基于Android的單兵應急系統(tǒng)方案設計

王志芳

（河北科技大學理工學院，河北石家莊 050035）

基于Android的單兵應急系統(tǒng)方案設計

王志芳

（河北科技大學理工學院，河北石家莊 050035）

通過對單兵應急系統(tǒng)需求的分析，基于Android系統(tǒng)下的手持終端，針對實時音視頻通信、GIS、指揮調(diào)度3個方面進行了深入研究分析，提出了一套單兵應急系統(tǒng)方案。該方案主要分為3個部分：1）依托于3G網(wǎng)絡的實時音視頻通信；2）實現(xiàn)支持離線矢量地圖的地理信息系統(tǒng)，并實現(xiàn)指揮中心和手持終端協(xié)同標繪；3）單兵與中心相依相輔的應急資源管理、知識庫查詢和數(shù)據(jù)同步管理。

單兵終端；應急通信；數(shù)據(jù)同步；協(xié)同標繪；資源管理

單兵應急系統(tǒng)是針對中心應急系統(tǒng)和車載應急系統(tǒng)而形成的概念。在應急突發(fā)事件（比如地震、泥石流）發(fā)生后，大部分情況下應急車是不可能開到事發(fā)現(xiàn)場的，尤其是邊遠山區(qū)道路交通阻斷時，為了開展“最后幾公里”的救援工作，必須派單兵深入展開救援，單兵應急系統(tǒng)應運而生。目前應急領域主流的單兵終端大都是指無線圖傳設備和短波、超短波電臺通信，這些設備都比較笨重，裝備到單兵的成本也較高。Android系統(tǒng)的興起，給智能手機、平板電腦、PDA等硬件提供了廣闊的發(fā)展空間，基于Android系統(tǒng)之上的應用系統(tǒng)也層出不窮。擬采用基于Android的終端設備來解決在應急領域“最后幾公里”的問題，不但可以減輕單兵背負設備的質(zhì)量，還可以降低單兵應急的成本，Android系統(tǒng)下的眾多應用軟件也可以在應急救援中發(fā)揮重要作用。

1 單兵應急系統(tǒng)總體設計

1.1 總體需求

單兵應急終端主要用于應急事件發(fā)生后，單兵奔赴現(xiàn)場后將現(xiàn)場數(shù)據(jù)、音視頻資料傳給應急指揮車（以下簡稱應急車）和固定應急指揮中心（以下簡稱指揮中心），可以實時進行音視頻、數(shù)據(jù)通信，遵照指揮中心的部署進行救援行動，還具有查詢相關應急預案、應急資源、坐標定位導航等一系列應急輔助功能。

單兵便攜終端可以是搭載Android系統(tǒng)的PDA、平板電腦、手機等，本文主要以手機為例進行闡述。

1.2 總體設計

單兵應急處于整個應急系統(tǒng)的最前線，如圖1所示，單兵需要將現(xiàn)場情況實時上報，單兵通信在整個應急過程中尤為重要。本方案設計單兵通信手段包括3G，GPRS，wifi，短波、超短波，攜帶這些通信手段的單兵奔赴現(xiàn)場后才能最大限度地發(fā)揮作用。其中短波和超短波不在論述范圍內(nèi)，筆者著重講述Android終端上的設計，通信鏈路主要為3G。

圖1 應急業(yè)務圖Fig.1 Graph for emergency service

整個單兵應急系統(tǒng)分為業(yè)務層、邏輯實現(xiàn)層、中間件、操作系統(tǒng)，如圖2所示。本方案底層操作系統(tǒng)版本選為Android2.3。嵌入式中間件包含SIP協(xié)議棧，GIS引擎和數(shù)據(jù)庫組件。

SIP（session initiation protocol）是一個應用層的信令控制協(xié)議，用于創(chuàng)建、修改和釋放一個或多個參與者的會話。這些會話可以是Internet多媒體會議、IP電話或多媒體分發(fā)。會話的參與者可以通過組播（multicast）、網(wǎng)狀單播（unicast）或兩者的混合體進行通信［1］。

GIS引擎擬采用UCMAP。據(jù)調(diào)研，現(xiàn)階段手機嵌入式GIS引擎只有UCMAP支持態(tài)勢標繪，這在單兵應急指揮過程中極為重要。在GIS之上構(gòu)建單兵協(xié)同標繪模塊，可以實時接收指揮中心的態(tài)勢標繪指令，使得單兵的行動可與指揮中心達到高度統(tǒng)一，方便指揮長指揮部署救援工作，也為后期的單兵協(xié)同作戰(zhàn)打下基礎。

應急資源管理離不開數(shù)據(jù)庫，本方案數(shù)據(jù)庫采用Android平臺上集成的嵌入式關系型數(shù)據(jù)庫SQLite。它是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，是遵守ACID的關聯(lián)式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它占用資源非常低，在嵌入式設備中，可能只需要幾百KB的內(nèi)存就夠了。它能夠支持 Windows/Linux/Unix等主流的操作系統(tǒng)，同時能夠跟很多程序語言相結(jié)合，比如C＃，PHP，Java等，還有ODBC接口，而且它的處理速度比 Mysql，PostgreSQL都快。

邏輯實現(xiàn)層包含3個子系統(tǒng)：應急通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、應急資源管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)實現(xiàn)了上層業(yè)務的音視頻通信、GIS定位、協(xié)同標繪、數(shù)據(jù)查詢同步。以下重點闡述這3個系統(tǒng)。

圖2 單兵應急系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 Architecture of individual emergency system

2 關鍵技術

2.1 音視頻通信

本方案中應急通信系統(tǒng)不單純依靠手機自帶的通話功能，應急業(yè)務的特殊性決定了單兵應急必須開發(fā)專有通信系統(tǒng)。本方案采用開源SIP協(xié)議棧，并在此基礎上開發(fā)了音視頻通信業(yè)務終端，如圖3所示，使得單兵可以通過3G網(wǎng)絡進行音頻通話，同應急車和指揮中心召開視頻會議，可以借助于手機的攝像頭實時將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并傳送給應急車和指揮中心，借助Android自帶的視頻編解碼技術，很方便地實現(xiàn)視頻通話功能［2］。

2.2 協(xié)同標繪和地理信息系統(tǒng)

目前手機上的地理信息系統(tǒng)大都止步于定位查詢功能，在應急領域，態(tài)勢標繪也是一個重要的需求。本方案中采用UCMAP作為地圖引擎，該引擎支持了部分矢量符號標繪，基本能滿足常用的應急指揮矢量符號的使用需要，在Android的迅猛發(fā)展下，各大地圖引擎提供商肯定會很快推出更完善的標繪系統(tǒng)組件。

協(xié)同標繪設計如圖4所示。

圖3 VoIP音視頻通信設計Fig.3 Audio and video communication design for VoIP

將協(xié)同標繪的同步服務端和客戶端放在一個組件里實現(xiàn)，這樣當某個服務器端失去連接后，任何一方都可以快速地將自己本身聲明為服務器端來實現(xiàn)協(xié)同標繪的任務。這個組件最后會部署到單兵手機、應急車服務器和固定指揮中心的服務器上，默認情況下，會以指揮中心為協(xié)同標繪的服務中心，它來負責分發(fā)各個終端的標繪指令，并同步所有參加到該服務上的標繪單位。

一旦指揮中心服務器中斷連接，或者其他故障導致協(xié)同標繪服務失效，則余下的應急車和各單兵都可以主動發(fā)起協(xié)同標繪廣播，宣布由其來擔任協(xié)同服務中心的角色，各個終端同意后，將自動修改協(xié)同服務端地址配置，協(xié)同標繪繼續(xù)進行［3］。

圖4 協(xié)同標繪設計Fig.4 Design for collaborative plotting

2.3 應急資源、知識庫查詢和數(shù)據(jù)同步設計

指揮中心一般會包含各種應急數(shù)據(jù)資料、應急資源配置管理系統(tǒng)和知識庫。單兵應急系統(tǒng)在應急救援現(xiàn)場要充當“應急小中心”的作用，不但要保證通信順暢，還需要實時提供各種知識庫、資源查詢功能，消耗了多少應急資源要及時上報指揮中心。指揮中心的領導可以實時查看應急資源數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的實時性、有效性直接影響了應急救援的高層決策。指揮中心、應急車和單兵的數(shù)據(jù)同步顯得尤為重要。數(shù)據(jù)同步的流程圖見圖5［4］。

圖5 數(shù)據(jù)同步設計Fig.5 Design for data synchronization

3 實驗分析

本方案參考了中心應急通信的基本設計原理，主要難點是Android系統(tǒng)通信部分，經(jīng)過實驗室專題實驗如下。

實驗環(huán)境：使用固定靜態(tài)IP地址的服務器A來代替指揮中心，使用Android2.3版本摩托羅拉ME525手機，使用無線路由器模擬3G環(huán)境，并設置手機也采用內(nèi)網(wǎng)靜態(tài)IP聯(lián)通服務器A。

實驗結(jié)果：視頻通信流暢，畫面清晰，穩(wěn)定在50幀/s以上。500條記錄通信簿測試數(shù)據(jù)同步處理時間小于2 s，協(xié)同標繪延遲小于1 s。

實驗結(jié)果表明：該方案在技術上基本滿足需求。其中數(shù)據(jù)通信是在無線局域網(wǎng)下測試的，與真實的3G網(wǎng)絡環(huán)境存在差異，現(xiàn)階段中國的3G網(wǎng)絡穩(wěn)定性有待提高，在實際環(huán)境中測試性能可能會有所降低。

4 結(jié) 語

在突發(fā)事件頻發(fā)的今天，應急救援工作能否及時有效，應急建設是否得到重視是檢驗政府績效的重要組成部分。國家各級政府應急單位都在不遺余力地建設中心型指揮中心，部分單位也都配備了車載指揮中心，但是單兵應急的投入始終不足，為了解決救援工作“最后幾公里”的問題，單兵應急勢必會越來越受到重視，設計一種合理、有效、便捷的單兵應急終端系統(tǒng)十分必要。

［1］趙 謙.現(xiàn)代信息網(wǎng)技術與應用［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2009.

［2］李 鑫，余震虹，王 琳，等.基于SIP協(xié)議的VoIP技術應用研究［A］.中國控制與決策學術年會論文［C］.無錫：［s.n.］，2007.764－766.

［3］張立生.移動實時協(xié)同標繪系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.河北省科學院學報，2011，28（3）：56－65.

［4］盧 宇，龔忠友，吳進營，等.基于 WEB服務的分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步設計［J］.微計算機應用，2011（12）：47－53.

Design of individual emergency system based on android

WANG Zhi－fang
（Polytechnic College，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050035，China）

Based on the requirement analysis for individual emergency system and the study of real－time audio，video communication，GIS and dispatching of hand－h(huán)eld terminal with Android system.this paper proposes a set of schemes for individual emergency system.It is divided into three main parts：real－time audio and video communication based on the 3G network.geographic information system which supports offline vector map，and the realization of the collaborative plotting for commanding center and hand－h(huán)eld terminal emergency resource management，knowledge database query and data synchronization management between individual and command center.

individual terminal；emergency communication；data synchronization；collaborative plotting；resource management

TP311

A

1008－1534（2012）04－236－03

2012－04－16

陳書欣

王志芳（1982－），女，河北隆堯人，碩士，主要從事計算機應用方面的研究。