北斗導航應用下的人防應急指揮系統設計探究

［關鍵詞］北斗導航；人防應急指揮系統；設計

［中圖分類號］TN967.1 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）10–0001–02

1人防應急指揮系統設計中北斗導航的優勢

（1）高精度定位能力。在應急情況下，快速準確地確定事發地點至關重要，北斗導航系統通過多星組合定位技術，能實現米級甚至厘米級的定位精度，為人防應急指揮提供了精確的空間位置信息，其高精度定位能力使得指揮中心能迅速鎖定事發地點。

（2）全球覆蓋能力。北斗導航系統具有全球覆蓋能力，無論在城市中心還是偏遠山區，都能接收到北斗導航的信號。在人防應急指揮中，全球覆蓋能力使得指揮中心能夠實時監控和調度各種資源，無論是在城市內部還是外部，無盲區覆蓋有效提高了應急救援的效率和準確性。

（3）雙向通信功能。北斗導航系統具備雙向通信功能，該功能在人防應急指揮中具有極大地實用價值。通過北斗導航系統，指揮中心不僅可向現場發送指令，還可接收來自現場的實時反饋。這使得指揮中心能夠根據現場情況及時調整救援策略，提高應急響應的靈活性和時效性。

（4）多模式融合定位。北斗導航系統支持多模式融合定位，可結合其他定位技術（如慣性導航、無線通信等）進行協同定位，進一步提高定位的準確性和穩定性。在人防應急指揮中，多模式融合定位技術有助于在復雜環境下實現精準導航，確保救援隊伍能夠迅速準確地到達事發地點。

2"北斗導航應用下人防應急指揮系統整體架構設計

北斗導航應用下的人防應急指揮系統整體架構如圖1 所示。數據采集層主要負責收集各種應急相關的數據，包括北斗導航定位數據、視頻監控數據、氣象數據等，將通過傳感器、攝像頭、氣象站等設備實時采集，并傳輸至數據中心進行處理和分析。數據傳輸層負責將數據采集層收集到的數據傳輸至數據中心，為保證數據的實時性和準確性，采用了高速、穩定的網絡傳輸技術，如4G/5G 移動通信技術、衛星通信技術等。數據處理與分析層是人防應急指揮系統的核心部分，該層主要對采集到的數據進行清洗、整合和分析，提取出有價值的信息，為后續的應急指揮提供決策支持，并利用北斗導航系統的高精度定位數據，對應急事件進行精確定位和軌跡分析。應急指揮層是人防應急指揮系統的決策中心，能夠根據數據處理與分析層提供的信息，制訂應急響應方案，調度各類救援資源，指揮現場救援行動，同時通過北斗導航系統的雙向通信功能，與現場救援人員進行實時溝通和協調。系統管理層負責整個系統的配置、監控和維護，可對系統的各個模塊進行參數配置、性能監控和故障排除，確保系統的穩定運行和高效響應。

3"北斗導航應用下人防應急指揮系統功能模塊設計

3.1"位置監控模塊

位置監控模塊利用北斗導航系統的高精度定位技術，實時監控應急車輛、人員等的位置信息，為指揮中心提供準確的實時位置數據，以便進行及時的指揮和調度。數據采集通過北斗導航終端實時采集應急車輛、人員等的位置信息，包括經度、緯度、時間戳等，且為了保證數據的準確性和完整性，對采集到的數據進行預處理，包括去噪、平滑等；將采集到的位置信息通過無線通信網絡實時傳輸至指揮中心的服務器進行存儲和處理；指揮中心通過地圖展示功能，將應急車輛、人員等資源的位置信息實時展示在地圖上，以便能夠直觀地了解現場情況，同時還支持多種視圖切換，如衛星視圖、街道視圖等，以滿足不同場景下的監控需求。該模塊能夠保存并展示應急車輛、人員等資源的歷史運動軌跡，用戶可通過輸入時間范圍、對象標識等信息，查詢并展示相關資源的歷史運動軌跡，并支持軌跡回放功能，以便進行事后分析和總結。

允許用戶為應急車輛、人員等設定安全區域，若相關資源超出該區域，將自動觸發報警，并通過聲光、短信等方式提醒指揮中心及時采取應對措施，同時支持報警記錄的查詢和統計功能，以便進行事后分析和改進。根據應急車輛、人員等資源的歷史運動數據，利用數據挖掘和機器學習等技術進行運動趨勢預測，通過預測分析，指揮中心可提前了解相關資源的運動方向和速度等信息，為后續指揮和調度提供決策支持。

3.2"數據傳輸模塊

數據傳輸模塊的設計目標是為人防應急指揮系統提供穩定、高效、安全的數據傳輸通道，確保指揮中心與現場之間信息的實時共享和準確傳遞。在數據傳輸模塊設計中，采用4G/5G 移動通信技術和北斗衛星通信技術相結合的方式，以實現廣覆蓋、高速率、低時延的數據傳輸，在地面通信網絡覆蓋良好的區域，優先使用4G/5G 網絡進行數據傳輸，在地面通信網絡覆蓋不佳或中斷的情況下，切換到北斗衛星通信，確保數據傳輸的連續性。數據加密技術采用AES（Advanced Encryption Standard）對稱加密算法對傳輸的數據進行加密，確保數據的安全性，并使用RSA 非對稱加密算法對密鑰進行加密傳輸，防止密鑰泄漏；為了降低傳輸過程中的數據量，提高傳輸效率，采用LZ4 等高效壓縮算法對數據進行壓縮處理；基于TCP/IP 協議棧進行數據傳輸，確保數據的可靠傳輸和順序性，且為了滿足實時性要求，采用UDP協議進行輔助傳輸，用于傳輸實時性要求較高的數據。

3.3移動單元自主導航模塊

移動單元自主導航模塊的設計目標是實現移動單元在復雜環境下的高精度自主導航，確保移動單元能夠快速、準確地到達目的地，提高人防應急指揮系統的響應速度和救援效率。信號接收需要采用高性能的北斗導航接收機，確保在復雜環境下能夠穩定接收北斗衛星信號。接收機具備多頻接收能力，以提高定位精度和抗干擾能力；對接收到的北斗導航信號進行解算，提取出經度、緯度、高度等關鍵定位信息，并利用卡爾曼濾波等算法對定位數據進行平滑處理，降低噪聲干擾，提高定位精度。路徑規劃基于地理信息系統（GIS）數據，結合移動單元的目標目的地和當前位置，采用A* 算法、Dijkstra算法等路徑規劃算法，為移動單元規劃出最優行進路線；在移動單元行進過程中，利用北斗導航系統提供的實時定位信息，結合慣性測量單元（IMU）和里程計等數據，采用擴展卡爾曼濾波等算法進行融合定位，實現移動單元的實時導航，并根據實時交通信息、路況信息等動態數據，對規劃路線進行實時調整，以確保移動單元能夠高效、安全地到達目的地。在導航界面中，地圖顯示采用電子地圖作為導航背景，實時顯示移動單元的位置、行進路線、目標目的地等信息；根據自主導航算法輸出的導航指令，以語音或文字形式提示移動單元進行轉向、加速、減速等操作，且界面中顯示移動單元的速度、航向、里程等狀態信息，以便操作人員隨時掌握移動單元的運行狀態。

3.4地點指令導航模塊

地點指令導航模塊的設計目標是構建可靠的指令發布系統，以迅速將地點指令發送給指定的移動單元，確保救援能夠第一時間到達事發地點，有效進行救援行動。為確保指令傳輸的準確性，采用標準化的指令編碼格式XML，對地點指令進行封裝和解析，該編碼方式具有良好的可讀性和擴展性，便于不同系統之間的數據交換和解析，并集成高精度地圖數據服務，為地點指令提供準確的地理位置信息，同時通過與地圖服務商合作，獲取最新的地圖數據和實時交通信息，為救援行動提供有力的支持。

在具體運行過程中，地點指令導航模塊具備直觀易用的指令發布界面，允許指揮人員快速輸入或選擇目標地點，并設置相關參數（如優先級、到達時間等），發布指令時系統應自動生成標準化的指令編碼，并通過北斗衛星導航系統發送給指定的移動單元。移動單元接收到地點指令后，進行解碼并顯示指令內容，同時移動單元應向指揮中心發送確認信息，表明已接收并理解指令內容，若移動單元無法接收指令或存在疑問，應及時向指揮中心反饋。指揮中心應能夠實時監控各個移動單元的位置和狀態，確保其按照指令要求行進，如果遇到實際情況與指令不符或交通狀況發生變化，指揮中心可及時調整指令內容，并重新發送給移動單元。地點指令導航模塊應保存所有已發布的指令記錄，以便后續查詢和分析，通過歷史指令的回溯，可評估救援行動的效率和質量，為改進系統提供依據。

3.5數據存儲模塊

數據存儲模塊的設計目標是構建穩定、高效、可擴展的數據存儲系統，支持人防應急指揮系統在高并發、大數據量情況下的數據存儲和管理需求，同時該模塊還需要保證數據的安全性、完整性和可用性。在設計方案中，選擇關系型數據庫（如MySQL、Oracle）作為基礎數據庫，用于存儲結構化數據，包括人員信息、物資信息等，并采用NoSQL 數據庫MongoDB 存儲非結構化數據，包括圖片、視頻等多媒體信息，混合存儲架構能夠充分利用兩種數據庫的優勢，提高數據存儲的靈活性和效率。采用分布式存儲技術HadoopHDFS，能夠滿足大數據量的存儲需求，其具有可擴展性、容錯性和高性能等特點，能夠有效地管理海量數據。為確保數據的安全性，采用數據備份技術RAID 陣列以及遠程備份等，可防止數據丟失，并建立完善的數據恢復機制，確保在數據損壞或丟失時能夠及時恢復。在該模塊中，數據接入層負責接收人防應急指揮系統產生的各種數據，包括實時數據、歷史數據等，同時需要對接收到的數據進行預處理，如數據清洗、格式轉換等，以確保數據的準確性和一致性。建立了高效的數據索引機制，以提高數據的檢索速度和準確性。采用Elasticsearch搜索引擎技術，為用戶提供全文搜索、模糊匹配等高級搜索功能。數據安全與備份恢復層負責數據的加密、解密、備份和恢復工作，采用AES等加密算法對數據進行加密處理，確保數據的安全性，并定期備份數據至遠程服務器或云存儲平臺，以防止數據丟失，而在數據損壞或丟失時，可通過備份數據進行快速恢復。

3.6資源調度與現場指揮模塊

資源調度子模塊主要負責收集、整理和分析各種資源信息，包括人員、物資、設備等，并根據應急響應的需求進行快速調配。在設計過程中建立和維護全面的資源庫，記錄各類資源的基本信息、數量、狀態及位置等，并根據突發事件的類型、規模和影響范圍，分析所需的資源類型和數量。基于資源需求分析和現有資源情況，制訂最優的資源調配策略，之后將調配策略轉化為具體的調配指令，通過系統發送給相關資源單位或個人。現場指揮子模塊主要負責為現場指揮人員提供實時的信息支持和決策輔助，以確保現場救援行動的有序進行。現場信息采集與傳輸利用北斗導航系統和其他傳感器技術，實時采集現場的環境信息、人員位置信息等，并通過無線通信網絡傳輸至指揮中心，采集到的現場信息將以圖形化或虛擬化的方式展示，幫助指揮人員全面了解現場情況，同時根據現場態勢和應急預案提供決策建議和方案，之后指揮人員可通過系統發布指令，并接收執行情況的實時反饋。

3.7安全管理模塊

采用基于角色的訪問控制（RBAC）策略進行用戶身份驗證與授權，為每個用戶分配相應的角色，每個角色對應不同的權限。用戶登錄時，通過用戶名和密碼進行身份驗證，驗證成功后根據用戶角色授予相應的訪問權限。采用對稱加密算法和非對稱加密算法對敏感數據進行加密處理。數據存儲前對數據進行加密操作，確保數據的安全性。當授權用戶需要訪問數據時，進行解密操作，加密和解密過程需要使用安全的密鑰管理機制，確保密鑰的安全性和可用性。利用安全檢測技術和入侵檢測系統（IDS/IPS）實時監測系統的安全狀態，一旦發現異常情況，如未授權訪問、數據泄漏等，立即觸發安全預警機制，通知管理員進行緊急處理。同時，啟動應急響應機制，采取必要的措施，包括封鎖異常IP、隔離被攻擊的系統等，以防止安全事件擴大。

4結束語

人防應急指揮系統設計具有重要的意義，是保障社會安全的關鍵所在，其中，北斗導航具有重要的作用，以其為核心設計與開發人防應急指揮系統，能夠有效提升系統運行效果，為突發事件處理提供支持。