（1.四川九洲北斗导航与位置服务有限公司，四川 绵阳 621000；
2.西南科技大学城市学院，四川 绵阳 621000；
3.西北工业大学，陕西 西安 710072）
摘要：传统的消防部队车辆管理有如下缺点：（1）车辆实时位置不可追踪；（2）历史行车轨迹不可查看；（3）车辆申派和审批采取纸质化流程；（4）存在公车私用的现象；（5）车辆健康状态不能实时监控。这些缺点导致现有的消防部队车辆管理方式不满足现今公安消防系统信息化建设的基本要求。为了克服上述缺点，提出了一种基于BDS的消防车辆智能管理系统，该系统在北斗高精度定位技术的基础上，同时结合了无线通信、计算机网络技术和WebGIS等先进主流技术，是一个具备GIS基础功能、车辆定位监控功能、后台管理功能、信息管理功能、平台运维功能和系统外部接口的智能化信息管理系统。该系统目前已在四川省两个地级市的消防支队中应用，实践表明，该系统在一定程度上减少了消防支队的车辆管理和使用经费，提高了车辆管理效率，具有一定的推广价值。
关键词：BDS；高精度；车辆管理；信息化系统
1 引言
近年来，随着任务日益繁重，对消防部队的车辆管理提出了更高的标准和要求，由于传统的消防部队车辆管理有如下缺点[1]：（1）车辆实时位置不可追踪；（2）历史行车轨迹不可查看；（3）车辆申派和审批采取纸质化流程；（4）存在公车私用的现象；（5）车辆健康状态不能实时监控。因此，传统的消防部队车辆管理方式不满足现今消防系统信息化建设的基本要求，为了适应消防信息化变革，在执行任务中能及时准确的传送灾情信息，实时监控现场（目标）状况，进而快速采取科学有效的指挥调度方案，提高行政车辆和消防作业车辆的管理效率，消防部队对车辆管理系统提出了更高的要求。
基于BDS[2]的消防车辆智能管理系统，其设计考虑到新时期消防部队的信息化建设目标，充分利用现代通信技术、计算机网络技术，以北斗卫星导航定位为支撑，以地理信息技术为基础，以有线和无线通信为纽带，以多媒体信息手段为延伸，构建技术先进、反应快速、决策准确和实用高效的现代化高水平的车辆管理系统。
基本实现四化：监控车辆可视化、区域监控实时化、信息获取立体化、情况处理数字化。
2 系统总体设计目标
针对消防部队的车辆进行有效动态管理，提供一套车辆管理系统平台，针对各支队和大队的行政车辆及消防作业车辆在动态和执行任务时车辆状态进行监控和管理，对支队内日常行政用车和执行任务用车、出发时间、返回时间、路线等进行实时监控管理，切实提高车辆使用效率，降低用车的成本，防止用车过程中出现突发情况。主要达到以下两个方面的目标：
管车:从车辆调度，到车辆行踪一目了然，在监控平台可执行整个业务过程，并记录车辆出行时间、行车轨迹，停车地点等位置信息。
管人:车辆运行途中全程监控管理，不用担心公车私用、谎报费用等、并可根据客户需求提供各种报警功能。
3 系统组成和框架
3.1 系统组成
以四川某地级市消防支队车辆智能管理系统为例，系统组成如图1所示。
图1 系统组成
北斗定位车辆管理平台：“北斗定位车辆管理平台”是连接在网络端口的设备，由端口设备、服务器组、防火墙等硬件构成，是平台中的“用户业务平台”的载体。在系统软件（服务器系统、数据库、GIS[3]平台等）支撑下，运行定制软件。主要功能是：支持B/S架构[4]，形成多级共享、多车监控、公用性与基础性结合，能够动态管理各类车辆的信息，具备车辆录入、查询、定位、运行告警、调度管理功能的数据平台。
B/S客户端（浏览器工作站）：指使用浏览器通过互联网连接到“北斗定位车辆管理平台”的PC电脑。B/S客户端是各级用户使用“北斗定位车辆管理平台”的主要手段。B/S客户端用户能通过授权用户名和密码登录到“北斗定位车辆管理平台”。
“车载终端”：指被监控车辆上搭载的北斗定位和数据传输处理集成终端，即是测定车辆实时位置的定位设备，也是数据传输的通讯设备，同时还具备一定的数据处理能力。“车载终端”用于实时测定车辆位置、速度、运行情况等信息，并将其上传至平台服务器。
“手持智能平板”：指消防作业人员和指挥人员手持的北斗定位和数据传输处理集成终端，带屏显且具有摄像和多媒体功能，可以测定手持人员的实时位置，同时也是数据传输的通讯设备，同时还具备一定的数据处理能力。“手持智能平板”用于实时向平台服务器发送坐标、影像和语音等信息，同时管理人员可以通过平板对支队车辆进行调度、申派和审批。
3.2 系统框架
以四川某地级市消防支队车辆智能管理系统为例，系统框架如图1所示。
图2 系统框架
系统总体框架自下而上可分为支撑层、数据层、平台层、应用层和表现层五个层级。
（1）支撑层：支撑层包括整北斗定位车辆管理系统运行的硬件网络环境、软件运行环境；硬件网络环境包括GPRS/3G/4G无线通信网络、有线通信网络、平台服务器和数据存储设备，软件运行环境则包括服务器操作系统和数据库软件等软件运行环境；
（2）数据层：数据层包含系统数据资源和外部平台信息数据两大部分。
系统资源数据又包括空间数据、业务专题数据和元数据库：
基础空间数据包括基本的地形图矢量数据、围栏数据、影像数据、DEM数据以及三维场景数据。
业务专题数据：业务专题数据中包括车辆基本属性信息数据、系统维护信息数据、车辆告警信息数据、车辆警情处理数据、以及车辆的位置信息数据等业务数据。
元数据库：元数据信息主要用于管理与描述整体系统数据分类、数据结构等相关的信息，能够用于维护系统数据库。
外部平台数据主要是和消防总队相应平台和P-GIS平台互联互通所产生的数据，
（3）平台层：平台层主要是基于百度地图的WebGIS平台。
百度地图提供了丰富的导航和查询功能，提供最适合的路线规划。同时，百度地图还提供了完备的地图功能（如搜索提示、视野内检索、全屏、测距等），便于更好的的使用地图。
百度地图还提供定制服务，支持用户使用JavaScript API设置地图底图的样式风格（展现颜色为普通、深色、浅色）以及控制组成地图底图的元素类的显示和隐藏，创建满足用户特定需求的与众不同的地图，如通过隐藏某类地图元素，突出展示自己的数据。个性化定制功能同时适用于PC端和手机端全部浏览器。
（4）应用层：应用层就是本系统实际业务功能层，是面向最终用户提供的功能集合。实现了GIS基础功能模块、车辆定位监控模块、后台管理模块、信息管理模块和平台运维模块，同时，提供了和外部其他系统的信息交互接口，可以与其他平台进行互联互通。
（5）表现层：表现层是整个车辆智能管理系统所支持的几个表现形式，根据业务需求，平台不仅需要在传统PC机上运行，让用户在监控指挥中心可以对车辆进行实时监控以及警情处理，同时还需要提供基于Android的APP应用，集成监控车辆的信息维护以及监控和紧急情况的告警信息上报。
4 系统平台主要功能
系统平台主要有六大功能，分别是GIS基础功能、车辆定位监控功能、后台管理功能、信息管理功能、平台运维功能和系统外部接口，六大功能又分别对应各个子功能，如图3所示。
图3 系统功能
GIS基础功能包含两大子功能，分别是地图浏览和地图查询。
（1）地图浏览：主要实现电子地图的放大、缩小、漫游、全图、鹰眼等调整地图比例尺大小和位置定位的操作，并提供距离、面积量算、周边查询和地图纠错工具；
（2）地图查询：提供关键字查询功能，查询结果以列表和地图标注的方式展现，列表中会列出每个查询结果的联系方式、地址、更新日期等基本属性信息，并在地图上标注出对象的位置点。
车辆定位监控功能包含六大子功能，分别是车辆上下线实时监控、车辆动静态信息展示、历史轨迹回放、车辆调度和审批流程、警情处理和位置管理。
（1）车辆上下线实时监控：在系统监控过程中，如果有车辆监控终端与服务器端失去联系或者有下线的车辆连接上服务器，在系统中都会以弹出消息框的方式来提示有车辆上、下线；
（2）车辆动静态信息展示：在系统平台的界面中，单击车辆树中某车辆，将以弹出框方式展现车辆静态信息。在地图上单击某辆车，将以弹出框方式展现车辆动态信息；
（3）历史轨迹回放：根据某一辆车在一个时间段里的行驶轨迹点，在系统的电子地图上对车辆在该段时间内的行驶轨迹进行回放；
（4）车辆调度和审批流程：监控中心车辆管理人员可以通过监控系统平台提供的调度信息发送功能，将调度信息发送到终端；终端使用人员则通过业务需求向车辆管理中心发送车辆申派请求，管理员同意申派后将相关指令发送终端或消防作业车辆管理平台，车辆审批流程代替了现有的纸质审批流程；
（5）警情处理：对车载终端或者手持平板发送过来的报警信息进行处理，比如超速报警、跨域报警和其他报警等；
（6）位置管理：在地图上指定一块矩形区域，该区域可以用来“驶入围栏报警”、“驶出围栏报警”、“围栏超速报警”（车辆须对围栏进行下载，方可让围栏对车辆进行管制）。
后台管理功能包含五大子功能，分别是用户管理、部门管理、角色管理、权限管理和日志管理。该功能主要对系统中涉及到的用户信息、部门信息、角色信息、权限信息和日志信息进行有效管理。
信息管理功能包含四大子功能，分别是车辆信息管理、驾驶员信息管理、车辆调配情况统计和音视频显示。该功能主要对驾驶员信息、车辆基本静态信息和车辆动态信息（如出入库状态、任务执行状态或空闲状态等）进行增、删、改、查等管理操作，同时，对手持平板上传的现场状态音视频进行显示，以便调度指挥人员可以及时获取任务现场的实时状态。
平台运维功能包含三大子功能，分别是后台数据备份、服务器状态监控和后台状态报表展现。
（1）后台数据备份：该功能主要对系统平台产生的所有后台数据进行备份，备份的类型和周期可以根据用户自定义选择；
（2）服务器状态监控：实时对平台服务器的CPU利用率、内存利用率、网络吞吐量和数据库服务器存储空间进行监控；
（3）后台状态报表展现：对各种后台的数据信息以报表形式实时进行展现。
系统外部接口主要包括两个，一个是与总队相应平台（车辆智能管理系统平台）进行数据交换的接口，另一个是与P-GIS平台进行数据交换的接口。该功能使得本系统与外界业务平台有良好的扩展性。
5 关键技术
基于BDS的消防车辆智能管理系统主要涉及以下关键技术。
（1）基于BDS的网络RTK[5]技术，该技术主要用于解决车辆高精度定位的问题。目前全国的北斗CORS站建设已经相当完备，各北斗CORS站以光纤连接共同组成CORS网络，对视野内的卫星进行连续实时观测，然后借助通信网络将观测值实时上传到主控中心；车载终端进行定位时先获取自身概略坐标，然后通过GPRS/3G/4G将概略坐标发送至主控中心；主控中心对所有北斗CORS站数据源进行实时采集，对数据进行分布式处理与融合再处理，根据车载终端提供的概略坐标在其位置上产生一个物理上并不存在的虚拟参考站，并生成包含对流层延迟修正值和电离层延迟修正值等信息的观测值或RTCM差分改正数，再以无线通信的方式实时提供给车载终端，供其进行常规差分解算，最终得到车辆的精确坐标，定位精度一般能达到分米级，甚至厘米级。
（2）用户终端与计算中心服务器失联的解决方法。由于城市设施繁多复杂会造成偶然性的信号隔挡，因此用户终端与计算中心服务器失联的情况难免发生，为了保证车载导航的可靠性和安全性，必须解决短暂失联时的定位问题。解决的方法是：车载终端在接收了计算中心服务器发播的原始差分信息后并进行了精确定位后，在接收下一历元的差分信息之前，不删除本次的原始差分信息，在失联时，终端仍然可以利用最近一次的原始差分信息对当前车辆概略坐标进行改正，得到较为精确的坐标。经过大量实验验证，车辆在失联的状态下，在偏离原始位置10km的范围内，仍然能达到分米级的定位精度。
（3）库表散列[6,7]技术，该技术主要用于解决数据量大，高并发的问题。数据库集群由于在架构、成本、扩张性方面都会受到所采用DB类型的限制，因此需要从应用程序的角度来考虑改善系统架构，库表散列是常用并且最有效的解决方案。在应用程序中根据业务、应用或功能模块将数据库进行分离，不同的模块对应不同的数据库或者表，再按照一定的策略对某个页面或者功能进行更小的数据库散列，如用户表，按照用户ID进行表散列，这样就能够低成本的提升系统的性能并有很好的扩展性。
6 结论
基于BDS的西方车辆只能管理系统在四川的两个地级市经过一段时间的运行，可以得出以下结论：
（1）将网路RTK技术应用于车辆定位中，能达到分米级，甚至厘米级定位精度，配合高分辨率电子地图，能够对车辆进行高效、准确的跟踪和定位。
（2）该系统在一定程度上减少了消防支队的车辆管理和使用经费，提高了车辆管理效率，在执行任务中能及时准确的传送灾情信息，实时监控现场（目标）状况，进而快速采取科学有效的指挥调度方案，提高行政车辆和消防作业车辆的管理效率。
（3）该系统能与消防部门已有的系统进行良好的衔接，是原有系统的补充和升级。同时，制定了较多的开放式标准数据接口，可以为后续其他系统的开发或合并提供便利，有一定的市场推广价值。
参考文献
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论文作者:王伟权1，邹浜1，王迪2，沈天思1，毛晓菲3
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/27
标签：车辆论文; 功能论文; 系统论文; 数据论文; 信息论文; 平台论文; 终端论文; 《科技中国》2017年3期论文;