北斗定位終端與PGIS的接入設(shè)計(jì)

林永宏 曾濤

隨著北斗定位終端應(yīng)用的日益廣泛，終端與各類系統(tǒng)地接入設(shè)計(jì)越來越重要，文章通過北斗定位終端與警用地理信息系統(tǒng)（ PGIS）的接入設(shè)計(jì)，基于UDP協(xié)議結(jié)合內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)、前置內(nèi)置服務(wù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了北斗終端在公安系統(tǒng)的安全接入和應(yīng)用，該方案對(duì)于定位終端與信息系統(tǒng)的接入設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】北斗定位終端 PGIS

1 引言

目前，各地公安機(jī)關(guān)己建成的PGIS（警用地理信息系統(tǒng)）的定位信息是基于美國的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，公安終端使用美國GPS安全隱患大，其次，極端應(yīng)急下通信需要保障;北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主發(fā)展的、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不具備的功能短報(bào)文功能，能夠?qū)崿F(xiàn)終端和北斗衛(wèi)星或北斗地面服務(wù)站之間通過衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行雙向的信息傳遞，構(gòu)建北斗應(yīng)急通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)位置、狀態(tài)、應(yīng)急信息和告警等數(shù)據(jù)信息的傳輸，在應(yīng)急情況下保障數(shù)據(jù)信息的正常傳輸和通信能力。因此，公安部己將北斗應(yīng)用列入了“十三五”規(guī)劃，力爭在“十三五”期間實(shí)現(xiàn)警用車輛衛(wèi)星定位終端配備率達(dá)100%。對(duì)此，本文結(jié)合PGIS平臺(tái)與北斗定位終端的接入，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)、前置內(nèi)置服務(wù)架構(gòu)與TCP/UDP報(bào)文接口的接入方案，具有一定的借鑒意義。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的公共維穩(wěn)綜合應(yīng)用系統(tǒng)采用省市（州、消防總隊(duì)）兩級(jí)部署，各級(jí)系統(tǒng)分別利用本級(jí)的邊界設(shè)備接入本級(jí)的GPS、北斗等定位終端，其它定位應(yīng)用系統(tǒng)可以通過本內(nèi)外兩種方式與本級(jí)基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的公共安全維穩(wěn)綜合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)接。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與后臺(tái)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)、多應(yīng)用系統(tǒng)的充分融合、通訊網(wǎng)絡(luò)的多種支持以及自導(dǎo)航功能的充分結(jié)合。省市（州、消防總隊(duì)）兩級(jí)通過公安網(wǎng)進(jìn)行直接對(duì)接，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)平臺(tái)互聯(lián)互通。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如示意圖1所示。

2.2 多級(jí)分層的體系架構(gòu)

指揮調(diào)度平臺(tái)的總體架構(gòu)是一個(gè)多級(jí)的分層結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格按照公安業(yè)務(wù)相關(guān)要求設(shè)計(jì)，遵循“分層治理、松耦合、高實(shí)時(shí)”的原則，體系架構(gòu)分為：

（1）基礎(chǔ)層：平臺(tái)搭建依托于公安的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，保證的數(shù)據(jù)和指令的互聯(lián)互通。

（2）設(shè)備層：各類硬件終端對(duì)接。

（3）共享交換層：各類數(shù)據(jù)級(jí)接口。

（4）數(shù)據(jù)中心：多個(gè)數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)訪問接口。

（5）支撐層：PGIS平臺(tái)、實(shí)時(shí)定位消息分發(fā)平臺(tái)、安全邊界接入平臺(tái)。

（6）應(yīng)用系統(tǒng)層：不同用戶的業(yè)務(wù)含監(jiān)控、指揮、預(yù)警管控。

作為支撐層最重要的平臺(tái)之一：PGIS平臺(tái)引入可視化地圖，實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度的可視化;PGIS平臺(tái)軟件由公安部統(tǒng)一組織開發(fā)，是根據(jù)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，具有部、省、市多級(jí)分布式部署特征的大型空間信息平臺(tái)軟件。

3 北斗定位終端接入設(shè)計(jì)

3.1 內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)及前置實(shí)時(shí)消息服務(wù)的設(shè)計(jì)

無論是北斗差分定位系統(tǒng)由差分基準(zhǔn)站傳送的修正數(shù)據(jù)，還是北斗二代芯片接收頻點(diǎn)信號(hào)輸出原始觀測量至主控CPU再進(jìn)一步進(jìn)行坐標(biāo)解算出位置、速度和時(shí)間等信息，都需要通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)＞W(wǎng)傳輸?shù)街笓]控制中心進(jìn)行調(diào)度，實(shí)時(shí)消息服務(wù)就是將傳統(tǒng)的終端協(xié)議轉(zhuǎn)換成為統(tǒng)一的報(bào)文格式，實(shí)現(xiàn)北斗等定位終端的接入。接入示意如圖2所示。

前置實(shí)時(shí)消息服務(wù)主要受理互聯(lián)網(wǎng)/專網(wǎng)上的GPS、北斗等定位終端以及其它定位平臺(tái)的定位信息，服務(wù)支持通過SOCKET協(xié)議方式建立連接，使用UDP/TCP協(xié)議接發(fā)送報(bào)文信息，前置實(shí)時(shí)消息服務(wù)與各終端、平臺(tái)連接獨(dú)立線程，前置實(shí)時(shí)消息服務(wù)器支持將目前傳統(tǒng)的GPS、北斗等定位終端協(xié)議轉(zhuǎn)成統(tǒng)一的報(bào)文格，將使與其它定位平臺(tái)實(shí)時(shí)消息協(xié)議保持一致，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一天的緩存，保證在轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)消息服務(wù)過程中出現(xiàn)異常情況下一天內(nèi)的數(shù)據(jù)不丟失，恢復(fù)后可對(duì)緩存繼續(xù)傳輸。

內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)消息服務(wù)主要受理前置實(shí)時(shí)消息服務(wù)、內(nèi)網(wǎng)中其它定位平臺(tái)的定位信息，并提供統(tǒng)一的對(duì)外服務(wù)，在收到報(bào)文信息解析后將數(shù)據(jù)存入歷史表中，同時(shí)在收到定位信息是將終端狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)至全省定位終端狀態(tài)信息服務(wù)，其中狀態(tài)信息分別為在線情況（在線、離線）和待命信息（待命、出動(dòng)）兩種，內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)消息服務(wù)主要采用UPD/TCP協(xié)議接發(fā)送報(bào)文信息。公安內(nèi)網(wǎng)實(shí)時(shí)消息服務(wù)與前置實(shí)時(shí)消息服務(wù)基本一致，主要解析公安內(nèi)網(wǎng)的定位終端、其它定位平臺(tái)。

3.2 接入設(shè)計(jì)中統(tǒng)一的報(bào)文格式

基于PGIS平臺(tái)開展實(shí)時(shí)消息應(yīng)用，前置實(shí)時(shí)消息服務(wù)器通過“實(shí)時(shí)消息轉(zhuǎn)換服務(wù)”將北斗等定位終端協(xié)議轉(zhuǎn)成統(tǒng)一的報(bào)文格式，將使與其它定位平臺(tái)實(shí)時(shí)消息協(xié)議保持一致。

報(bào)文信息主要包括：訂閱信息、實(shí)時(shí)定位信息（定位設(shè)備編號(hào)、經(jīng)度、緯度、速度、方向、高程、時(shí)間）、實(shí)時(shí)狀態(tài)信息、調(diào)動(dòng)信息等，信息總格式如圖3所示。

包頭、包尾：指數(shù)據(jù)的幀邊界，包頭占用長度1字節(jié)，包尾占用長度1字節(jié)，其中本報(bào)文中的包頭固定為：OxAA，主要是用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)中的開始，同時(shí)丟掉接入的數(shù)據(jù)。主信令：用于指定當(dāng)前的報(bào)文信息目的占用1字節(jié)。包長：指包體的長度，從包長字節(jié)位置后的第一字節(jié)開始直到包尾的長度占用2字節(jié)，總長度不超過1018，如超過請(qǐng)發(fā)多個(gè)包。包體：報(bào)文信息的內(nèi)容。檢驗(yàn)：指從數(shù)據(jù)包的包頭開始，同后一字節(jié)異或，直到校驗(yàn)前一字節(jié)，占用1字節(jié)。

3.3 接入通信數(shù)據(jù)包的設(shè)計(jì)

3.3.1 接口類型和參數(shù)

接口類型：SOCKET協(xié)議，參數(shù)見如表1、2、3所示：通信數(shù)據(jù)包的參數(shù)設(shè)計(jì)表、包頭定義及定位數(shù)據(jù)包體表。

其中包體長度只包括“數(shù)據(jù)體長度”，不包括“包頭”和“包尾部分”。

設(shè)備實(shí)時(shí)定位信息提取，主要是將接收的定位設(shè)備報(bào)文信息進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，包括【定位設(shè)備編號(hào)】【經(jīng)度】【緯度】【速度】【方向】【高程】【星數(shù)】【時(shí)間】，并以最新的一條數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，作為實(shí)時(shí)信息。

3.3.2 UDP協(xié)議消息接入的編寫

Void SendDataO//功能：向服務(wù)器發(fā)送定位報(bào)文數(shù)據(jù)

3.4 測試結(jié)果

我們建立500個(gè)終端加載后的并發(fā)響應(yīng)接入測試，通過北斗終端50、100、200、300個(gè)用戶的并發(fā)接入測試其系統(tǒng)整體響應(yīng)時(shí)間，測試結(jié)果如表4所示。數(shù)據(jù)分析結(jié)合對(duì)省級(jí)、市級(jí)及其所轄地級(jí)市的實(shí)際使用情況看，3秒可以完成大部分定位、調(diào)度和越界報(bào)警等接入功能。

4 結(jié)語

通過北斗導(dǎo)航定位終端在警用信息系統(tǒng)的接入設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)和完善了反應(yīng)快速、打防精確的指揮決策體系，北斗終端與PGIS的接入報(bào)文設(shè)計(jì)有效地支撐了整個(gè)調(diào)度系統(tǒng)的完備性，項(xiàng)目實(shí)踐結(jié)果說明利用UDP協(xié)議，結(jié)合接入架構(gòu)的內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)、前置內(nèi)置服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)可以保障公安綜合指揮系統(tǒng)的安全營運(yùn)。

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