基于北斗导航系统的移动报警应急系统设计

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基于北斗导航系统的移动报警应急系统设计
严安 ，徐灏 ，鄢博 ，郑逸璇
(1．武汉大学遥感信息工程学院，武汉430072； 2．武汉大学资源与环境科学学院，武汉430072)
摘要：为了拓展北斗导航系统的应用领域，发挥其在民用方面的巨大潜力与潜在商用价值，使其逐渐成
为世界主流的导航系统，提出北斗二代导航系统在移动终端基础上的公共安全领域的应用设想．采用SQLServer
2008数据库，以TD．SCDMA的3G网络作为主要无线通信链路，组成一个小型移动应急平台．基于小型移动应
急平台的总体结构，给出了具有北斗导航功能的基于Android操作系统的手机终端以及基于Windows XP操作
系统的服务器端的详细设计．
关键词：北斗导航系统；移动应急终端；Android操作系统；一键报警
中图分类号：P228．1；TP31 文献标志码：A DOI：10．3969／i．issn．1673．8691．2011．03．017
近年来，城市化进程不断加快，公共安全问题
日益突出，遭遇紧急情况的人员实时发出报警，公
共管理部门迅速定位做出及时反应成为公共安全
管理的一个亟待改进的突出难题．随着3G智能手
机的普及与北斗卫星定位技术的迅速发展，构建
以基于智能手机与北斗导航系统的移动报警多功
能应急系统可以满足处置突发事件、保障群众人
身财产安全的需要．目前，我国正在实施的北斗卫
星导航系统建设，2012年左右系统将首先具备覆
盖亚太地区的定位、导航以及通信服务能力；2020
年左右将建成覆盖全球_l J的导航系统．与目前市场
上民用比较普遍的GPS相比，北斗卫星导航具有
精度更高、卫星信号更强、功能更丰富及自主知识
产权等特点，是导航应用发展的趋势．选择Android
操作系统作为北斗导航系统终端软件，具有良好
的市场适应性．本文构建以基于Android智能手机
与北斗导航系统的移动报警多功能应急系统，提
供一键报警、定位、跟踪和导航功能，实现对突发
事故的实时应急响应，是北斗导航系统在民用领
域的创新，具有广阔的应用前景．
1 设计方案
1．1 小型移动应急平台的总体结构
平台采用C／S架构，客户端是用户具有北斗导
航功能的Android系统智能手机，服务器端是应急
处理中心的服务器，客户端以Android作为操作系
统平台，Java作为开发工具．服务器端以WindowsXP
作为操作系统平台，开发工具为Java和MapX5．0．平
台的体系结构和软件结构如图1、图2所示．
收稿日期：2011-04—06
作者简介：严安(1990-)，女，本科生，主要从事遥感科学与技术研究
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214 空军雷达学院学报 2011年
系统将智能手机录音、摄像、短信等功能与北
斗卫星导航无源定位功能相结合，配合相应的软
件驱动，实现定位和跟踪、导航、一键报警等功能，
满足有关应急平台数据库的远程加载和调用的要
求，能够通过公众网络与手机应急平台联通，并实
时将定位的参数传输到服务器管理平台，方便管
理人员对报警手机进行实时监控与跟踪，保障目
标用户的安全．此外，GoogleMap配合北斗卫星模
块的使用，不仅能为用户提供多种地图服务，还能
实现自我定位功能．
1．2 Android手机终端设计
设计的实现思路是在Android智能手机上开
发1个北斗导航应用程序，通过北斗卫星导航模
块提供位置信息，Google Map提供地图服务，TD．
SCDMA模块实现客户端与服务端数据传输．客户
端导航系统设计 如图3所示．
3 客户端导航系统设计
1)模块设计
手机客户端包括：系统管理、应急处理、地图
服务、一键报警4个模块，各模块功能如下：
系统管理模块：管理机主信息，对整个应急系
统进行参数的设置．
应急处理模块：对于突发性事件的信息进行
管理，用智能手机的照相、摄像、录音等功能采集
必要的现场信息，并打包上传给应急中心．
地图显示处理模块：用户能对地图进行简单
的GIS操作，能通过实时更新的卫星地图直观地
接收到丰富的地图信息，方便用户进行查询，并且
能实现自我定位功能．
一键报警模块：用户注册后，可以在手机桌面
上生成“一键报警”快捷方式．在紧急情况下，用户
只需点击快捷键，就能将位置信息通过3G网络发
送至服务器端，以便应急中心决策人员进行监控、
跟踪、调度警车，从而实现其快捷、隐蔽的报警¨2]．
2)主界面设计
系统开始运行后，便直接进入了系统的主界
面，该界面包含系统管理、应急处理、地图服务、一
键报警、更新等5个菜单选项，如图4所示
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图4 主界面设计
3)TD—SCDMA通信
手机用户端的定位信息与需要上传的多媒体
信息需要安全、迅速的传送到应急处理中心，以便
警务人员及时的分析和处理．为了实现远程无线
数据传输，本系统采用3G网络作为无线通信链路．
作为3G通信的三大主流无线接口标准之一，
TD—SCDMA是第1个由中国提出的、以中国知识
产权为主的无线通信国际标准．它采用时分双工
模式，在传输速率上有压倒性优势．尤其是在采集
犯罪现场视频的紧急情况下，TD．SCDMA更适合
及时、通畅地上传视频等数据量较大的信息．因此
TD．SCDMA被选作本系统客户端与服务器之间的
通信链路 ．
1．3 应急控制中心设计
服务器端，即应急中心的PC机，主要包含3个
核心功能：① 监测监控模块：监控当前在现场的移
动应急终端的状态、位置、可连接性．② 信息管理
模块：设置系统用户的基本信息，设置系统的基本
参数．浏览已经发生事件的基本信息，包括文字信
息、照片信息和终端轨迹信息．③ 警车的管理与调
度：服务器在电子地图上显示当前所有安装了车
载北斗导航系统的警车的位置．应急中心在接到
手机用户发送过来的一键求救信息后，在地图上
显示报警用户的位置，利用最短路径搜索算法搜
寻距离求救用户最近的警车，指挥其前往施救．系
统能支持多个手机终端，维护报警列表．
1．4 数据库设计
本系统选用SQL Server 2008数据库作为应急
系统的数据管理．SQL Server2008数据库是真正的
客户机／服务器体系数据库系统，与WindowsXP操
黝
一一
第3期 严安，等：基于北斗导航系统的移动报警应急系统设计 215
作系统有较好的兼容性，能实现数据加密功能，其
安全模型能满足警务信息的保密性要求．更重要
的是SQL Server 2008为在基于空间的应用程序中
消耗、扩展和使用位置信息提供了广泛的空间支
持．新增的地理数据类型，可以存储地理空间数据
并对其执行操作，能更好地适应本系统地图和GIS
操作的需要．根据应急中心所需实现的功能，数据
库主要设计的表单有用户信息、突发事件信息、移
动端(报警用户与警车)信息、移动端详细信息、控
制指令信息、北斗定位数据信息等．
2 理论设计计算
2．1 北斗定位
Android操作系统可以通过集成北斗卫星导航
芯片来接收卫星信号，通过北斗卫星系统中至少
3颗H星和原子钟来获取当前设备的坐标数据．在
Android提供的类库中，android．1ocation(定位服务
类库)包含了一套与定位相关的类，开发人员可灵
活利用位置类库来实现定位功能 J．其中，Location．
Provider，即位置提供者类用于存放位置信息，能实
时更新．在Android系统中实现北斗定位功能的关
键在于将北斗卫星设置为LocationProvider，系统中
有多种LocationProvider，如GPS PROVIDER，并且
可以根据应用程序的需要自行定义．将Location．
Provider设置为北斗卫星，即BD2 PROVIDER，代
码如下：
LocationManager Location Manager=(LocationManager)
getSystemService{Context．LOCATION_ SERVICE}；
String name=LocationM anager．BD2
_
PROVIDER；
myProvider=LocationManager．geProvider(name)；
利用LocationManager对象获取位置信息，调用
getLatitude0返回纬度数据，getLongitude0返回经度
数据，getAltitude0则以米为单位返回海拔数据．
2．2 北斗定位算法
本系统使用北斗的载波相位定位算法．在进
行载波定位之前先进行载波重建，将测距码和导
航电文去掉，把非连续的载波信号恢复成连续的
载波信号．
令 、R、N分别为相位、卫星与接收端距离、
整周模糊度， 、‰ 分别为电离层和对流层延迟改
正．首次观测≯。=F， )。，以后的观测有 =II1 ) +
) ，通常表示为 =No+Int )+ ≯)，其中Im )
为整周计数，Ⅳ0为整周模糊度．载波相位观测量
的观测方程推导如下：
+A =cdt+ 一
( +Ⅳ =c(tR—T )+ 一
= R—N2+cdt— cdT+ 。 一 。
似=、／( 一N2+
cdt-cdT— 一 P
式中第4式第1项为星历所给出卫星位置与接收芯
片的几何距离，dT为接收钟差，出为卫星钟差．对
同一接收端，不同卫星的观测数据中的接收端钟
差成分是相同的，可用差分消除，即双差
= 彤一Ⅳ +cdt,一cdlv一( 。 一( )f
= 一Nf2 4-cdtj—cdTp一( 一(
饥 =RI一^ 4-cdt,一cdTq一( 一(‰
q =RJ一^ 4-cdtj—cd7v一( 。 )7一(‰ )7
作差分可得
(2)
△ · t= △蟛一VzXN~0．· 一(VAE ) 一(VA‰ )
(3)
对于非线性方程，利用泰勒展开作线性化处
理．为了准确定位，需要对整周模糊度进行较为精
确的求解，采用整周模糊度快速解算方法搜索最
优的整周模糊度组(如最优Cholesky分解法、
LAMBDA法和LSAST法)，并进行正确性检验．另
外，利用高次差法削弱整周跳变，可进一步减少数
据的误差．
2-3 应急中心最短路径算法
应急中心接收到求救信号或报警信息后，要
对报警手机迅速定位，同时调用最短路径搜索距
离报警用户最近的警车，指定该警车前往救援．
最短路径搜索算法中，Dijkstra算法是经典算
法之一，它是以起始点为中心向外层层扩展，直至
终点．该算法的搜索具有盲目式的特点．对此，本
系统采用的方法是先从未执行任务的警车中找到
距离报警用户直线距离最短的前20辆警车，通过
调用MapX的Distance0函数计算报警用户和空闲
警车之间的距离，对其进行排序，从中挑选距离最
短的2O辆警车和道路一起构建有向图，再利用
Dijkstra算法计算最短距离，从而找出距离报警用
户最近的警车[5-6]．
3 工作流程
系统管理包括：①新用户选择注册，服务器接
收到注册请求后在后台数据库添加信息，注册成
功后服务器保留客户信息，下次访问时自动登录．
② 老用户选择修改账户信息或网络参数，系统将
数据打包发送至服务器，更新数据库．
2l6 空军雷达学院学报 2011年
地图服务：① “我的位置”：由于GoogleMap采
用的地理坐标系是WGS．84坐标系，和BD一2的
CGS2000坐标系同属于地心坐标系，两者的定义
方法一致，实现方法相同，对于精度要求低的用户
可以认为两者为同一坐标系，不需要进行坐标转
换．所以Google Map直接读取北斗卫星提供的经
纬度坐标后，将经纬度坐标转换为屏幕像素坐标
后，在地图中显示用户当前的位置．② “搜索地点”：
界面提供输入框，服务器得到关键字后返回所有
匹配结果，并全部标记于地图上，若没有相关匹配
则提示．
应急处理：用户在紧急情况下完成音频、视频、
图片的采集后，Android手机客户端将多媒体信息
使用JSON(JavaScript ObjectNotation)作为数据交换
格式打包，每隔几秒通过HTTP协议被传输到服务
器端，服务器端的servlet service收到HTTP带ID的
请求后，通过JSON解析传输过来的数据，获取多
媒体数据．
一键报警：用户按下主界面中的一键报警按
钮，或桌面上的快捷键后，系统通过北斗卫星导航
模块接收定位数据，并打包实时传输至服务器．
服务器端监听到通过TD．SCDMA高速网络接
收到用户发送过来的数据信息，刷新报警列表，并
从JSON数据包中提取出经纬度数据，然后在服务
器端GIS上进行高亮显示，同时从数据库中查询
报警手机的账户信息．服务器运行最短路径搜索
算法，搜索离报警用户位置最近配备北斗导航终
端的警车，发送救援指令及报警手机位置信息，指
定其迅速前往救援，警车收到命令后，传回自身位
置信息，服务器端GIS对警车与报警对象实时跟
踪监控 ．报警流程如图5所示．
L：验证请求：
— — — — — — — — — —
： 验证结
. . 1
客 ：
户 ：
端 !
监
控
中
心
图5 一键报警流程
参考文献：
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， 赵红玉，俞建新．基于GPS的出租车呼叫与调度
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(下转第220页)
220 空军雷达学院学报 2011年
4 结论
基于热释电红外探测技术的车辆制动控制系
统在驾驶员不作为的情况下可以有效地自行制动，
确保了车辆和车内的人员安全．该系统在大雾天
气、黑夜、长途行驶时会发挥较好的性能，具有自
动控制、安全防护等优点．与现有的车辆防撞装置
相比，该系统为全数字化设计，提高了精度和准确
度，避免了测距和距离的反复比对，节省了反应时
间，通过判断红外辐射信号持续时间的长短发出
各种报警信号，直至刹车；一定程度上提高了防
撞装置的反应速度，而且简化了设计．
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Research On Vehicle Braking Method Based On Infrared Passive Detection
JI Cheng—yong ， ZHANG Sheng—fa， HAN Zhen—duo。
(1，Department ofGraduate Management,AFRA，Wuhan 430019，China； 2．No．3 Department，AFRA，Wuhan 430019，China)
Abstract：In this paper,a new design method is presented for proving the reliability and effectiveness of the
vehicle collision avoidance device，where an infrared passive detection technique is employed to detect obstacles in
front of vehicles，and then the detected signals are sent to the SCM ，which identifies and receives the change of
infrared radiation signals，and uses the timing function to trigger the light—alarm and sound alarm ，and start breaking
in sequence．The use of infrared passive detector changes the design ideas of existing vehicle collision avoidance
device，where the transmitting part is not in use，the design simplified，the ranging not needed by triggering the alarm
signals in time order,thus boosting the signal processing speed and improving the perform ance of vehicle collision
avoidance to some extent．Simulation results indicate that the proposed scheme has a better practicability．
Key WOrds：pyroelectric infrared detectors；Fresnel lens；vehicle braking；collision avoidance device
(上接第216页)
Design of Mobile Alarm Emergency Pla怕m1 Based on
Beidou N avigation System
YAN An ，XU Hao ，YAN Bo ，ZHENG Yi．xuan
(1．School ofRemote Sensing and Information Engineering，Wuhan University,Wuhan 430072，China；
2．School ofResource and Environmental Science，Wuhan University,Wuhan 430072，China)
Abstract：In order to expand the application fields of Beidou navigation system and exert its civil and
commercial potentials to make it being gradually the mainstream navigation system in the world，this paper proposes
the application projection of Beidou 2G navigation system to public security domain based on the mobile terminals，
where a small mobile emergency platform is formed by taking advantages of SQL Server 2008 Database and using
the 3G network with TD—SCDM A as the main wireless communication link． And the elaborated design of the
Android operating system--based cell--phone term inal with Beidou navigation functions and the Windows XP
operating system--based sever--side are given in this paper,in term s of the architectural structure of small mobile
emergency platform ．
Key words：Beidou navigation system；mobile emergency terminal；Android operating system；one—key alarm
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2014-9-29 20:12 上传

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