兰州市公安局巡逻车GPS定位系统的设计与实现

张清彦

(兰州市勘察测绘研究院兰州市地理信息中心，甘肃兰州 730030)

1 引言

在公安部的“金盾工程”建设中，明确提出采用空间地理信息技术整合各类信息资源，拓展应用领域，进一步提升公安信息化整体应用水平，实现公安部警用地理信息系统规模化应用。巡逻车GPS定位系统作为警用地理信息系统的重要组成部分，它利用GIS、GPS、GPRS(General Packet Radio Service)等技术，以电子地图为基础，实现警车、警员位置定位、监控与考核等综合管理，旨在提高指挥决策、快速反应、反恐等方面“整体防控、精确指导、精确打击”的综合能力，为治安管理、警力部署、巡逻布控、安全警卫、优化资源等公安业务提供行之有效的管理手段。

兰州市作为公安部警用地理信息系统首批推广应用的20个试点城市之一，迫切需要研发符合本地实际需求的巡逻车GPS定位系统，因此兰州市公安局委托兰州市勘察测绘研究院(兰州市地理信息中心)研发了“兰州市公安局巡逻车GPS定位系统”。

2 系统建设目标

兰州市公安局巡逻车GPS定位系统是为了加强巡逻车可视化实时监控、紧急事件调度、为保障社会安全而建立的地理信息系统。通过该系统，巡逻车指挥调度中心和GPS终端建立连接，实时了解巡逻车的位置、速度、行驶状态等信息;对巡逻车进行图像抓拍、通知下传、指令下达等监控、调度信息;对巡逻车进行单独跟踪、历史轨迹查看等，以达到对巡逻人员、巡逻车的指挥调度、资源优化。通过系统的建设，增强公安系统统一指挥、快速反应、协调作战、应急处理、打击犯罪的能力，提高工作效率，优化了管理方式，节省大量的监管成本。

3 系统构成与数据组织

3.1 系统构成

兰州市公安局巡逻车GPS定位系统主要由GPS终端(GPS接收机、摄像头、条屏等)、外网数据通讯子系统、外网数据库、安全接入平台、内网数据库、内网数据分发子系统、巡逻车指挥调度子系统、警用地理信息数据库等软硬件部分组成，各部分在系统结构中位置和工作流程如图1所示。

图1 系统构成及工作流程

3.2 系统数据组织

依据公安部PGIS建库的标准和要求，兰州市公安局巡逻车GPS定位系统建设中完成了以下4大数据库的建设:

(1)警用基础地理信息数据库

根据兰州市警用地理信息基础平台面向兰州市和兰州市业务单位服务的特点，需要建设兰州市基础地理信息数据库:包括兰州市全市范围 1∶10000基础地理信息数据库、城市城区 1∶500基础地理信息数据库、兰州市影像数据库。

按照警用地图图式要求生成高品质高精度金字塔结构栅格地图图片库，用于地图快速显示，以满足大并发用户访问性能需求。需要生成矢量栅格地图图片库、影像栅格地图图片库、矢量影像栅格地图图片库。

数据一律采用WGS－84坐标系。

(2)警用基础地理信息数据库

建设多个业务部门共用的警用地理信息。主要包括党政机关、公安机关、宾馆饭店、金融机构、教育机构、媒体机构、科研机构、标志性建筑、公安机关辖区、街区道路、消防站点、加油站、危险品仓库、体育场、地铁车站、公交线路、兰州市堵卡点、警用分区、摄像头等。

(3)兰州市业务专用地理信息数据

建设各业务单位专用的反映业务管理特征的警用地理信息数据库。各业务警种的业务专用地理信息包含以下内容:业务警种的组织(机构)信息、警用基础设施信息、线路和区域、业务管理的物品、业务管理的机构等。

(4)兰州市标准地址数据库

按照公安部标准地址数据库规范要求，在分析全市地址信息的基础上，设计相应的地址要素，并定义其编码规则，在此基础上自动对已有的地址数据进行分析，自动按照地址要素模型提取相应的地址作为数据字典，协助公安局组织社区民警进行地址采集，并进行地址标准化处理，形成标准地址数据库。

4 系统功能与实现

依据系统需求及工作流程，兰州市公安局巡逻车GPS定位系统主要功能构成如图2所示。

图2 兰州市公安局巡逻车GPS定位系统功能组织关系

(1)外网数据通讯子系统

系统通过TCP监听GPS终端，并与之建立Socket连接;系统通过Socket连接接收GPS终端通过GPRS传送来的数据，根据协议解析出GPS终端编号、时间、位置、速度、方向、里程、状态或抓拍的图片、报警等信息，将数据插入到外网数据库，通过安全接入平台将数据同步到内网数据库;系统将监听到的内网数据库同步过来的GPS指令信息或短信信息发送到GPS终端处理。

(2)内网数据分发子系统

系统实时监听内网数据库并取出每一条新增加的记录，根据数据标志位解析出不同类型的数据，采用数据推送技术将数据发送到消息服务器，避免了巡逻车指挥调度子系统直接监控内网数据库所带来的承重压力，达到负载均衡、系统优化的目的。

(3)巡逻车指挥调度子系统

系统实现WebGIS常用功能，接收消息服务器推送过来的数据，在电子地图上实时更新每辆巡逻车的位置、速度、状态等信息，也可以对某一辆巡逻车实施单独跟踪;实现图属互查、缓冲区分析、包含分析、路径分析等支持决策功能;监控人员可在电子地图上在线标注，对重点区域、常用位置、运行路线进行标注，即对电子地图实现在线编辑;系统能够对GPS终端下达各种指令、设置各类参数;系统集成对部门、警员、车辆、车台、手台、用户的登记管理功能以及各种统计、分析报表。巡逻车指挥调度子系统的实现效果如图3、图4所示。

图3 巡逻车指挥调度子系统实时定位

图4 巡逻车指挥调度子系统历史轨迹查询

5 系统实现的关键技术

5.1 富客户端(RIA)技术

RIA(Rich Internet Application)作为一个互联网领域越来越火的术语，“Rich”代表功能强大，高交互性。RIA实际上是一种基于Web的C/S架构，究其根本在于它相对传统Web应用的诸多优势，数据能够被缓存在客户端，从而可以实现一个比基于页面式HTML的响应速度更快且数据往返于服务器的次数更少的用户界面，且包括丰富的表现力、富有交互、内容丰富、基于富客户端引擎等等，兼有C/S和B/S架构的优势。表现力丰富，运行速度快，交互能力强，网络效率高，安全可靠，实现了地图的平滑、无缝过渡，为用户提供良好的体验。

5.2 数据通讯

巡逻车启动后，GPS终端自动向已设定的通讯IP地址(即外网数据通讯子系统服务器IP地址)、端口号请求Socket连接，服务器接收到连接请求后，经过TCP协议三次握手后正式建立连接并将该连接加入到GPS连接缓冲池中，其中每个GPS终端的SIM卡号为每个连接的唯一标识。连接通道建立后，GPS终端即与系统进行数据交互，其交互数据有以下3类:

(1)定位数据

GPS终端通过已建立连接通道向服务器按一定时间间隔自动发送定位信息，系统接收到定位信息后根据协议规则逐字位解析该二进制串，解析完成后将定位信息插入到外网数据库，通过网闸同步到内网数据库。

(2)图像数据

系统向GPS终端(由GPS接收机、摄像头、条屏组成)摄像头发送图像抓拍指令，由于上传图像分辨率为320×240像素，图像数据量相对较大，而SIM每次上传数据量有限，GPS终端根据指令抓拍图像后将图像数据分为7个数据包逐步上传，每包数据上传到系统，经系统确认接收后，GPS终端再上传下一包数据，直到所有包系统接收完成，然后图像数据记录插入到外网数据库，通过网闸同步到内网数据库。

(3)条屏数据

系统向GPS终端发送条屏显示指令、显示方式及显示内容，GPS终端接收指令并按显示方式将显示内容显示在条屏上，并向系统发送显示结果信息。

5.3 数据库监控

由于安全接入平台的隔离限制，部署在安全接入平台内的内网数据分发子系统、巡逻车指挥调度子系统无法与安全接入平台外的外网数据通讯子系统直接进行数据交互，只能先将需要交互的数据插入到内网或外网数据库，然后通过安全接入平台数据同步功能将刚插入的数据同步到外网或内网数据库，因此外网数据通讯子系统和内网数据分发子系统必须实时感知到所关注数据表的变化，即必须实现数据库监控功能。

Oracle提供了Database change Notification功能，通过注册的形式告诉数据库需要监听某数据表，当数据发生变化时会自动通知用户。实现思路如下:

(1)注册

指定数据库要监听的查询。

(2)通知

一旦数据库中的数据发生变化，数据库将自动发送通知，在系统中通过程序定义处理操作。

(3)响应

设定的处理程序一旦收到通知，取出插入的数据记录并解析。

6 结语

“兰州市公安局巡逻车GPS定位系统”系统自2010年3月投入使用以来，几经维护修改，目前系统7×24 h不间断运行，运行稳定、效果良好，基本达到了系统预期建设目标。当前，该系统实时监控的巡逻警车已达249辆，系统应用范围包括兰州市公安局指挥中心、特警支队、各县区分局以及各辖区派出所等单位。

系统利用成熟的GPS卫星定位技术以及先进的无线数据传输网络，实时的处理巡逻车装备的GPS终端发送的定位信息，将原始信息与处理后的定位信息存储于数据库系统并同步“推送”至系统监控中心。通过将巡逻车实时位置信息显示于警用电子地图中，使系统监控中心能够直观、准确的确定巡逻车的位置，快速获知每辆巡逻车的任务执行情况以及巡逻车中的巡逻人员信息，增强公安系统统一指挥、快速反应、协调作战、打击犯罪的能力。并且系统利用存储的巡逻车实时位置数据，实现对特定巡逻车、特定时段的活动轨迹回放;通过灵活、多样的数据查询、统计功能，实现对存储数据的多维度利用。

［1］钟海丽，童瑞华，李军等.GPS定位与地图匹配方法研究［J］.小型微型计算机系统，2003(11):36～39.

［2］翟战强，蔡少华.基于GPRS/GPS/GIS的车辆导航与监控系统［J］.测绘通报，2004(2):20～23.

［3］袁煜锋.基于Flex与REST的WebGIS研究［D］.上海:华东师范大学，2009:34～48.

［4］杨占坡，杨铭，翁颖.Flex 3 RIA开发详解与精深实践——企业级Web应用与AIR桌面应用［M］.北京:清华大学出版社，2009.

［5］华强公司 HQ2.0无线协议维护小组.华强 GPS终端GPRS/CDMA无线通讯协议(HQ2.0)［P/OL］.深圳华强信息产业有限公司，2009.

［6］深圳川基科技有限公司.通用工业应用LED条屏标准通讯协议 V218［P/OL］.2009.