呂益民，徐冰冰

（1.廣州市公安局科技通信處，廣州 510000；2.北京航天長峰科技工業(yè)集團有限公司廣東分公司，廣州 510000）

隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展和智能終端的普及，人們在生活和工作中越來越多地應(yīng)用到位置服務(wù)，定位方式也從單一地依賴全球定位系統(tǒng)發(fā)展到應(yīng)用多種方式進行室外室內(nèi)無縫定位。公安部門也將定位技術(shù)應(yīng)用于案件偵破中，且其在技偵領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，但是目前的定位技術(shù)還不能滿足公安對于室內(nèi)定位與室外定位相結(jié)合，無縫、高精度、實時性好的定位要求。在新的警務(wù)信息化形勢下，應(yīng)有效結(jié)合各種定位優(yōu)勢，建立混合定位平臺來滿足不同定位精度、不同應(yīng)用場景的定位需求，為警務(wù)業(yè)務(wù)提供更好的技術(shù)支撐，用先進的技術(shù)手段進一步優(yōu)化相關(guān)警務(wù)流程。

1 定位技術(shù)分析

從全球范圍來看，定位技術(shù)的發(fā)展非常迅速，從基于衛(wèi)星的美國GPS、中國的北斗（BDS），到基于基站、無線、RFID等技術(shù)的基站定位、Wi-Fi定位以及RFID定位，這些定位技術(shù)應(yīng)用在社會的各個方面，為國家發(fā)展、社會大眾提供了極大的便利。雖然這些定位技術(shù)都已經(jīng)在某些領(lǐng)域應(yīng)用，但是優(yōu)劣不同，應(yīng)用場景也不同。

1.1 GPS定位

GPS全球定位系統(tǒng)是最早使用的基于衛(wèi)星的定位技術(shù)，起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。GPS定位在開闊的地方精度可達10m～15m，定位效果較好。截至目前，GPS定位是應(yīng)用最廣泛的定位技術(shù)。

GPS定位應(yīng)用廣泛，在公共安全領(lǐng)域，它廣泛應(yīng)用于公安指揮調(diào)度、警力動態(tài)部署、應(yīng)急現(xiàn)場快速處置等警務(wù)實戰(zhàn)中，為精確指揮、準確打擊提供了重要的手段。但是在諸如室內(nèi)或市區(qū)樓群密集區(qū)等衛(wèi)星信號不好的地區(qū)，信號干擾強烈、衛(wèi)星信號不夠，定位效果差，其性能和可用性急劇下降，定位速度也相對較慢，實施部署的費用也較昂貴。由于核心技術(shù)由美國掌握，我國無法進一步提高其精度，在安全領(lǐng)域的應(yīng)用存在隱患。

1.2 北斗定位

BDS是我國自行研制的“北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)”，由空間衛(wèi)星、地面主控站（控制中心）、標校站和用戶終端設(shè)備三大部分組成，它具有快速二維定位、雙向簡短報文通信和精密授時三大基本功能。

截至2013年，北斗在軍用及民用領(lǐng)域均已開展應(yīng)用，對GPS形成了一定程度的沖擊。如在軍用領(lǐng)域，北斗二代軍用終端已達到厘米級的定位精度；而在更廣泛的民用領(lǐng)域，三星已推出支持北斗衛(wèi)星定位功能的手機，凱立德已推出支持北斗的車載導(dǎo)航儀。根據(jù)《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)產(chǎn)值將超過4 000億元，國內(nèi)以往由GPS壟斷市場的局面正在改變。

1.3 基站定位

基站定位是一種基于移動通信基站信號進行定位的定位技術(shù)，一般應(yīng)用于手機用戶。其定位精度與附近的基站數(shù)量有關(guān)，當前位置附近的基站越多，計算得出的位置精度越高。

基站定位技術(shù)的主要優(yōu)點是對終端沒有特殊要求，支持任何終端尤其是低價位終端，定位響應(yīng)時間很短，整個定位過程僅需幾秒鐘?；径ㄎ患夹g(shù)還有很好的覆蓋性和可靠性，在移動網(wǎng)覆蓋的地方，包括室內(nèi)、地下車庫等位置，都可以對移動終端進行定位?；径ㄎ坏娜秉c是定位精度依賴于基站覆蓋區(qū)域的大小，一般定位精度在數(shù)百米左右。在基站密度較低的地區(qū)（如郊區(qū)和農(nóng)村），基站定位技術(shù)很難獲得理想的定位精度。這種定位技術(shù)一般應(yīng)用于對位置要求精度不高的應(yīng)用場景中（如應(yīng)用到人員運動概要查詢展示中）。

1.4 UWB定位

超寬帶定位技術(shù)（UWB）是一種全新的、與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大差異的通信新技術(shù)。它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波，而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，從而具有GHz量級的帶寬，該方式具有精度高（可以做到厘米精度），實用的環(huán)境很廣的特點。UWB定位一般采用信號到達時間差（TDOA）與到達角度（AOA）用于室內(nèi)精確定位，具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點，但依賴于超寬帶收發(fā)的電子電路或者芯片，對系統(tǒng)的設(shè)計和成本要求比較高。

超寬帶系統(tǒng)可以在自然或人為的災(zāi)難現(xiàn)場，如火災(zāi)、地震、交通事故等，借助高精度定位提高搜救效率，減少不必要的傷亡。

1.5 Wi-Fi定位

Wi-Fi定位是借助現(xiàn)有的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和不同接入點（AP）的位置，通過定位算法實現(xiàn)對具有Wi-Fi功能的終端的相對定位。

Wi-Fi定位適合于無線訪問接入點（AP）多的地方，如校園、公司、城市中心等，精確度大約在1～20米的范圍內(nèi)。Wi-Fi定位可以在室外和室內(nèi)使用,由于Wi-Fi在室外AP密度較小，受到移動汽車和障礙物影響大，所以室內(nèi)定位效果比較好。但是，無論是用于室內(nèi)還是室外定位，Wi-Fi收發(fā)器覆蓋區(qū)域有限，而且很容易受到其他信號的干擾，從而影響其精度，定位器的能耗也較高，比較適合應(yīng)用于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接入點覆蓋密度較大，對定位精度要求不是太高的區(qū)域。對不同定位技術(shù)的直接比較如表1所示。

表1 不同定位系統(tǒng)的比較

2 混合定位技術(shù)在公安領(lǐng)域的應(yīng)用探討

隨著各類突發(fā)性、災(zāi)難性事件在大城市的頻發(fā)，公安領(lǐng)域?qū)旌隙ㄎ坏男枨笤诓粩嘣黾硬⑶以絹碓狡惹?。通過調(diào)研分析，我們認為目前混合定位在公安領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在兩方面，即報警定位和指揮調(diào)度。兩種應(yīng)用對定位的精度、容量、部署方式等方面要求各不相同，所以需要對每種應(yīng)用的特點進行綜合分析，最終找出最可行、最有效的技術(shù)實現(xiàn)方式。

2.1 報警定位的需要

110報警服務(wù)臺通常針對報警人描述的信息進行登記錄入，由于報警人身處環(huán)境通常比較惡劣，加之報警人員由于緊張或不了解身處環(huán)境等原因?qū)е绿峁╁e誤位置信息，報警定位響應(yīng)速度受到不同程度影響。目前，多數(shù)報警定位只能對固定電話呼入進行定位，但是在移動電話呼叫占70%的情況下，手機語音定位需求迫切。同時，針對不具備語音環(huán)境的報警人，短信報警的應(yīng)用需求也不可忽視。

2.1.1 應(yīng)用特點

現(xiàn)場環(huán)境具有不確定性，條件可能非常惡劣，一般不具備在核心區(qū)域架設(shè)設(shè)備的條件；人員環(huán)境相對簡單，建筑物阻擋情況不能確定；需要定位的人員數(shù)量不會很多，需要知道所處的位置。

2.1.2 需求分析

系統(tǒng)具備很強的堅固性，能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境條件；架設(shè)方便靈活快捷，能夠不依賴外在條件獨立運行，且不需要在核心區(qū)域內(nèi)架設(shè)設(shè)備；系統(tǒng)容量不要求很大，但要提供準確位置；供電僅需能夠滿足處置的實際需要即可。

2.2 指揮調(diào)度的需要

指揮調(diào)度的定位需求主要體現(xiàn)在警力布防和應(yīng)急處突兩方面。在區(qū)域路段及大型的火車站、汽車站、地鐵和機場等交通樞紐，人流大，環(huán)境復(fù)雜，是各類治安、刑事案件的高發(fā)區(qū)域，同時也是反恐處突的重點防范區(qū)域，所以一般在這類地點會有專門的部門或多家單位共同開展工作，大量警力會出現(xiàn)在這些場所。作為上級指揮調(diào)度部門的指揮員，需要實時掌握投入警力的位置分布情況和出勤到位情況，為突發(fā)事件的快速處置以及民警到崗情況的考核提供數(shù)據(jù)和決策輔助。這就需要通過技術(shù)手段實現(xiàn)對警力的定位以及定位信息的可視化；對于處置一些重大突發(fā)事件的指揮調(diào)度，由于核心現(xiàn)場一般具有高危險性，處置人員的位置信息獲取極為重要，指揮員不僅能夠通過位置信息指導(dǎo)現(xiàn)場處置人員行動，還能夠根據(jù)現(xiàn)場需要動態(tài)調(diào)整其分布。例如，消防隊員進入濃煙密布的著火建筑物救火，特警隊員進入封閉區(qū)域解救人質(zhì)或排除爆炸物，救災(zāi)隊員在廢墟下進行營救行動等。

2.2.1 應(yīng)用特點

警力布防的應(yīng)用特點是人流密度很大，區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜且面積大；架設(shè)方便靈活快捷，能夠不依賴外在條件獨立運行，且不需要在核心區(qū)域內(nèi)架設(shè)設(shè)備；系統(tǒng)容量不要求很大，但要提供準確位置。供電僅需能夠滿足處置的實際需要即可。

應(yīng)急處突的應(yīng)用特點是現(xiàn)場環(huán)境具有不確定性，條件可能非常惡劣，一般不具備在核心區(qū)域架設(shè)設(shè)備的條件；人員環(huán)境相對簡單，建筑物阻擋情況不能確定；需要定位的人員數(shù)量不會很多，需要知道所處的位置。

2.2.2 需求分析

警力布防的定位需求是定位精度要求相對較高，能夠適應(yīng)人流密度大的環(huán)境；系統(tǒng)的部署方式要盡量簡單易行，充分利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，不改變或不破壞已有的設(shè)施；由于需要長期使用，故系統(tǒng)設(shè)施應(yīng)該有外接電源供電；避免與現(xiàn)有建筑物內(nèi)的其他系統(tǒng)發(fā)生干擾；系統(tǒng)容量要求相對較大，民警佩戴的設(shè)備要小型化、便攜化，避免增加民警負擔；定位數(shù)據(jù)的采集要實時，展示方式要直觀。

應(yīng)急處突的定位需求是系統(tǒng)具備很強的堅固性，能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境條件；架設(shè)方便靈活快捷，能夠不依賴外在條件獨立運行，且不需要在核心區(qū)域內(nèi)架設(shè)設(shè)備；系統(tǒng)容量不要求很大，但要提供準確位置；供電僅需能夠滿足處置的實際需要即可。

3 混合定位的技術(shù)實現(xiàn)分析

混合定位技術(shù)是綜合使用多種定位技術(shù)而快速獲取相應(yīng)位置的相對精確坐標的一種技術(shù)，這種技術(shù)吸取相關(guān)幾種定位技術(shù)的優(yōu)點，綜合利用這些優(yōu)點實現(xiàn)相對精確定位。目前，主要應(yīng)用的混合定位技術(shù)是將GPS定位、北斗定位（BDS）、基站定位、Wi-Fi定位進行結(jié)合的定位，在室內(nèi)沒有衛(wèi)星信號的情況下，使用Wi-Fi定位、基站定位快速獲取粗略位置信息，待有衛(wèi)星信號的情況時使用北斗定位或GPS定位獲取其精確位置信息。

混合定位技術(shù)首先要解決的問題是如何把GPS定位、北斗定位、基站定位和Wi-Fi定位等多種定位結(jié)合起來。這個問題可以分解成兩部分：一部分是在服務(wù)側(cè)，系統(tǒng)如何給用戶提供一個看不見、感覺不到的多種定位技術(shù)的混合體，提供統(tǒng)一的服務(wù)；另一部分在終端，終端如何協(xié)調(diào)Wi-Fi與GPS芯片等的操作，使得能夠給用戶提供一種省電的、感知不到的、統(tǒng)一的位置服務(wù)客戶端支持。

對于前一部分，目前已有很多關(guān)于“混合定位”的研究，主要的解決方法優(yōu)先選擇定位精度高的算法。一般的選擇是首先優(yōu)選GPS定位或北斗定位。當終端的GPS定位或北斗定位功能沒有打開或者GPS和北斗的定位芯片剛啟動還沒有結(jié)果時，則選擇Wi-Fi定位，終端將Wi-Fi信息上報并由平臺返回定位結(jié)果。當終端Wi-Fi功能沒有打開或者沒有搜索到Wi-Fi AP信息時，則選擇基站定位方式，終端上報檢測的基站ID并由平臺返回定位結(jié)果。除了優(yōu)選定位精度高的算法外，還可以在算法層面將不同的信號源進行混合，例如基于Wi-Fi信號和基站信號的混合三角定位、混合指紋定位等算法。

后一個部分是較難解決的問題。對于終端來講，支持服務(wù)端的接口并進行GPS和Wi-Fi定位毫無問題。但一旦加上省電這一需求，一切又變得異常復(fù)雜。省電就要求限制客戶端的一些能力，比如說可能是需要關(guān)上GPS，可能是需要關(guān)閉Wi-Fi，或者至少是（如果可實現(xiàn)）把他們置于低電狀態(tài)。而終端的位置正好是通過GPS和Wi-Fi獲得的，如果關(guān)掉它們無法獲得位置。一些芯片廠商也在芯片上做文章，制作“適合定位混合定位的芯片”，這些芯片有很多省電的辦法，比如調(diào)整Wi-Fi掃描方法，使得一般情況下Wi-Fi既保持掃描又不對所有頻點同時掃描，從而達到省電的目的。目前在實際使用中，很多定位應(yīng)用都會在定位時提示用戶打開GPS或Wi-Fi功能。

4 不同警務(wù)應(yīng)用場景的技術(shù)實踐

4.1 針對“報警定位”的混合定位

對于這類需求，建議采用GPS定位與基站定位結(jié)合的混合定位方式。當報警人的手機具備GPS定位功能并已安裝指定客戶端軟件時，報警人通過手機報警，客戶端軟件自動將GPS獲得的經(jīng)緯度信息發(fā)送給后臺公安系統(tǒng)。當報警人手機不具備GPS功能或具備GPS定位功能但沒有安裝指定客戶端軟件或報警人所處位置不能接受到衛(wèi)星信號時，自動切換成基站定位，基站定位適用于報警人使用手機語音報警及短信報警。

在對語音報警進行定位時，用戶與公安接警員的通話正常進行，由報警定位平臺負責(zé)接收公安接處警系統(tǒng)發(fā)來的定位請求，并與移動運營商的信令采集平臺進行相互認證，以確保對該用戶的定位在合理合法的情況下進行，然后由運營商系統(tǒng)根據(jù)用戶報警時所處位置的基站信息進行定位處理，最終由報警定位平臺負責(zé)將用戶的位置信息發(fā)給公安接處警系統(tǒng)，報警人位置信息在警用地理信息系統(tǒng)（PGIS）地圖上展示，處警員根據(jù)展示的信息進行快速派警。

在對短信報警進行定位時，報警人發(fā)出的報警短信并沒有直接發(fā)給公安接處警系統(tǒng)，而是由報警定位平臺負責(zé)接收，同時會與移動運營商的定位平臺進行相互認證，以確保對該報警人的定位在合理合法的情況下進行，然后由運營商系統(tǒng)根據(jù)用戶報警時所處位置的基站信息進行定位處理，最終由報警定位平臺負責(zé)將報警人的位置信息結(jié)合報警短信內(nèi)容形成較為詳細的報警信息，發(fā)給用戶所在地市的公安接處警系統(tǒng)，報警人位置信息和短信信息在PGIS地圖上展示，處警員根據(jù)展示的信息進行快速派警。

4.2 針對“指揮調(diào)度”的混合定位

對于警力布防這類需求，通過對案事件信息和社會面動態(tài)警力在PGIS地圖上的實時定位，實現(xiàn)指揮調(diào)度的可視化、扁平化，并結(jié)合PGIS的城市道路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行路徑分析及最佳服務(wù)區(qū)分析，做到即時布警、快速出警、迅速處警。考慮到建設(shè)成本和使用效率等方面的問題，建議充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，如以現(xiàn)成的Wi-Fi接入點，或其他無線通信網(wǎng)絡(luò)基站為基本參考點，充分發(fā)揮后臺軟件定位引擎的強大功能，將項目建設(shè)的主要精力放在終端（Tag）的研發(fā)和后臺軟件的開發(fā)上，來滿足定位的需求；如果區(qū)域內(nèi)不具備類似可以利用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，或精度不能夠滿足使用的需要，可以考慮采用UWB或RFID等技術(shù)，重新建設(shè)專用的定位網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，滿足定位精度和可靠性方面的需求，但建設(shè)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施在成本和實施難度方面，都是需要充分考慮的因素。

應(yīng)急處突這類需求的代表為在火災(zāi)現(xiàn)場處置過程中，對進入火場的消防隊員在PGIS房屋建筑結(jié)構(gòu)圖上進行精確定位，指揮員根據(jù)定位信息可以對現(xiàn)場消防員進行有效的引導(dǎo)，減小意外發(fā)生的可能。為滿足這類惡劣現(xiàn)場的應(yīng)用條件，建議將GPS，UWB，Wi-Fi等技術(shù)有效融合，共同組成一套適用于應(yīng)急現(xiàn)場的全能型定位系統(tǒng)。這套系統(tǒng)采用UWB解決室內(nèi)定位的問題，利用超寬帶技術(shù)在抗多徑效應(yīng)方面的優(yōu)勢，用TDOA和AOA算法解決定位精度的問題；采用GPS定位解決參考點的位置問題，便于實現(xiàn)與電子地圖的有效融合；采用現(xiàn)場臨時搭建的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)定位信息的傳輸，使現(xiàn)場臨時指揮部能夠?qū)崟r掌控情況?？紤]到現(xiàn)場沒有通信基礎(chǔ)設(shè)施的情況，將基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分別構(gòu)建在多輛通信車上，車上通信設(shè)備包括了GPS的定位終端、UWB參考點傳感器和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備。在應(yīng)急突發(fā)現(xiàn)場，多輛通信車分別部署于核心現(xiàn)場的四周，構(gòu)建起UWB室內(nèi)定位網(wǎng)絡(luò)和Wi-Fi傳輸網(wǎng)絡(luò)，進入核心現(xiàn)場的處置人員配備定位終端，該終端發(fā)出UWB無線信號，部署在車上的多個參考點傳感器接收該信號并進行信號測量，并通過Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)將測量值傳至控制中心，控制中心定位服務(wù)器使用AOA與TDOA混合定位方法，得到目標定位終端的位置信息，同時，還利用每個參考點傳感器的GPS定位數(shù)據(jù)對目標點位置信息進行校正，最終展現(xiàn)在PGIS地圖上。

5 結(jié)束語

混合定位技術(shù)交叉融合了多個學(xué)科和多種技術(shù)，但目前仍有許多有待解決的技術(shù)問題，包括：體系結(jié)構(gòu)的標準化問題、各種技術(shù)的無縫整合問題、室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議問題等。盡管如此，基于混合定位技術(shù)的警務(wù)應(yīng)用無論在功能性、易用性和實用性等方面均能滿足公安系統(tǒng)的需求，可實實在在的提高警務(wù)工作的反應(yīng)速度和工作效率，進一步提高和豐富公安機關(guān)應(yīng)對各類事件的處置能力和管控措施，強化現(xiàn)有移動警務(wù)系統(tǒng)主體功能，是公安系統(tǒng)工作方式的一種創(chuàng)新，是“科技強警”的最好體現(xiàn)。

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