王志芳

（河北科技大學(xué)理工學(xué)院，河北石家莊 050035）

基于Android的單兵應(yīng)急系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

王志芳

（河北科技大學(xué)理工學(xué)院，河北石家莊 050035）

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

單兵終端；應(yīng)急通信；數(shù)據(jù)同步；協(xié)同標(biāo)繪；資源管理

單兵應(yīng)急系統(tǒng)是針對中心應(yīng)急系統(tǒng)和車載應(yīng)急系統(tǒng)而形成的概念。在應(yīng)急突發(fā)事件（比如地震、泥石流）發(fā)生后，大部分情況下應(yīng)急車是不可能開到事發(fā)現(xiàn)場的，尤其是邊遠(yuǎn)山區(qū)道路交通阻斷時(shí)，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(yīng)急系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。目前應(yīng)急領(lǐng)域主流的單兵終端大都是指無線圖傳設(shè)備和短波、超短波電臺通信，這些設(shè)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(jī)、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(yīng)用系統(tǒng)也層出不窮。擬采用基于Android的終端設(shè)備來解決在應(yīng)急領(lǐng)域“最后幾公里”的問題，不但可以減輕單兵背負(fù)設(shè)備的質(zhì)量，還可以降低單兵應(yīng)急的成本，Android系統(tǒng)下的眾多應(yīng)用軟件也可以在應(yīng)急救援中發(fā)揮重要作用。

1 單兵應(yīng)急系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體需求

單兵應(yīng)急終端主要用于應(yīng)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(yīng)急指揮車（以下簡稱應(yīng)急車）和固定應(yīng)急指揮中心（以下簡稱指揮中心），可以實(shí)時(shí)進(jìn)行音視頻、數(shù)據(jù)通信，遵照指揮中心的部署進(jìn)行救援行動，還具有查詢相關(guān)應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急資源、坐標(biāo)定位導(dǎo)航等一系列應(yīng)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(jī)等，本文主要以手機(jī)為例進(jìn)行闡述。

1.2 總體設(shè)計(jì)

單兵應(yīng)急處于整個(gè)應(yīng)急系統(tǒng)的最前線，如圖1所示，單兵需要將現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)上報(bào)，單兵通信在整個(gè)應(yīng)急過程中尤為重要。本方案設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，通信鏈路主要為3G。

圖1 應(yīng)急業(yè)務(wù)圖Fig.1 Graph for emergency service

整個(gè)單兵應(yīng)急系統(tǒng)分為業(yè)務(wù)層、邏輯實(shí)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(gè)應(yīng)用層的信令控制協(xié)議，用于創(chuàng)建、修改和釋放一個(gè)或多個(gè)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(jìn)行通信［1］。

GIS引擎擬采用UCMAP。據(jù)調(diào)研，現(xiàn)階段手機(jī)嵌入式GIS引擎只有UCMAP支持態(tài)勢標(biāo)繪，這在單兵應(yīng)急指揮過程中極為重要。在GIS之上構(gòu)建單兵協(xié)同標(biāo)繪模塊，可以實(shí)時(shí)接收指揮中心的態(tài)勢標(biāo)繪指令，使得單兵的行動可與指揮中心達(dá)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(chǔ)。

應(yīng)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(guān)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(guān)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(shè)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(shí)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(shí)現(xiàn)層包含3個(gè)子系統(tǒng)：應(yīng)急通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、應(yīng)急資源管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了上層業(yè)務(wù)的音視頻通信、GIS定位、協(xié)同標(biāo)繪、數(shù)據(jù)查詢同步。以下重點(diǎn)闡述這3個(gè)系統(tǒng)。

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

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 音視頻通信

本方案中應(yīng)急通信系統(tǒng)不單純依靠手機(jī)自帶的通話功能，應(yīng)急業(yè)務(wù)的特殊性決定了單兵應(yīng)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(chǔ)上開發(fā)了音視頻通信業(yè)務(wù)終端，如圖3所示，使得單兵可以通過3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行音頻通話，同應(yīng)急車和指揮中心召開視頻會議，可以借助于手機(jī)的攝像頭實(shí)時(shí)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集并傳送給應(yīng)急車和指揮中心，借助Android自帶的視頻編解碼技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)視頻通話功能［2］。

2.2 協(xié)同標(biāo)繪和地理信息系統(tǒng)

目前手機(jī)上的地理信息系統(tǒng)大都止步于定位查詢功能，在應(yīng)急領(lǐng)域，態(tài)勢標(biāo)繪也是一個(gè)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(biāo)繪，基本能滿足常用的應(yīng)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(biāo)繪系統(tǒng)組件。

協(xié)同標(biāo)繪設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖3 VoIP音視頻通信設(shè)計(jì)Fig.3 Audio and video communication design for VoIP

將協(xié)同標(biāo)繪的同步服務(wù)端和客戶端放在一個(gè)組件里實(shí)現(xiàn)，這樣當(dāng)某個(gè)服務(wù)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(wù)器端來實(shí)現(xiàn)協(xié)同標(biāo)繪的任務(wù)。這個(gè)組件最后會部署到單兵手機(jī)、應(yīng)急車服務(wù)器和固定指揮中心的服務(wù)器上，默認(rèn)情況下，會以指揮中心為協(xié)同標(biāo)繪的服務(wù)中心，它來負(fù)責(zé)分發(fā)各個(gè)終端的標(biāo)繪指令，并同步所有參加到該服務(wù)上的標(biāo)繪單位。

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

圖4 協(xié)同標(biāo)繪設(shè)計(jì)Fig.4 Design for collaborative plotting

2.3 應(yīng)急資源、知識庫查詢和數(shù)據(jù)同步設(shè)計(jì)

指揮中心一般會包含各種應(yīng)急數(shù)據(jù)資料、應(yīng)急資源配置管理系統(tǒng)和知識庫。單兵應(yīng)急系統(tǒng)在應(yīng)急救援現(xiàn)場要充當(dāng)“應(yīng)急小中心”的作用，不但要保證通信順暢，還需要實(shí)時(shí)提供各種知識庫、資源查詢功能，消耗了多少應(yīng)急資源要及時(shí)上報(bào)指揮中心。指揮中心的領(lǐng)導(dǎo)可以實(shí)時(shí)查看應(yīng)急資源數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、有效性直接影響了應(yīng)急救援的高層決策。指揮中心、應(yīng)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(shè)計(jì)Fig.5 Design for data synchronization

3 實(shí)驗(yàn)分析

本方案參考了中心應(yīng)急通信的基本設(shè)計(jì)原理，主要難點(diǎn)是Android系統(tǒng)通信部分，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室專題實(shí)驗(yàn)如下。

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

實(shí)驗(yàn)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(shí)間小于2 s，協(xié)同標(biāo)繪延遲小于1 s。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方案在技術(shù)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(shí)的3G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境存在差異，現(xiàn)階段中國的3G網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性有待提高，在實(shí)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(yīng)急救援工作能否及時(shí)有效，應(yīng)急建設(shè)是否得到重視是檢驗(yàn)政府績效的重要組成部分。國家各級政府應(yīng)急單位都在不遺余力地建設(shè)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(yīng)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(yīng)急勢必會越來越受到重視，設(shè)計(jì)一種合理、有效、便捷的單兵應(yīng)急終端系統(tǒng)十分必要。

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

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

［3］張立生.移動實(shí)時(shí)協(xié)同標(biāo)繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，28（3）：56－65.

［4］盧 宇，龔忠友，吳進(jìn)營，等.基于 WEB服務(wù)的分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)同步設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)應(yīng)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(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的研究。