蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張清彥

(蘭州市勘察測繪研究院蘭州市地理信息中心，甘肅蘭州 730030)

1 引言

在公安部的“金盾工程”建設(shè)中，明確提出采用空間地理信息技術(shù)整合各類信息資源，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，進(jìn)一步提升公安信息化整體應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)公安部警用地理信息系統(tǒng)規(guī)模化應(yīng)用。巡邏車GPS定位系統(tǒng)作為警用地理信息系統(tǒng)的重要組成部分，它利用GIS、GPS、GPRS(General Packet Radio Service)等技術(shù)，以電子地圖為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)警車、警員位置定位、監(jiān)控與考核等綜合管理，旨在提高指揮決策、快速反應(yīng)、反恐等方面“整體防控、精確指導(dǎo)、精確打擊”的綜合能力，為治安管理、警力部署、巡邏布控、安全警衛(wèi)、優(yōu)化資源等公安業(yè)務(wù)提供行之有效的管理手段。

蘭州市作為公安部警用地理信息系統(tǒng)首批推廣應(yīng)用的20個(gè)試點(diǎn)城市之一，迫切需要研發(fā)符合本地實(shí)際需求的巡邏車GPS定位系統(tǒng)，因此蘭州市公安局委托蘭州市勘察測繪研究院(蘭州市地理信息中心)研發(fā)了“蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)”。

2 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)是為了加強(qiáng)巡邏車可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控、緊急事件調(diào)度、為保障社會安全而建立的地理信息系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，巡邏車指揮調(diào)度中心和GPS終端建立連接，實(shí)時(shí)了解巡邏車的位置、速度、行駛狀態(tài)等信息;對巡邏車進(jìn)行圖像抓拍、通知下傳、指令下達(dá)等監(jiān)控、調(diào)度信息;對巡邏車進(jìn)行單獨(dú)跟蹤、歷史軌跡查看等，以達(dá)到對巡邏人員、巡邏車的指揮調(diào)度、資源優(yōu)化。通過系統(tǒng)的建設(shè)，增強(qiáng)公安系統(tǒng)統(tǒng)一指揮、快速反應(yīng)、協(xié)調(diào)作戰(zhàn)、應(yīng)急處理、打擊犯罪的能力，提高工作效率，優(yōu)化了管理方式，節(jié)省大量的監(jiān)管成本。

3 系統(tǒng)構(gòu)成與數(shù)據(jù)組織

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)主要由GPS終端(GPS接收機(jī)、攝像頭、條屏等)、外網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)、外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、安全接入平臺、內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)分發(fā)子系統(tǒng)、巡邏車指揮調(diào)度子系統(tǒng)、警用地理信息數(shù)據(jù)庫等軟硬件部分組成，各部分在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中位置和工作流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成及工作流程

3.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)組織

依據(jù)公安部PGIS建庫的標(biāo)準(zhǔn)和要求，蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)建設(shè)中完成了以下4大數(shù)據(jù)庫的建設(shè):

(1)警用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫

根據(jù)蘭州市警用地理信息基礎(chǔ)平臺面向蘭州市和蘭州市業(yè)務(wù)單位服務(wù)的特點(diǎn)，需要建設(shè)蘭州市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫:包括蘭州市全市范圍 1∶10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、城市城區(qū) 1∶500基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、蘭州市影像數(shù)據(jù)庫。

按照警用地圖圖式要求生成高品質(zhì)高精度金字塔結(jié)構(gòu)柵格地圖圖片庫，用于地圖快速顯示，以滿足大并發(fā)用戶訪問性能需求。需要生成矢量柵格地圖圖片庫、影像柵格地圖圖片庫、矢量影像柵格地圖圖片庫。

數(shù)據(jù)一律采用WGS－84坐標(biāo)系。

(2)警用基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫

建設(shè)多個(gè)業(yè)務(wù)部門共用的警用地理信息。主要包括黨政機(jī)關(guān)、公安機(jī)關(guān)、賓館飯店、金融機(jī)構(gòu)、教育機(jī)構(gòu)、媒體機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、標(biāo)志性建筑、公安機(jī)關(guān)轄區(qū)、街區(qū)道路、消防站點(diǎn)、加油站、危險(xiǎn)品倉庫、體育場、地鐵車站、公交線路、蘭州市堵卡點(diǎn)、警用分區(qū)、攝像頭等。

(3)蘭州市業(yè)務(wù)專用地理信息數(shù)據(jù)

建設(shè)各業(yè)務(wù)單位專用的反映業(yè)務(wù)管理特征的警用地理信息數(shù)據(jù)庫。各業(yè)務(wù)警種的業(yè)務(wù)專用地理信息包含以下內(nèi)容:業(yè)務(wù)警種的組織(機(jī)構(gòu))信息、警用基礎(chǔ)設(shè)施信息、線路和區(qū)域、業(yè)務(wù)管理的物品、業(yè)務(wù)管理的機(jī)構(gòu)等。

(4)蘭州市標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫

按照公安部標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫規(guī)范要求，在分析全市地址信息的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)的地址要素，并定義其編碼規(guī)則，在此基礎(chǔ)上自動對已有的地址數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動按照地址要素模型提取相應(yīng)的地址作為數(shù)據(jù)字典，協(xié)助公安局組織社區(qū)民警進(jìn)行地址采集，并進(jìn)行地址標(biāo)準(zhǔn)化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)庫。

4 系統(tǒng)功能與實(shí)現(xiàn)

依據(jù)系統(tǒng)需求及工作流程，蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)主要功能構(gòu)成如圖2所示。

圖2 蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)功能組織關(guān)系

(1)外網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)

系統(tǒng)通過TCP監(jiān)聽GPS終端，并與之建立Socket連接;系統(tǒng)通過Socket連接接收GPS終端通過GPRS傳送來的數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議解析出GPS終端編號、時(shí)間、位置、速度、方向、里程、狀態(tài)或抓拍的圖片、報(bào)警等信息，將數(shù)據(jù)插入到外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，通過安全接入平臺將數(shù)據(jù)同步到內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫;系統(tǒng)將監(jiān)聽到的內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫同步過來的GPS指令信息或短信信息發(fā)送到GPS終端處理。

(2)內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)分發(fā)子系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)聽內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫并取出每一條新增加的記錄，根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)志位解析出不同類型的數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)推送技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到消息服務(wù)器，避免了巡邏車指揮調(diào)度子系統(tǒng)直接監(jiān)控內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫所帶來的承重壓力，達(dá)到負(fù)載均衡、系統(tǒng)優(yōu)化的目的。

(3)巡邏車指揮調(diào)度子系統(tǒng)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)WebGIS常用功能，接收消息服務(wù)器推送過來的數(shù)據(jù)，在電子地圖上實(shí)時(shí)更新每輛巡邏車的位置、速度、狀態(tài)等信息，也可以對某一輛巡邏車實(shí)施單獨(dú)跟蹤;實(shí)現(xiàn)圖屬互查、緩沖區(qū)分析、包含分析、路徑分析等支持決策功能;監(jiān)控人員可在電子地圖上在線標(biāo)注，對重點(diǎn)區(qū)域、常用位置、運(yùn)行路線進(jìn)行標(biāo)注，即對電子地圖實(shí)現(xiàn)在線編輯;系統(tǒng)能夠?qū)PS終端下達(dá)各種指令、設(shè)置各類參數(shù);系統(tǒng)集成對部門、警員、車輛、車臺、手臺、用戶的登記管理功能以及各種統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表。巡邏車指揮調(diào)度子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)效果如圖3、圖4所示。

圖3 巡邏車指揮調(diào)度子系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位

圖4 巡邏車指揮調(diào)度子系統(tǒng)歷史軌跡查詢

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 富客戶端(RIA)技術(shù)

RIA(Rich Internet Application)作為一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域越來越火的術(shù)語，“Rich”代表功能強(qiáng)大，高交互性。RIA實(shí)際上是一種基于Web的C/S架構(gòu)，究其根本在于它相對傳統(tǒng)Web應(yīng)用的諸多優(yōu)勢，數(shù)據(jù)能夠被緩存在客戶端，從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)比基于頁面式HTML的響應(yīng)速度更快且數(shù)據(jù)往返于服務(wù)器的次數(shù)更少的用戶界面，且包括豐富的表現(xiàn)力、富有交互、內(nèi)容豐富、基于富客戶端引擎等等，兼有C/S和B/S架構(gòu)的優(yōu)勢。表現(xiàn)力豐富，運(yùn)行速度快，交互能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)效率高，安全可靠，實(shí)現(xiàn)了地圖的平滑、無縫過渡，為用戶提供良好的體驗(yàn)。

5.2 數(shù)據(jù)通訊

巡邏車啟動后，GPS終端自動向已設(shè)定的通訊IP地址(即外網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)服務(wù)器IP地址)、端口號請求Socket連接，服務(wù)器接收到連接請求后，經(jīng)過TCP協(xié)議三次握手后正式建立連接并將該連接加入到GPS連接緩沖池中，其中每個(gè)GPS終端的SIM卡號為每個(gè)連接的唯一標(biāo)識。連接通道建立后，GPS終端即與系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其交互數(shù)據(jù)有以下3類:

(1)定位數(shù)據(jù)

GPS終端通過已建立連接通道向服務(wù)器按一定時(shí)間間隔自動發(fā)送定位信息，系統(tǒng)接收到定位信息后根據(jù)協(xié)議規(guī)則逐字位解析該二進(jìn)制串，解析完成后將定位信息插入到外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)閘同步到內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

(2)圖像數(shù)據(jù)

系統(tǒng)向GPS終端(由GPS接收機(jī)、攝像頭、條屏組成)攝像頭發(fā)送圖像抓拍指令，由于上傳圖像分辨率為320×240像素，圖像數(shù)據(jù)量相對較大，而SIM每次上傳數(shù)據(jù)量有限，GPS終端根據(jù)指令抓拍圖像后將圖像數(shù)據(jù)分為7個(gè)數(shù)據(jù)包逐步上傳，每包數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)確認(rèn)接收后，GPS終端再上傳下一包數(shù)據(jù)，直到所有包系統(tǒng)接收完成，然后圖像數(shù)據(jù)記錄插入到外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)閘同步到內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

(3)條屏數(shù)據(jù)

系統(tǒng)向GPS終端發(fā)送條屏顯示指令、顯示方式及顯示內(nèi)容，GPS終端接收指令并按顯示方式將顯示內(nèi)容顯示在條屏上，并向系統(tǒng)發(fā)送顯示結(jié)果信息。

5.3 數(shù)據(jù)庫監(jiān)控

由于安全接入平臺的隔離限制，部署在安全接入平臺內(nèi)的內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)分發(fā)子系統(tǒng)、巡邏車指揮調(diào)度子系統(tǒng)無法與安全接入平臺外的外網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，只能先將需要交互的數(shù)據(jù)插入到內(nèi)網(wǎng)或外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，然后通過安全接入平臺數(shù)據(jù)同步功能將剛插入的數(shù)據(jù)同步到外網(wǎng)或內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，因此外網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)和內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)分發(fā)子系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)感知到所關(guān)注數(shù)據(jù)表的變化，即必須實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫監(jiān)控功能。

Oracle提供了Database change Notification功能，通過注冊的形式告訴數(shù)據(jù)庫需要監(jiān)聽某數(shù)據(jù)表，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)會自動通知用戶。實(shí)現(xiàn)思路如下:

(1)注冊

指定數(shù)據(jù)庫要監(jiān)聽的查詢。

(2)通知

一旦數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)庫將自動發(fā)送通知，在系統(tǒng)中通過程序定義處理操作。

(3)響應(yīng)

設(shè)定的處理程序一旦收到通知，取出插入的數(shù)據(jù)記錄并解析。

6 結(jié)語

“蘭州市公安局巡邏車GPS定位系統(tǒng)”系統(tǒng)自2010年3月投入使用以來，幾經(jīng)維護(hù)修改，目前系統(tǒng)7×24 h不間斷運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定、效果良好，基本達(dá)到了系統(tǒng)預(yù)期建設(shè)目標(biāo)。當(dāng)前，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的巡邏警車已達(dá)249輛，系統(tǒng)應(yīng)用范圍包括蘭州市公安局指揮中心、特警支隊(duì)、各縣區(qū)分局以及各轄區(qū)派出所等單位。

系統(tǒng)利用成熟的GPS衛(wèi)星定位技術(shù)以及先進(jìn)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)的處理巡邏車裝備的GPS終端發(fā)送的定位信息，將原始信息與處理后的定位信息存儲于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)并同步“推送”至系統(tǒng)監(jiān)控中心。通過將巡邏車實(shí)時(shí)位置信息顯示于警用電子地圖中，使系統(tǒng)監(jiān)控中心能夠直觀、準(zhǔn)確的確定巡邏車的位置，快速獲知每輛巡邏車的任務(wù)執(zhí)行情況以及巡邏車中的巡邏人員信息，增強(qiáng)公安系統(tǒng)統(tǒng)一指揮、快速反應(yīng)、協(xié)調(diào)作戰(zhàn)、打擊犯罪的能力。并且系統(tǒng)利用存儲的巡邏車實(shí)時(shí)位置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對特定巡邏車、特定時(shí)段的活動軌跡回放;通過靈活、多樣的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)功能，實(shí)現(xiàn)對存儲數(shù)據(jù)的多維度利用。

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