部分組成。定位器定時(shí)發(fā)送定位信息給服務(wù)器，并從服務(wù)器接收設(shè)置命令、確認(rèn)設(shè)備工作狀態(tài)。管理終端可查詢各定位器，可查詢單定位器在地圖上的位置，也可以匯總所有定位器信息在報(bào)表中查看。管理員還可以通過管理終端向定位器發(fā)送指令。系統(tǒng)用戶可查看手機(jī)上用戶終端推送的信息，結(jié)合定位器指示燈的狀態(tài)，獲知當(dāng)前定位情況。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

定位器內(nèi)置可充電電池，電量、定位等數(shù)據(jù)的上報(bào)頻率可調(diào)節(jié)，可通過磁吸的連接方式充電補(bǔ)能，電量充滿需1.5 h左右，續(xù)航能力最高可達(dá)5天。定位器預(yù)留固定卡口，可采用一次性綁帶與攝像機(jī)等設(shè)備連接，避免用戶隨意取下定位器，保證設(shè)備定位數(shù)據(jù)的真實(shí)性。定位器硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 定位系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 定位模塊

為使定位更加精準(zhǔn)，定位器采用多模塊組合、智能選擇的方式進(jìn)行定位。定位模塊嵌入北斗、GPS雙星定位、基站定位、WiFi定位，以智能選擇定位的方式回傳所在地理位置的經(jīng)緯度信息。

北斗、GPS雙星定位，可在無網(wǎng)絡(luò)信號(hào)時(shí)快速、精確定位地理位置，并將定位信息以RS-485接口和Modbus協(xié)議的方式提供給用戶使用?；径ㄎ皇峭ㄟ^搜索周圍的通信運(yùn)營商的基站信息獲取定位器的位置信息，只能在運(yùn)營商基站信號(hào)覆蓋的區(qū)域使用。WiFi定位則是通過定位器搜索附近的WiFi，通過WiFi物理地址與高德地圖信息綁定后進(jìn)行定位，一般應(yīng)用于室內(nèi)。

2.2 高續(xù)航設(shè)計(jì)

新聞?dòng)浾咄獬霾稍L時(shí)，一般只需要攜帶攝像機(jī)、單反照相機(jī)等設(shè)備1到2日，但專題記者外出時(shí)間可能會(huì)持續(xù)3至5日甚至更久。由于定位器容積的限制，最大只能搭載600 mAh的鋰電池，無法確保長時(shí)間續(xù)航。為此，設(shè)計(jì)了低頻心跳和自定義心跳數(shù)據(jù)傳輸模式。

經(jīng)測試，定位模塊心跳默認(rèn)值設(shè)置為每次6 s時(shí)，在充滿電的情況下設(shè)備可正常使用5天以上，基本滿足了續(xù)航時(shí)間要求。系統(tǒng)還可以指定單個(gè)定位器發(fā)送心跳的頻次，以根據(jù)不同的定位應(yīng)用場景進(jìn)行設(shè)置。

2.3 報(bào)警提醒

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了定位器報(bào)警提醒機(jī)制，分為電量預(yù)警、強(qiáng)拆報(bào)警等功能。當(dāng)設(shè)備電量過低，提示燈將呈現(xiàn)紅色，對(duì)用戶進(jìn)行提醒，電量從高到低依次為4到1顆紅燈閃爍提示。設(shè)計(jì)了拆卸鎖，管理員可通過后臺(tái)查看設(shè)備拆卸狀況，若存在設(shè)備異常拆卸情況，可以短信通知的形式發(fā)送至設(shè)備用戶和管理員，提醒其及時(shí)處理異常。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

定位系統(tǒng)軟件使用前后端分離技術(shù)，以組件化的形式進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)高內(nèi)聚、低耦合。各功能模塊之間通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)互連，將所有的業(yè)務(wù)邏輯編寫為接口請(qǐng)求的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。用戶終端手機(jī)應(yīng)用可查看報(bào)警信息、設(shè)備信息及消息通知等，以及時(shí)了解并反饋信息給系統(tǒng)管理員。系統(tǒng)管理員可通過PC管理終端后臺(tái)管理頁面查看設(shè)備信息、用戶綁定信息以及設(shè)備使用情況等，如圖3所示。

圖3 定位系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)

3.1 前端應(yīng)用設(shè)計(jì)

前端應(yīng)用使用VUE2.0架構(gòu)設(shè)計(jì)，與服務(wù)端的數(shù)據(jù)交互使用HTTP、WebSocket技術(shù)[2]。對(duì)于普通業(yè)務(wù)，使用HTTP協(xié)議對(duì)服務(wù)端發(fā)送請(qǐng)求、獲取數(shù)據(jù)；對(duì)于實(shí)時(shí)推送的數(shù)據(jù)，使用WebSocket協(xié)議與服務(wù)端進(jìn)行長鏈接的數(shù)據(jù)交互。

3.1.1 用戶交互

定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)了安全驗(yàn)證模塊，用戶登錄時(shí)需要提交手機(jī)號(hào)碼獲取驗(yàn)證碼登錄，經(jīng)后臺(tái)校驗(yàn)成功方可登陸系統(tǒng)。每個(gè)用戶登陸后擁有唯一的Token令牌，為避免重復(fù)登錄和安全性考慮，Token令牌過期時(shí)間為24 h。前臺(tái)用戶和后臺(tái)管理用戶都通過角色進(jìn)行身份驗(yàn)證，驗(yàn)證合法性后才能進(jìn)行后續(xù)操作。用戶的每一次數(shù)據(jù)請(qǐng)求附帶令牌，經(jīng)后臺(tái)驗(yàn)證后返回。

3.1.2 設(shè)備綁定

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了唯一廣電設(shè)備標(biāo)簽和唯一定位設(shè)備標(biāo)簽，通過粘貼標(biāo)簽并掃描標(biāo)簽二維碼的形式將設(shè)備信息錄入至系統(tǒng)。將廣電設(shè)備標(biāo)簽和定位設(shè)備標(biāo)簽兩者進(jìn)行綁定，以廣電設(shè)備標(biāo)簽和定位設(shè)備標(biāo)簽共同組成表內(nèi)主鍵，兩者一一對(duì)應(yīng)。

打通麗水市廣播電視總臺(tái)用戶系統(tǒng)，調(diào)取用戶系統(tǒng)中有領(lǐng)用廣電設(shè)備需求及權(quán)限的用戶信息。用戶領(lǐng)用廣電設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)將設(shè)備信息與用戶信息相綁定，信息存儲(chǔ)至設(shè)備出庫表中。用戶與廣電設(shè)備之間為一對(duì)多綁定形式，即一個(gè)用戶可以領(lǐng)用多個(gè)或多種設(shè)備。

3.1.3 電子圍欄

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了定位電子圍欄，通過預(yù)置廣電專業(yè)設(shè)備使用范圍，根據(jù)實(shí)時(shí)回傳定位信息進(jìn)行判定。系統(tǒng)根據(jù)用戶預(yù)先設(shè)置的采訪拍攝地點(diǎn)，默認(rèn)設(shè)置拍攝范圍，也可設(shè)置擴(kuò)大范圍。按照定位設(shè)備回傳的定位信息進(jìn)行判定是否超出范圍，對(duì)超出范圍的用戶及時(shí)發(fā)送短信通知用戶和管理員，管理員接收到通知后及時(shí)確認(rèn)反饋信息，并對(duì)信息做出處置。

3.2 后端接口設(shè)計(jì)

后端基于Java spring boot進(jìn)行垂直應(yīng)用架構(gòu)，接口采用RESTful API規(guī)范開發(fā)設(shè)計(jì)[3]。設(shè)定接口調(diào)用頻次限制、令牌人證交互等方式，確保用戶調(diào)用接口的安全性和準(zhǔn)確性，規(guī)范接口訪問。

3.2.1 權(quán)限管理

系統(tǒng)引用Autho 2.0授權(quán)機(jī)制，向用戶頒發(fā)token令牌。用戶攜帶令牌頭信息進(jìn)行指定權(quán)限內(nèi)數(shù)據(jù)交互[4]。通過阿里云短信驗(yàn)證碼接口進(jìn)行用戶認(rèn)證。認(rèn)證通過后，后臺(tái)發(fā)放令牌給用戶。用戶的每一次數(shù)據(jù)交互都會(huì)攜帶令牌，服務(wù)端根據(jù)令牌對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行認(rèn)證，返回權(quán)限范圍內(nèi)的信息內(nèi)容。當(dāng)信息不匹配的時(shí)候，返回拒絕訪問信息。對(duì)于多次違法訪問的行為，系統(tǒng)將采取禁封IP等措施。

3.2.2 信息推送

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了報(bào)警信息推送接口。該接口分為主動(dòng)推送和被動(dòng)推送兩種。主動(dòng)推送為系統(tǒng)管理員在用戶后臺(tái)進(jìn)行手動(dòng)消息推送。管理員選定推送模板后，可向指定的一個(gè)或多個(gè)用戶推送短信消息。被動(dòng)機(jī)制為用戶觸發(fā)電子報(bào)警預(yù)設(shè)條件后，將信息以阿里云短信的形式發(fā)送至用戶手機(jī)，提醒用戶及時(shí)處理問題。

3.2.3 數(shù)據(jù)傳輸

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了主備數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，定位器在無網(wǎng)絡(luò)的情況下仍能工作。在定位設(shè)備能鏈接網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，設(shè)備每1 min與服務(wù)器進(jìn)行一次數(shù)據(jù)交互，服務(wù)器返回確認(rèn)信息給設(shè)備。當(dāng)設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)交互請(qǐng)求未收到服務(wù)器確認(rèn)信息時(shí)，將定位信息與發(fā)送信息的時(shí)間戳存儲(chǔ)至設(shè)備本地?cái)?shù)據(jù)庫，待網(wǎng)絡(luò)能夠聯(lián)通后將本地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)一并推送至服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.2.4 定位糾偏算法

為解決定位偏離、回傳定位信息異常等情況，系統(tǒng)加入了定位糾偏算法，保證定位的準(zhǔn)確性[5]。定位器可能存在采樣頻率低、誤差大、信號(hào)丟失等問題，導(dǎo)致路徑匹配的不準(zhǔn)確。因此，對(duì)回傳的GPS信息進(jìn)行路徑匹對(duì)，過濾超出范圍路徑的坐標(biāo)點(diǎn)，加入路徑匹對(duì)權(quán)重，提升定位準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 語

麗水市廣播電視總臺(tái)廣電設(shè)備實(shí)時(shí)定位跟蹤系統(tǒng)的建成使用，使前期制作設(shè)備的管理更加安全、規(guī)范。實(shí)時(shí)定位、電子圍欄以及消息提醒等功能，解決了設(shè)備濫用、私用、不及時(shí)歸還等問題，有效提高了設(shè)備利用率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前設(shè)備周轉(zhuǎn)率提升達(dá)30%以上。