基于物联网的广电设备实时定位跟踪系统设计

何金道

（浙江广播电视集团，浙江 杭州 310015）

0 引 言

摄像机、镜头、录音机、三脚架等广电专业设备是广播电视台用于节目前期制作的重要生产工具和重要固定资产。它们的申请、领用，也是各级广播电视台技术部门的日常管理工作之一。随着5G通信、物联网等新技术的飞速发展和媒体融合不断向纵深推进，基于融媒体技术平台的应用对这些专用设备进行智慧化、无人化管理的技术日益成熟。

为此，丽水市广播电视总台设计开发了基于融媒体技术平台的广电设备申请领用“无人超市”管理系统。为加强广电设备出库后外出采访的管理，设计了一套智能定位跟踪系统，以实现设备外出实时定位、设备移动轨迹跟踪和设备异常状态告警等功能，从而切实提升广电专业设备的综合管理水平[1]。

1 系统整体架构

智能定位跟踪系统由服务器、定位器、管理终端及用户终端等四部分组成。定位器定时发送定位信息给服务器，并从服务器接收设置命令、确认设备工作状态。管理终端可查询各定位器，可查询单定位器在地图上的位置，也可以汇总所有定位器信息在报表中查看。管理员还可以通过管理终端向定位器发送指令。系统用户可查看手机上用户终端推送的信息，结合定位器指示灯的状态，获知当前定位情况。系统整体架构如图1所示。

图1 系统整体架构图

2 硬件设计

定位器内置可充电电池，电量、定位等数据的上报频率可调节，可通过磁吸的连接方式充电补能，电量充满需1.5 h左右，续航能力最高可达5天。定位器预留固定卡口，可采用一次性绑带与摄像机等设备连接，避免用户随意取下定位器，保证设备定位数据的真实性。定位器硬件结构如图2所示。

图2 定位系统硬件结构图

2.1 定位模块

为使定位更加精准，定位器采用多模块组合、智能选择的方式进行定位。定位模块嵌入北斗、GPS双星定位、基站定位、WiFi定位，以智能选择定位的方式回传所在地理位置的经纬度信息。

北斗、GPS双星定位，可在无网络信号时快速、精确定位地理位置，并将定位信息以RS-485接口和Modbus协议的方式提供给用户使用。基站定位是通过搜索周围的通信运营商的基站信息获取定位器的位置信息，只能在运营商基站信号覆盖的区域使用。WiFi定位则是通过定位器搜索附近的WiFi，通过WiFi物理地址与高德地图信息绑定后进行定位，一般应用于室内。

2.2 高续航设计

新闻记者外出采访时，一般只需要携带摄像机、单反照相机等设备1到2日，但专题记者外出时间可能会持续3至5日甚至更久。由于定位器容积的限制，最大只能搭载600 mAh的锂电池，无法确保长时间续航。为此，设计了低频心跳和自定义心跳数据传输模式。

经测试，定位模块心跳默认值设置为每次6 s时，在充满电的情况下设备可正常使用5天以上，基本满足了续航时间要求。系统还可以指定单个定位器发送心跳的频次，以根据不同的定位应用场景进行设置。

2.3 报警提醒

系统设计了定位器报警提醒机制，分为电量预警、强拆报警等功能。当设备电量过低，提示灯将呈现红色，对用户进行提醒，电量从高到低依次为4到1颗红灯闪烁提示。设计了拆卸锁，管理员可通过后台查看设备拆卸状况，若存在设备异常拆卸情况，可以短信通知的形式发送至设备用户和管理员，提醒其及时处理异常。

3 系统软件设计

定位系统软件使用前后端分离技术，以组件化的形式进行开发，实现高内聚、低耦合。各功能模块之间通过接口进行数据互连，将所有的业务逻辑编写为接口请求的形式进行数据通信。用户终端手机应用可查看报警信息、设备信息及消息通知等，以及时了解并反馈信息给系统管理员。系统管理员可通过PC管理终端后台管理页面查看设备信息、用户绑定信息以及设备使用情况等，如图3所示。

图3 定位系统软件功能结构

3.1 前端应用设计

前端应用使用VUE2.0架构设计，与服务端的数据交互使用HTTP、WebSocket技术[2]。对于普通业务，使用HTTP协议对服务端发送请求、获取数据；对于实时推送的数据，使用WebSocket协议与服务端进行长链接的数据交互。

3.1.1 用户交互

定位系统设计了安全验证模块，用户登录时需要提交手机号码获取验证码登录，经后台校验成功方可登陆系统。每个用户登陆后拥有唯一的Token令牌，为避免重复登录和安全性考虑，Token令牌过期时间为24 h。前台用户和后台管理用户都通过角色进行身份验证，验证合法性后才能进行后续操作。用户的每一次数据请求附带令牌，经后台验证后返回。

3.1.2 设备绑定

系统设计了唯一广电设备标签和唯一定位设备标签，通过粘贴标签并扫描标签二维码的形式将设备信息录入至系统。将广电设备标签和定位设备标签两者进行绑定，以广电设备标签和定位设备标签共同组成表内主键，两者一一对应。

打通丽水市广播电视总台用户系统，调取用户系统中有领用广电设备需求及权限的用户信息。用户领用广电设备时，系统将设备信息与用户信息相绑定，信息存储至设备出库表中。用户与广电设备之间为一对多绑定形式，即一个用户可以领用多个或多种设备。

3.1.3 电子围栏

系统设计了定位电子围栏，通过预置广电专业设备使用范围，根据实时回传定位信息进行判定。系统根据用户预先设置的采访拍摄地点，默认设置拍摄范围，也可设置扩大范围。按照定位设备回传的定位信息进行判定是否超出范围，对超出范围的用户及时发送短信通知用户和管理员，管理员接收到通知后及时确认反馈信息，并对信息做出处置。

3.2 后端接口设计

后端基于Java spring boot进行垂直应用架构，接口采用RESTful API规范开发设计[3]。设定接口调用频次限制、令牌人证交互等方式，确保用户调用接口的安全性和准确性，规范接口访问。

3.2.1 权限管理

系统引用Autho 2.0授权机制，向用户颁发token令牌。用户携带令牌头信息进行指定权限内数据交互[4]。通过阿里云短信验证码接口进行用户认证。认证通过后，后台发放令牌给用户。用户的每一次数据交互都会携带令牌，服务端根据令牌对用户权限进行认证，返回权限范围内的信息内容。当信息不匹配的时候，返回拒绝访问信息。对于多次违法访问的行为，系统将采取禁封IP等措施。

3.2.2 信息推送

系统设计了报警信息推送接口。该接口分为主动推送和被动推送两种。主动推送为系统管理员在用户后台进行手动消息推送。管理员选定推送模板后，可向指定的一个或多个用户推送短信消息。被动机制为用户触发电子报警预设条件后，将信息以阿里云短信的形式发送至用户手机，提醒用户及时处理问题。

3.2.3 数据传输

系统设计了主备数据传输机制，定位器在无网络的情况下仍能工作。在定位设备能链接网络的时候，设备每1 min与服务器进行一次数据交互，服务器返回确认信息给设备。当设备发出的数据交互请求未收到服务器确认信息时，将定位信息与发送信息的时间戳存储至设备本地数据库，待网络能够联通后将本地数据库中的数据一并推送至服务器进行存储。

3.2.4 定位纠偏算法

为解决定位偏离、回传定位信息异常等情况，系统加入了定位纠偏算法，保证定位的准确性[5]。定位器可能存在采样频率低、误差大、信号丢失等问题，导致路径匹配的不准确。因此，对回传的GPS信息进行路径匹对，过滤超出范围路径的坐标点，加入路径匹对权重，提升定位准确性。

4 结 语

丽水市广播电视总台广电设备实时定位跟踪系统的建成使用，使前期制作设备的管理更加安全、规范。实时定位、电子围栏以及消息提醒等功能，解决了设备滥用、私用、不及时归还等问题，有效提高了设备利用率。据统计，当前设备周转率提升达30%以上。