多場景位置監控應用平臺設計

郭亞東

【摘要】? ? 研究低場景關聯位置監控應用實現方案，基于物聯網體系模型設計平臺架構，實現了用戶自主管理位置監控應用場景，平臺高效、安全、便捷。其中位置采集終端集成4/5G無線通信模組，使用ElasticSearch搭建位置數據存儲搜索引擎，采用響應式框架實現Web管理系統，基于跨平臺基礎框架（Ionic）設計移動端應用。平臺設計方案創新性實現多場景位置監控應用。

【關鍵字】? ? 多場景位置監控? ? 數據緩存? ? 云平臺基礎設施

引言：

依托“十三五”時期國家對信息化產業發展的戰略布局，我國在移動互聯網、云基礎設施、人工智能、5G通信等新興技術方面取得了顯著進步和成就，信息化應用已經深入到政務、工業、交通、物流等各個行業，工業生產、民生服務越來越網絡化、移動化、智能化。在產業運行、個人生活中對位置監控應用有需求的場景越來越多，研究便捷高效、智能安全、低場景關聯的位置監控平臺具有重要意義。本設計實現位置監控與業務場景低關聯的應用平臺，滿足一個平臺適用多種業務。

一、系統設計

多場景位置監控應用平臺設計包括位置采集、大數據存儲訪問服務、互聯網應用管理系統、移動端應用，如圖1所示。結合5G無線通信、云平臺基礎設施、分布式服務應用、跨平臺移動端應用等新技術設計，實現“傳統位置監控”向新型人工智能方向的轉變。平臺包括融合北斗/GPS雙模位置采集、5G無線通信技術的設備[1]，基于云平臺基礎設施（HUAWEICLOUD）搭建的大數據存儲訪問服務，采用前后端分離架構的互聯網應用管理系統，采用跨平臺技術框架（Ionic）設計的移動端應用[2]。實現位置監控與應用場景解構，提高位置監控的智能化程度，從而減少因位置跟蹤欠缺引起的人身安全、財產損失等事故，為位置監控與業務場景的解耦提供應用工具。

二、位置采集終端設計

位置采集終端融合北斗/GPS雙模位置采集、硬件開發、嵌入式應用、5G通信等多種智能硬件應用開發技術，結構如圖2所示。集成北斗/GPS雙模位置采集模塊和5G通信終端，進行北斗/GPS聯合定位，采用北斗/GPS雙模定位在系統完備性、時鐘精度、定位精度方面擁有更強的優勢。終端集成第五代蜂窩移動通信技術（5th generation wireless systems，簡稱5G），選用高性能5G模組，向下兼容4G網絡，提高無線通信可靠性，通過實踐豐富5G應用場景。使用場景低關聯的位置數據結構，形成終端狀態異常檢測、位置緩存功能的解決方案。

終端設備應用的關鍵技術包括：

1.終端硬件集成電路設計。

2. 5G通信模組在多場景位置監控領域應用的解決方案。設計數據結構、實現PUBLISH/SUBSCRIBE機制以完成基于5G無線通信的位置數據上傳目標[3]。對終端設備狀態進行定期檢測，異常情況啟動位置緩存策略，故障恢復后啟動重發機制，解決位置監控丟包的問題，優化定位數據連續率，以滿足多場景應用對位置監控的要求。

3.北斗/GPS雙模傳感器與主控芯片通信驅動，終端設備數據傳輸過程為通過北斗/GPS天線接收定位信號，通過串口傳輸至主控芯片，經過解析計算出采集時間、方向、經緯度等定位數據，再通過5G通信模塊傳輸至數據中心。驅動要實現根據NMEA0183協議解析計算雙模定位數據，區分雙模定位數據協議幀（BDGSV/GPGSV），運行不同的結構程序處理，確保有效解析雙模定位數據[4]。

4.設備檢測，定期運行檢測任務檢測包括電池、無線信號等影響設備工作的關鍵模塊。

三、管理系統設計

基于云平臺基礎設施（HUAWEICLOUD）搭建大數據存儲訪問服務，使用ElasticSearch作為大數據平臺的實時聯機分析處理（LOAP）框架，實現平臺數據的存儲、查詢、聚合服務，深入理解數據隱含知識。研究無線通信數據上傳協議，設計消息傳輸Topic進行終端標識，實現大量設備連接。

應用前后端分離架構理念開發互聯網應用管理系統，研究多場景位置監控應用業務流程解決方案，根據前后端分離架構理念對應用管理系統進行拆分，實現去中心化，規避復雜度積累問題，提供服務平臺高容錯率。研究秘鑰生成（Generation）、分發（Distribution）、驗證（Verification）技術，進行用戶位置授權訪問集成，實現位置共享功能。采用響應式框架實現Web管理系統，提供多設備兼容的用戶管理交互系統。Web管理系統主要包括以下功能模塊，智能儀表盤模塊，對數據統計分析結果進行可視化，向用戶展示度量信息和關鍵指標;監控模塊實時顯示所有終端位置、設備狀態、應用場景，定時進行定位數據預警監測，對異常定位啟動警告通知流程，可進行歷史軌跡查看;設備管理模塊，對設備進行添加、編輯、刪除綁定關系操作，可查看設備使用記錄，有限展示用戶信息，用于在異常警告時聯系用戶;用戶模塊，添加、編輯、刪除用戶，在用戶角色管理頁面編輯用戶角色，實現系統不同級別的開放度管理;權限管理模塊，三級權限設計，包括超級管理員、操作者、運營者，超級管理員擁有系統最高級別權限，操作者不配置用戶管理和權限管理模塊，運營者不配置用戶管理、權限管理、設備管理中的添加和編輯功能，主要開放數據查看功能，滿足日常運營使用要求。為增加監控地圖顯示窗口尺寸，將導航欄設計為可伸縮模式，布局在頁面左側。

移動端應用采用跨平臺技術框架（Ionic）設計，具備多平臺（Android/IOS）適用特性。設計移動端交互流程，實現場景管理、位置關聯分享[5]、位置監控預警、設備管理功能，用戶具有高度自主的權限決定位置數據用途。對數據聚合分析輸入設備狀態檢查、監控預警流程中進行決策分析。移動端應用部分頁面如圖3所示。

四、結束語

多場景位置監控應用平臺融合智能硬件應用開發、5G無線通信技術、大數據存儲訪問服務、漸進式Web框架、跨平臺移動端應用開發技術。位置采集終端實現網絡狀態監聽，支持斷網位置數據緩存，保障了被監控物品位置軌跡連續性;大數據存儲訪問服務基于開源框架Elasticsearch搭建，滿足大數據量級的實時查詢統計，支撐對位置數據進行聚合挖掘數據知識;Web管理系統和移動端應用提供友好的交互界面實現位置監控和場景管理。

平臺設計方案為位置監控應用智能化、云平臺化研究提供最佳實踐案例，未來平臺優化主要側重于位置采集終端小型化、提升續航能力和位置數據精度方向。

參? 考? 文? 獻

[1]吳必造，楊亞軍，張辛波.基于5G技術的高可靠數據傳輸終端的設計[J].信息技術與網絡安全， 2021，40（08）：78-83.

[2]黎茂林，王天鑫，魏嵩，閆冉，宿世博，陳曉宇.跨平臺移動應用開發技術研究[J].網絡安全技術與應用， 2021，（03）：33-34.

[3]李想.物聯網發布/訂閱系統的研究與實現[D].成都：電子科技大學，2019.

[4]李金龍，王 冰，王愛兵，朱恩慧，袁紅月.北斗/GPS雙頻載波相位單點定位模型及精度分析[J].導航定位與授時， 2021，8（04）：120-128.

[5] Carvalho Kevin，Granjal Jorge.Security and Privacy for Mobile IoT Applications Using Blockchain[J].Sensors. 2021，21（17）：1-22.