董麗娜，袁小龍，彭仲秋，黃顯義

（1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100000；2.烏魯木齊金維圖文信息科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830091）

基于北斗（BDS）的野外安全生產(chǎn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

董麗娜1，袁小龍2，彭仲秋2，黃顯義2

（1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100000；2.烏魯木齊金維圖文信息科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830091）

野外安全生產(chǎn)平臺(tái)是應(yīng)用北斗短報(bào)文通信，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查項(xiàng)目野外數(shù)據(jù)采集安全管理、數(shù)據(jù)管理和質(zhì)量管理功能。據(jù)地質(zhì)勘查野外作業(yè)特點(diǎn)，提出構(gòu)建智能移動(dòng)終端、生產(chǎn)管理助手和實(shí)時(shí)監(jiān)控綜合應(yīng)用平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，提高野外作業(yè)工作效率，增強(qiáng)野外作業(yè)安全保障。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；Android系統(tǒng)；野外安全生產(chǎn)平臺(tái)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是中國正在實(shí)施的自主發(fā)展、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，2012年正式向亞太地區(qū)提供服務(wù)。Android操作系統(tǒng)是由美國谷歌公司于2007年發(fā)布的基于Linux內(nèi)核操作系統(tǒng)，為移動(dòng)終端打造的開放和完整的移動(dòng)操作系統(tǒng)平臺(tái)。我國地質(zhì)調(diào)查、輔助定位等移動(dòng)設(shè)備及應(yīng)用都是基于Windows CE操作系統(tǒng)。目前基于Android操作系統(tǒng)的移動(dòng)終端及應(yīng)用開發(fā)已成為一種新趨勢(shì)。西北地區(qū)野外工作環(huán)境荒無人煙、通訊不暢和交通不便等不利因素嚴(yán)重威脅著地質(zhì)調(diào)查工作者生命安全和野外地質(zhì)調(diào)查工作的順利開展。為此，筆者提出構(gòu)建基于Android系統(tǒng)智能移動(dòng)終端、生產(chǎn)管理助手和實(shí)時(shí)監(jiān)控綜合應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，提高野外作業(yè)工作效率，保障野外作業(yè)人員安全。

1 平臺(tái)整體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路及總體構(gòu)架

基于北斗衛(wèi)星野外安全生產(chǎn)平臺(tái)由“智能移動(dòng)終端、生產(chǎn)管理助手和實(shí)時(shí)監(jiān)控”應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)成。智能移動(dòng)終端接收北斗衛(wèi)星坐標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)精確定位和數(shù)據(jù)采集。設(shè)備管理助手實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)備和野外采集的數(shù)據(jù)管理。實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)接收移動(dòng)終端發(fā)送的北斗短報(bào)文信息，解析坐標(biāo)和作業(yè)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端的監(jiān)控、調(diào)度和安全質(zhì)量管理功能。平臺(tái)由多個(gè)子系統(tǒng)集成，包括硬件產(chǎn)品設(shè)計(jì)和軟件產(chǎn)品配套開發(fā)，核心功能是定位、通訊和信息采集。系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)硬件與軟件的無縫銜接，充分發(fā)揮硬件的最優(yōu)性能。

1.2 功能設(shè)計(jì)

①智能移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)對(duì)野外作業(yè)人員的定位、實(shí)時(shí)通訊和地質(zhì)特征數(shù)據(jù)信息記錄；②監(jiān)控系統(tǒng)通過野外作業(yè)狀態(tài)分析、作業(yè)航跡管理和空間信息展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)野外作業(yè)人員的動(dòng)態(tài)管理、指揮調(diào)度和應(yīng)急救援；③生產(chǎn)管理助手實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目野外采集的數(shù)據(jù)一站式管理，節(jié)省野外作業(yè)人員數(shù)據(jù)整理時(shí)間。

2 Android手持終端應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)

Android手持終端利用北斗系統(tǒng)技術(shù)提供位置測(cè)量、短報(bào)文通信、緊急情況呼救和業(yè)務(wù)處理等功能。

2.1 位置測(cè)量

北斗系統(tǒng)定位時(shí)，最少需4個(gè)衛(wèi)星（圖1）。假設(shè)已知的4顆衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)中瞬時(shí)位置分別為：衛(wèi)星1（x1，y1，z1）、衛(wèi)星2（x2，y2，z2、衛(wèi)星3（x3，y3，z3）、衛(wèi)星4（x4，y4，z4），觀測(cè)點(diǎn)的位置為（x，y，z），則有

式中，i取1，2，3，4，C為信號(hào)的傳播速度，vti為四顆衛(wèi)星的鐘差，vto為觀測(cè)點(diǎn)接收機(jī)的鐘差，di=c×Δti，表示衛(wèi)星i到觀測(cè)點(diǎn)之間的距離，Δti為衛(wèi)星i的信號(hào)到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間。由上面4個(gè)方程可以計(jì)算出x，y，z，vto。

圖1 北斗系統(tǒng)定位Fig.1 Beidou system location

手持終端調(diào)用北斗系統(tǒng)定位功能，可直接進(jìn)行位置測(cè)量，定位平面精度10 m，高程精度10 m，測(cè)速精度0.2 m/s，位置測(cè)量及點(diǎn)庫編輯界面見圖2，圖3。

短報(bào)文通信手持終端通過北斗系統(tǒng)，可向通訊基站或其他手持終端發(fā)送120個(gè)漢字以內(nèi)的短報(bào)文信息，對(duì)無電信運(yùn)營商信號(hào)覆蓋區(qū)域從事野外作業(yè)的地質(zhì)工作者，意義十分重大。

緊急情況呼救為使野外作業(yè)人員在碰到突發(fā)緊急情況時(shí)可快速通信，手持終端提供了一鍵呼救功能，將用戶當(dāng)前位置信息與求救信號(hào)一起發(fā)送至通訊基站。通訊基站接收到終端發(fā)來的求救信號(hào)與位置信息后，可迅速啟動(dòng)相應(yīng)營救措施。

業(yè)務(wù)處理據(jù)野外作業(yè)具體業(yè)務(wù)需求，提供專業(yè)化業(yè)務(wù)預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)采集后，傳輸?shù)絇C機(jī)或服務(wù)器上。

3 監(jiān)控生產(chǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

安全與生產(chǎn)是野外地質(zhì)勘查中最關(guān)心的兩個(gè)問題，本平臺(tái)圍繞這兩個(gè)方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，監(jiān)控生產(chǎn)平臺(tái)在PC機(jī)或服務(wù)器上運(yùn)行。

圖2 位置測(cè)量界面Fig.2 Position measurement interface

圖3 測(cè)量點(diǎn)庫編輯界面Fig.3 Editing interface of measurement point library

3.1 安全監(jiān)控

①實(shí)時(shí)顯示所有手持終端的位置信息。每臺(tái)野外作業(yè)的手持終端按設(shè)定好的時(shí)間間隔向監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送位置信息，監(jiān)控平臺(tái)以地質(zhì)底圖或遙感影像為背景，實(shí)時(shí)更新各手持終端在地圖中的位置；②處理手持終端的緊急呼救請(qǐng)求。如收到手持終端發(fā)送的緊急情況呼救信息，可自動(dòng)記錄手持終端的位置、人員和其他信息，做出相應(yīng)處理。如無法直接處理，可向上一級(jí)監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送緊急呼救請(qǐng)求；③響應(yīng)手持終端用戶位置查找請(qǐng)求。收到手持終端發(fā)送的查找用戶位置請(qǐng)求后，將被查找的手持終端的最新位置和定位時(shí)間發(fā)送給查找的手持終端；④與手持終端進(jìn)行通信?？上蚴殖纸K端發(fā)送北斗短報(bào)文，也可接收、轉(zhuǎn)發(fā)手持終端發(fā)送來的短報(bào)文信息；⑤與上級(jí)監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行通信?？山邮铡⑥D(zhuǎn)發(fā)上級(jí)監(jiān)控平臺(tái)的命令指示，也可向上級(jí)監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送手持移動(dòng)終端位置及信息。

3.2 生產(chǎn)管理

①實(shí)現(xiàn)與Android手持終端數(shù)據(jù)傳輸。野外勘查前，將平臺(tái)上設(shè)計(jì)的信息傳輸?shù)绞殖纸K端；手持終端進(jìn)行野外作業(yè)后，將手持終端的業(yè)務(wù)處理數(shù)據(jù)、航跡、照片等信息導(dǎo)入到平臺(tái)中；②設(shè)備管理。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的登記、查找、修改、刪除等功能；③人員管理。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員信息的登記、查找、修改、刪除等功能；④項(xiàng)目管理。建立項(xiàng)目、配置坐標(biāo)系、關(guān)聯(lián)人員和設(shè)備，提供日計(jì)劃管理、野外勘查數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能，處理后的數(shù)據(jù)可以為專業(yè)的地質(zhì)、物探、化探、遙感軟件直接使用，提高野外勘查的工作質(zhì)量和效率。

4 結(jié)論

本文討論了基于北斗短報(bào)文通信功能實(shí)現(xiàn)野外安全生產(chǎn)平臺(tái)的建設(shè)，開發(fā)了Android手機(jī)移動(dòng)客戶端和監(jiān)控生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該平臺(tái)可實(shí)時(shí)顯示人員動(dòng)態(tài)信息，且不受常規(guī)通訊信號(hào)影響，能實(shí)現(xiàn)無人區(qū)、通訊盲區(qū)等惡劣環(huán)境條件下的追蹤定位，提高了地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)工作效率、加強(qiáng)了野外地質(zhì)工作安全保障以及提高了地質(zhì)工作信息化管理水平。

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The Design and Reality of Field Safety Production Platform Based on BeiDou Navigation Satellite System

Dong Lina1，Yuan Xiaolong2，Peng Zhongqiu2，Huang Xianyi2
（1.China Aero Geophysical Survey&Remote Sensing Center for Land and Resources，Beijing，100000，China；2.Urumqi Jin Wei Graphic Information Technology Co.，LTD，Urumqi，Xinjiang，830091，China）

By BeiDou Navigation Satellite System，the field safety production platform realizes the function which provides safety management，data management and quality control for field data collection.According to the fieldwork of geological exploration feature，this paper presents design solution for establishing intelligent mobile terminal，production management assistant and real time monitoring of integrated application platform.We can improve the efficiency of fieldwork and enhance the safety of fieldwork by this solution.

Beidou Satellite Navigation System；Android system；Field production safety platform

1000-8845（2015）02-289-03

TN927

A

2015-01-09；

2015-02-06；作者E-mail：cn.linadong@yahoo.com

董麗娜（1983-），女，天津人，工程師，碩士，2008年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)，主要從事遙感和地理信息系統(tǒng)應(yīng)用