基于穿戴型北斗终端的人员安全管理软件设计

朱贵冬，徐伟强，刘 鹏，马伟锋，郭浩雄

(广州海格星航信息科技有限公司，广东 广州 510663)



基于穿戴型北斗终端的人员安全管理软件设计

朱贵冬，徐伟强，刘 鹏，马伟锋，郭浩雄

(广州海格星航信息科技有限公司，广东 广州 510663)

针对野外人员定位和通信不便的问题，设计了一种在手机安卓系统上运行的人员安全管理软件。通过蓝牙应用层协议，实现与穿戴型北斗终端的人机交互，可监控终端工作状态和调整工作参数；通过接收终端的位置信息，实现北斗/GPS双模定位、电子/卫星地图导航、轨迹回放；利用终端的通信功能，实现基于北斗短报文的险情上报和应急指挥。应用结果表明，软件可满足艰险地区野外工作安全管理需要。

北斗卫星系统；蓝牙；定位；通信；地图导航；人员安全管理

0 引言

北斗卫星导航系统由我国自行研制，拥有完全自主知识产权，具有快速定位、双向通信和精密授时三大功能。短报文通信是北斗卫星导航系统所特有的功能[1-3]。北斗短报文通信具有全天候、无盲区的特点，能够弥补传统通信方式的不足，特别适合于开展态势监控、应急指挥、数据传输等应用[4-5]。近年来，初步形成了基于北斗的野外位置服务需求[6]，特别是在车辆监控管理方面[7-8]。

为加强野外工作安全，国家相关部门出台了一系列措施，并配备了电台、海事卫星电话等设备，但艰险地区事故发生率依然很高，其主要原因是没有较为低廉轻便的通信设备进行日常的安全管理。本文设计的人员安全管理软件能够通过蓝牙应用层协议实现与穿戴型北斗终端的人机交互，为野外工作人员提供基于北斗和GPS的定位手段，提供基于电子、卫星地图的导航手段，并支持基于北斗短报文的险情上报和应急指挥。软件已应用于国内边疆地区的野外地质调查、地质灾害应急救援、军事地质调查测量工作。

1 软件结构

软件由数据层、支撑层、应用层组成，如图1所示。

图1 4串锂电池充放电均衡电压曲线

数据层实现业务数据和地图数据的存储和管理。业务数据包括配置信息、轨迹、通信报文、通信录等数据，存入安卓操作系统自带的SQLite数据库。地图数据按索引组织，单独存放于手机存储卡指定文件夹内。

支撑层包括数据接收与处理、地图导航引擎等模块。数据接收与处理模块提供定位与通信数据的接收与发送功能，通过标准的安卓消息处理机制与应用层通信。地图导航引擎模块为实现界面、地图显示、路径规划、兴趣点查询等功能提供底层支持。

应用层提供人机交互界面，实现导航、定位、通信、设置等功能。

2 软件实现

2.1 数据层

地图数据量增长很快，同时需要将多种地图要素进行处理和显示，比如道路、兴趣点、水系、建筑物模型等。采用以下技术减少软件响应时间，提升用户体验。

(1)地图快速显示与存储技术

将地图的显示要素按照重要性的不同分层，最基础的要素为最底层，如地形、水系等；越高层的显示要素越详细，如兴趣点，道路等。当需要显示地图时，系统首先获取地图的显示比例尺和显示范围，再根据比例尺的大小判断需要的显示要素，根据显示范围从一层网格索引到二层网格，能快速地索引到所需数据，再将所需网格的数据解压缩，读取相应的显示要素并显示；把数据存储到显示缓存里。当再次需要显示地图时，直接从显示缓存里调用。

(2)基于权重的内存优化技术

通过制定信息权重规则(网格层次、比例尺大小等)对导航信息筛选整理，并利用无损压缩储存技术对地图信息处理储存，读取时可快速读取和高效显示所需的地图信息内容，实现低内存占用和快速响应。

2.2 支撑层

支撑层包括数据接收和处理、地图导航引擎2个模块。

(1)数据接收和处理模块

数据接收和处理模块包含蓝牙连接、数据收发、数据解析等3个子模块，采用独立于应用层模块的线程，收发蓝牙通信数据，并对数据进行协议解析，解析完毕后进行存储和分发。

蓝牙连接模块利用手机的蓝牙设备连接穿戴型北斗终端的蓝牙设备。蓝牙连接模块先搜索附近蓝牙设备，用手机蓝牙设备与其配对。配对成功后，开始连接。连接成功后，初始化数据收发模块。

数据收发模块监听蓝牙通信事件，将接收到的数据进行存储，并调用数据解析模块进行处理。在未检测到退出事件时，循环检测是否接收到新的数据。接收到新的数据后，判别是否收到有效数据，当接收到新的有效数据后，将数据存入解析缓冲区，并调用数据解析模块解析数据。与此同时，循环检测是否有需要发送的数据。当有新的数据需要发送时，取出数据进行发送。当检测到退出事件时，关闭蓝牙连接，退出线程。

数据解析模块实现数据的解包和打包。接收到新数据时，数据解析模块先寻找帧标志和帧头，将数据放入处理缓冲区，继续接收数据直至形成完整帧，之后逐字段解析；解析完成后再进入寻找新帧的流程。数据解析模块处理流程如图2所示。

图2 数据解析模块流程图

(2)地图导航引擎模块

地图导航引擎包括地图显示、导航、路径规划、兴趣点查询、地图标绘5个模块。

地图显示模块主要包括地图的放大、缩小、漫游、旋转、图层控制等功能，显示的数据种类主要包括卫星地图、导航电子地图，支持地图的放大、缩小、漫游、图层控制等功能。

导航模块根据指定的起始点、终止点、必经点等参数，自动进行路径规划，并可以进行道路导航。

路径规划模块根据用户输入起始点、终止点、必经点和规避点自动进行路径规划，并进行导航，当行驶线路与规划线路出现偏差时，自动进行重新规划。通过设计快速路径规划算法，以道路合并、双向升层等方法规划导航路径，结合实时路况信息以及系统缓存技术，能满足实时路况的快速计算以及个性规划最佳路径的需求。

兴趣点查询模块根据用户输入的查询条件和关键字，搜索目标，并可以直接定位到指定位置。

地图标绘模块提供地图上的绘点、线、面等绘制功能。

2.3 应用层

应用层包括通信、通信录、地图、设置4个模块。

(1) 通信模块

通信模块实现短报文收发、报文查询等功能。对已接收和保存的短报文信息，用户可按保存顺序、时间、发信地址等方式进行调阅。通信模块通过蓝牙通信从终端读取用户北斗通信等级和服务频度，确定用户报文的最大长度，利用先进先出队列进行服务频度管理。

通信模块的主要流程如图3所示。

图3 通信模块流程图

(2) 通信录模块

通信录模块可对通信地址进行添加、编辑和删除操作，可编辑接收方的地址信息。

(3) 地图模块

地图模块主要包括地图浏览、卫星地图与电子地图切换、地图定位、兴趣点搜索、历史轨迹查询、路线规划、导航等功能。地图浏览调用地图导航引擎显示、操作地图；地图导航引擎的底图可以在卫星与电子地图间切换；地图定位支持调整终端的工作模式，通过蓝牙接收终端位置信息，并匹配到电子地图，存储到数据库；兴趣点搜索调用地图导航引擎的接口完成搜索；历史轨迹查询查询地图定位中存储的位置信息，查看历史位置，并在地图上形成轨迹；路线规划将规划参数传入地图导航引擎，给出从出发地点到目的地点的路径；导航模块将参数传入地图导航引擎，给出导航提示。

(4) 设置模块

设置模块主要包括状态显示、连接断开、自动重连、指挥中心卡号设置、查询北斗信号状态、连接北斗终端、提示音设置、转换工作模式等功能。

2.4 交互协议

人员安全管理软件采用蓝牙通信模块与穿戴型北斗终端进行交互，其协议格式如表1所示。

表1 与终端的交互协议格式

部分预置的交互指令如表2所示。

表2 与终端的部分预置交互指令

2.5 用户界面

短报文通信和地图导航界面是人员安全管理软件的两类主要界面，其效果如图4、图5所示。

图4 短报文通信页面程图

图5 地图导航界面图

3 结论

本文设计的人员安全管理软件可在带蓝牙功能的安卓手机上运行，通过与穿戴型北斗终端进行人机交互，实现北斗/GPS双模定位、北斗短报文通信、电子/卫星地图导航功能。该软件已在西藏、新疆、青海、内蒙古、黑龙江、云南等二十多个省市的野外工作中得到了应用，执行了地质调查、地质灾害应急救援、军事地质调查测量等多项任务，功能和性能指标满足野外使用要求。

下一步将继续丰富地图导航特性，扩展业务功能，满足不同地区、不同行业的应用需求。

[1] 谭述森. 北斗卫星导航系统的发展与思考[J]. 宇航学报, 2008, 29(2):391-396.

[2] 杨元喜. 北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J]. 测绘学报, 2010, 39(1):1-6.

[3] 中国卫星导航系统管理办公室. 北斗卫星导航系统发展报告(2.2版)[R]. 2013.

[4] 刘云龙,朱贵冬. 一种基于北斗的指挥监控系统设计[J]. 无线通信技术, 2016, 25(3):16-19.

[5] 刘云龙,朱贵冬. 移动应急指挥调度系统设计[J]. 无线通信技术, 2016,25(2):20-23.

[6] 温静,汪大明,孟月玥,等. 北斗卫星导航系统在地质调查领域应用综述[J]. 地质力学学报, 2012, 18(3):213-223.

[7] 徐文博,赵利,黄书婷,等. 北斗通信与导航一体化车载智能网络终端的开发[J].微型机与应用, 2016, 35(16):34-37.

[8] 于龙洋,王鑫,李署坚. 基于北斗短报文的定位数据压缩和可靠传输[J].电子技术应用,2012,38(11):108-111.

Design of personnel safety management software based on wearable Beidou terminal

Zhu Guidong, Xu Weiqiang, Liu Peng, Ma Weifeng, Guo Haoxiong

(Guangzhou Haige Xinghang Information Technology Company, Guangzhou 510663, China)

Aiming at the problem of positioning and communication of field surveys, a personnel safety management software is designed. It communicates with wearable Beidou terminal by application layer Bluetooth protocols. It implements the functions of terminal monitoring and parameter adjustment. It also supports positioning, electronic/satellite map navigation, trajectory playback, emergency command and danger report by the terminal’s Beidou/GPS positioning and Beidou short message module. The application in field surveys indicates that it can fulfill the mission in the dangerous area.

Beidou satellite system; Bluetooth; positioning; communication; map navigation; personnel safety management

TP302.1

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.14.029

朱贵冬，徐伟强，刘鹏，等.基于穿戴型北斗终端的人员安全管理软件设计[J].微型机与应用，2017,36(14)：95-97.

2010-12-27)

朱贵冬(1975-)，男，博士，主要研究方向：北斗导航和通信、软件技术。

徐伟强(1984-)，男，本科，主要研究方向：嵌入式系统。

刘鹏(1985-)，男，本科，主要研究方向：地理信息系统。