北斗定位与WebGIS技术在指挥监控系统中的应用

陈 涛，邢光成，聂小波

（1.湖省测绘成果档案馆，湖武汉 430074；2.湖省基础地理信息中心，湖武汉 430074）

北斗定位与WebGIS技术在指挥监控系统中的应用

陈 涛1，邢光成1，聂小波2

利用北斗卫星导航定位技术，结合WebGIS技术与B/S模式，提升在公共安全领域远程指挥和监控平台建设方面的数字化、信息安全保障水平，实现北斗卫星定位与数字湖北地理空间框架建设电子地图成果的融合与应用。

北斗；WebGIS；B/S；数字湖北

为适应现代信息技术飞速发展的现状，尤其是我国自主研制的北斗卫星导航系统逐步运用到国家安全和公共安全领域，公安和武警部门正加速其指挥系统的升级改造进程。基于北斗定位技术和WebGIS相关技术[1]，搭建以北斗卫星定位、远程监控指挥和短报文通信为主体，利用电子地图作为辅助的监控平台为实现系统升级提供了保障。在充分利用数字湖北地理空间框架建设成果的基础上，依托北斗定位系统对北斗终端移动或固定用户进行监控和通信，并通过电子地图来定位和查询。

通过调用数字湖北地图瓦片数据，实现监控指挥的图形化操作，借助GIS技术与北斗定位技术打造集信息化管理、地图定位和后台维护管理等综合性信息监控平台,所涉及地图瓦片数据均部署于管理部门的涉密内网或局域网内，保障其数据的安全可靠。

1 关键技术运用

1.1 北斗定位技术

由于北斗定位系统具备保密性和抗干扰性强等特点[3]，利用其独有的双向通信功能实现监控平台收发短信指令，在Web页面中，展示各个终端用户的运行轨迹，并提供历史轨迹和短信查询功能。

承载本系统与北斗卫星相连接的平台是北斗一号指挥型用户机及其终端设备，它不但能够定位和双向通信，还可实时监控下属用户的定位和通信信息，利用短信的通播、群发等功能实现对下属用户的指挥和控制，便于集团用户指挥调度组网使用。现有北斗一号指挥机适应固定指挥所、移动指挥所、车辆和船舶等，便于远程监控和指挥。

经过评估与计算，北斗卫星导航定位系统用户的定位申请通过无线电信号经卫星与地面的相互联络，整个定位时间约在1 s，因此对于以车辆、船舶为主的用户来说比较适宜。

1.2 北斗通信接口技术

北斗卫星导航系统具备短报文通信服务，可以使用户与中心控制系统、用户终端之间进行数据通信[4]。在该系统下运行的北斗一号[5]指挥机配置的是RS232接口，该接口程序通过RS232串行接口，用一对传输线与北斗指挥型用户机连接，实现接口程序与指挥机之间的数据接收、发送、存储。

该接口程序成功打开串口后，主动发指令查询与指挥机相关的信息（如指挥机的本机ID、通播ID、指挥机下属用户机数量及所有下属用户机ID），为指挥机与下属用户机及下属用户机之间的信息收发做好必要的准备；接口程序采用多线程监听串口是否读取到数据，若有新数据到达，会触发EVENT事件通知线程去读取新数据，并进行解析、存储等操作；数据发送也采用线程处理，当有指令或信息需发送时，EVENT事件通知数据发送线程，线程调用相应的处理函数，从而实现数据的发送。

1.3 WebGIS技术

生命体征监测设备通过调用Bluetooth 接口，获取自带的蓝牙适配器，并开启蓝牙功能。通过调用蓝牙设备搜索接口函数，对周边的蓝牙设备终端进行扫描，当搜索到匹配的蓝牙适配器时，则进行设备注册、建立连接并停止扫描，至此蓝牙扫描工作完成。扫描并匹配成功的设备名称和设备MAC 地址将分别储存在蓝牙搜索的公有成员变量中，当扫描结束后，会向生命体征监测设备蓝牙适配器发送一个类型为0x01 的句柄消息。同时handleMessage 接口函数也会收到类型为0x01 的消息，扫描程序通过设备遍历对周边的设备进行逐个匹配直到找到符合要求的蓝牙终端设备。

WebGIS技术主要是地图瓦片技术，传统的WebGIS是实时请求地图服务器传输地图的，反映了地图的现时性；而基于地图瓦片服务框架首先预生成规矩的瓦片地图存储于硬盘目录下，地图以链接图片的方式快速定制。地图瓦片显示比例因子控制在7～14 级。操作地图滑竿显示更大比例尺地图时，图片的数量发生裂变。2种模式在请求及响应的速度方面有明显的差异，基于地图瓦片服务框架的响应速度要快于传统的WebGIS，同时对地图服务器的负载也相应小一些。在构建好瓦片地图图片库之后，基于地图瓦片服务框架可以脱离GIS平台，通过现有的互联网技术实现空间位置服务。整个系统是基于ASP.NET技术并结合Microsoft Silverlight插件的WebGIS开发，使得整个系统具有并发能力强、易于实现、方便移植等特征[6]。

2 系统设计

为加快自身信息化建设步伐，提升工作效率以及信息安全水平，北斗定位指挥系统在公安、卫生、交通等部门正越来越多地被利用，其系统设计主要包括3个方面：系统架构设计、数据库设计和系统功能设计。

2.1 系统架构

北斗定位指挥系统是利用北斗卫星导航系统的通信链路和服务，基于北斗一号指挥机的指挥、调度系统。根据硬件的特性，数据的采集和发送（用户机位置信息的接收、短信息的收发）采用串口通信的方式，用户的指挥、调度、查看采用B/S模式，方便用户的使用。其结构如图1所示。

图1 北斗定位指挥系统架构图

2.2 数据库设计

北斗定位指挥系统数据源主要来自2个部分，包括北斗定位信息数据和全省地图瓦片数据。北斗定位信息数据包括定位信息、轨迹信息、短信信息和设备信息等；全省地图瓦片数据来自“数字湖北地理空间框架建设”1︰25万和1︰5万公众版电子地图瓦片数据。北斗定位指挥系统数据库主要包括2个部分：基础数据库和专题数据库，整个数据库建设将围绕以上2个部分进行构建，其组织结构如图2所示。

图2 北斗定位指挥系统数据库结构图

2.3 系统功能设计

针对北斗一号用户机终端的数据特点，开展接口信息解析关键技术研究，在总体设计的基础上，开发北斗定位服务系统服务端监控子系统及B/S前台定位指挥子系统。主要功能模块包括数据解析、信息入库、地图浏览、地名查询、终端定位、轨迹回放、短信收发等功能。

3 系统应用实例

为加快提升公共安全部门的指挥能力,解决远程指挥调度的需要,开展北斗定位指挥系统的开发,依据系统体系结构的分析，结合其多层框架结构的设计和功能划分，将系统主要分为3个模块：Web界面展示模块、地图服务模块、北斗信息收发模块和后台维护模块。

3.1 Web界面展示

本系统Web界面分为地图和后台管理2个部分，系统主页面需要通过用户认证方可登录显示，其系统主页面如图3所示。

图3 北斗定位指挥系统主界面（审图号：GS（2011）1111号）

3.2 地图服务

地图服务模块主要是针对地图浏览、坐标定位及轨迹查询等服务，其中坐标定位主要通过地图定位和坐标显示来实时显示北斗终端移动车辆的位置，坐标信息是由客户端传送至北斗指挥机，通过北斗指挥机接口读取到系统中得以展示其准确位置，便于指挥部远程指挥。

而轨迹查询则依托北斗一号指挥机所接收到的一连串坐标信息，通过地图显示轨迹的变化，如图4所示。

图4 北斗终端设备运行轨迹显示图

3.3 北斗信息收发

作为本系统的核心功能模块，北斗信息收发主要涉及车辆信息、短信信息、轨迹信息、地物信息、北斗终端机在线情况列表和信号监控6个部分，其功能界面如图5所示。

图5 北斗定位指挥系统信息查询界面

短信发送依据收发用户的数量分为点名通信、组播通信和通播通信，常用的如组播通信可以选择2个以上的用户进行通信，如图6所示。

图6 北斗定位指挥系统短信发送界面

信号监控主要是针对北斗一号指挥机信号接收设备运行状态的监控，设置一定的响应频率，通过柱状图显示其运行状态，如图7所示。

图7 北斗一号指挥机主机信号状态图

3.4 后台维护

本系统后台维护模块主要是针对车辆信息、短信模板、用户管理和地物管理等模块进行管理和维护，其界面如图8所示。

图8 北斗定位指挥系统后台维护界面

4 结 语

将北斗卫星定位与GIS技术应用到公共安全信息化管理中，已成为当前北斗卫星定位技术的发展趋势。现代GIS技术与现势性较高的电子地图数据相结合，为北斗卫星定位技术的全面深化应用提供了坚实的基础。通过不断挖掘电子地图数据的价值和潜力，将北斗卫星定位导航技术的社会化应用逐步推向民用市场[4]，从而带动GIS信息产业的又一次升级改造。

[1] 刘雅娟.北斗三星无源定位技术[J].无线电工程,2006,36(2)：36-39

[2] 杨震.GPS定位网[J].无线电工程,2004,34(9)：63-65

[3] 王青,吴一红.北斗系统在基于位置服务中的应用[J].卫星与网络,2010(4)：40-41

[4] 陈新保.北斗卫星导航系统民用市场建设的思考[J].中国航天,2010(1)：17-20

[5] 张之孔,马怀武,张海波.基于“北斗一号”的地图匹配可行性与方法探究[J].地理空间信息,2011,9(4) ：22-24

[6] 张胜,康志伟.基于.NET技术的WebGIS系统的设计与实现[J].计算机工程,2006(15)：106-108

[7] 董婧,郭建文,冯敏.NET环境下基于Mapobjects组件的WebGIS应用研究[J].遥感技术与应用,2007,22(5)：668-672

P208

B

1672-4623（2016）08-0047-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.016

陈涛，工程师，主要从事地理信息与档案管理工作。

2016-01-26。