顧勁喬 丁 文 吳德華 強(qiáng)京寧 魏大利

警犬集群遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)定位及調(diào)度指揮系統(tǒng)項(xiàng)目的提出，主要是基于公安工作信息化要求、警犬技術(shù)及實(shí)戰(zhàn)管理新要求，以及信息技術(shù)與產(chǎn)品在全社會(huì)的廣泛應(yīng)用。本項(xiàng)目2014年獲公安部項(xiàng)目立項(xiàng)（公安部創(chuàng)新項(xiàng)目：2014YYCXNJJQ074），并由南京警犬研究所承擔(dān)研究開發(fā)工作。項(xiàng)目主要包含三個(gè)方面研究?jī)?nèi)容：即創(chuàng)制警犬可穿戴式內(nèi)嵌特定軟件的超小型定位終端；開發(fā)警犬遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)定位、調(diào)度指揮管理分布式云平臺(tái)；警犬遠(yuǎn)程定位、調(diào)度指揮系統(tǒng)客戶端使用軟件（實(shí)時(shí)檢視系統(tǒng)）。通過(guò)研發(fā)，集成了可穿戴式的定位終端，基于GPS、基站、RF 的多重定位技術(shù)，定期上傳警犬的活動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)管理平臺(tái)管理者、調(diào)度指揮員可以實(shí)現(xiàn)訓(xùn)導(dǎo)員警犬信息查看、警犬實(shí)時(shí)位置信息檢視、發(fā)布指揮調(diào)度指令等；同時(shí)，訓(xùn)導(dǎo)員也可以通過(guò)客戶端軟件管理自己的警犬，如實(shí)時(shí)位置定位和追蹤、電子圍欄、報(bào)警和歷史軌跡查詢等。此外整個(gè)系統(tǒng)還可以借助警犬歷史軌跡查詢功能，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的全部警犬的活動(dòng)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)（一年以內(nèi)信息均可查閱、分析比較），分析查驗(yàn)，分析案件得失與成敗。系統(tǒng)本身具備可加密性，適應(yīng)公安與警犬技術(shù)工作的保密性需要。

一、技術(shù)方案論證

（一）研究現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，無(wú)線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、衛(wèi)星全球定位技術(shù)的日益發(fā)展與普及，正不斷地改變?nèi)藗兊墓ぷ?、生活，不斷地提高我們生活品質(zhì)和工作效率，日益成為各業(yè)不可或缺的重要手段。信息化水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平和綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。

應(yīng)用GPS、北斗定位技術(shù)和GSM 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，創(chuàng)制適合警犬穿戴的專業(yè)警犬定位設(shè)備，用于警犬的實(shí)時(shí)定位追蹤和遠(yuǎn)程調(diào)度指揮，并利用GIS 搭建一套警犬實(shí)時(shí)指揮系統(tǒng)，既可行也十分必要。因其有利于提高工作效率，節(jié)約警力，又可提高警犬技術(shù)的管理水平和實(shí)戰(zhàn)能力。應(yīng)用該系統(tǒng)可以在指揮中心對(duì)電子地圖上警犬集群的位置、速度、狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)度和指揮。系統(tǒng)以地理信息電子地圖為依托，具有相應(yīng)的自動(dòng)化管理水平，可對(duì)各時(shí)點(diǎn)警犬集群信息進(jìn)行記錄、存檔、備查。

人——機(jī)——移動(dòng)通訊——衛(wèi)星定位技術(shù)的集成應(yīng)用，在其他領(lǐng)域已有較多應(yīng)用，但在我國(guó)警犬技術(shù)實(shí)戰(zhàn)中的應(yīng)用尚屬空白。友好的用戶界面，直觀的地圖位置和實(shí)時(shí)通訊技術(shù)，使警犬技術(shù)應(yīng)用變得更高效，更快捷。警犬集群定位、調(diào)度指揮系統(tǒng)的研發(fā)可為管理層提供一款實(shí)時(shí)了解、掌控犬群分布情況，提供互動(dòng)式的溝通與指揮手段；實(shí)戰(zhàn)搜（圍）捕中可通過(guò)地圖界面，更真實(shí)地了解警力分布合理性，還可實(shí)時(shí)調(diào)度、調(diào)配警力，查補(bǔ)薄弱環(huán)節(jié)、防范警力真空；也可應(yīng)用于公安各警犬單位進(jìn)行日常管理與監(jiān)控。

目前國(guó)外已有犬電子定位產(chǎn)品，但沒(méi)有集群遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)定位顯示功能軟件，且體積較大。此外，國(guó)外電子定位產(chǎn)品目前功能單一，功能集成度低。本系統(tǒng)同時(shí)解決多犬定位、調(diào)度、指揮等功能，并進(jìn)一步將定位產(chǎn)品與顯示終端小型化。目前，這樣的研究國(guó)內(nèi)外尚未公開報(bào)道。未來(lái)關(guān)于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)系統(tǒng)支撐的多警犬（集群）定位、調(diào)度、指揮和存檔分析的高度智能化管理系統(tǒng)一定會(huì)發(fā)揮重要作用。

（二）本系統(tǒng)采取的技術(shù)方案

隨著可穿戴設(shè)備技術(shù)的不斷突破，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及定位技術(shù)的不斷發(fā)展，本研究根據(jù)最新技術(shù)，首次提出一種新的創(chuàng)新性技術(shù)方案：采用基于位置信息的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，應(yīng)用GPS、基站、射頻等多種定位方法，通過(guò)智能可穿戴設(shè)備、信息集成、移動(dòng)通信、分布式存儲(chǔ)、云計(jì)算等新型技術(shù)集成開發(fā)警犬集群遠(yuǎn)程定位、實(shí)時(shí)互動(dòng)交流、調(diào)度指揮管理系統(tǒng)。

本系統(tǒng)通過(guò)智能可穿戴設(shè)備，將警犬的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息通過(guò)GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳遞到分布式物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，平臺(tái)經(jīng)過(guò)分析處理計(jì)算后傳遞給調(diào)度指揮人員。調(diào)度指揮人員可以通過(guò)Web、APP等多客戶端實(shí)時(shí)查看警犬的活動(dòng)狀態(tài)。同時(shí)，也可以通過(guò)web 管理系統(tǒng)，對(duì)智能可穿戴設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程指令操作，還可以對(duì)訓(xùn)導(dǎo)員進(jìn)行下發(fā)訓(xùn)犬指令操作。進(jìn)而達(dá)到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)定位、調(diào)度指揮等效果，對(duì)警犬進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度。方案原理圖如圖1 所示。

圖1 技術(shù)方案原理圖

二、研究的主要內(nèi)容

（一）硬件終端的研究?jī)?nèi)容

通過(guò)研究警犬執(zhí)行任務(wù)的實(shí)際情況，對(duì)訓(xùn)導(dǎo)員進(jìn)行深入的溝通調(diào)查。根據(jù)結(jié)果，總結(jié)警犬的行動(dòng)特點(diǎn)和在指揮警犬執(zhí)行任務(wù)時(shí)的實(shí)際需求，確定硬件終端的功能、外觀。主要研究?jī)?nèi)容有：

1、硬件終端外觀的研究：研究適合警犬穿戴的硬件終端，不影響警犬的訓(xùn)練與執(zhí)勤，具備小巧、精致、時(shí)尚、方便佩戴、不易脫落等特點(diǎn)。

2、定位模塊的研究：以GPS全球定位系統(tǒng)模塊為主要定位模塊，基站定位模塊與RF 射頻無(wú)線信號(hào)接收模塊為輔助定位模塊，實(shí)時(shí)采集警犬的位置、速度、方向等信息。

3、柔性天線的研究：在傳統(tǒng)定位終端的基礎(chǔ)上，利用柔性FPC 天線打破傳統(tǒng)GPS 和GSM天線的體積和材質(zhì)的限制, 打造專為警犬設(shè)計(jì)、佩戴舒適的定位終端。

4、傳輸模塊的研究：通過(guò)GSM 全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將信息上傳到分布式物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)。

圖2 終端和底座示意圖

5、終端功耗的研究：鑒于體積和電池的矛盾關(guān)系，延長(zhǎng)終端的使用時(shí)間，必須對(duì)終端的功耗進(jìn)行優(yōu)化。

6、報(bào)警系統(tǒng)研究：通過(guò)RF 無(wú)線信號(hào)模塊對(duì)RF 信號(hào)的偵測(cè)，實(shí)現(xiàn)警犬離開基地和返回基地的通知與報(bào)警。

外觀示意圖如圖2 所示。

（二）分布式物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)研究?jī)?nèi)容

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料查閱，了解警犬指揮中心各部門對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)度指揮平臺(tái)功能的實(shí)際需求。

根據(jù)調(diào)研獲得信息，首先確立系統(tǒng)主體框架，制定終端和平臺(tái)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，確定系統(tǒng)主要組成模塊，設(shè)計(jì)模塊的具體功能；采用SUN公司Java分布式應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)平臺(tái)接收、協(xié)議解析、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等。主要研究?jī)?nèi)容有：

1、分布式存儲(chǔ)技術(shù)的研究：鑒于警犬?dāng)?shù)據(jù)的多樣性、數(shù)據(jù)量龐大的特點(diǎn)，以及便于未來(lái)全國(guó)范圍內(nèi)的推廣，平臺(tái)采用了最新的Hadoop 分布式存儲(chǔ)技術(shù)，以方便大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理，挖掘和提取有價(jià)值的信息，并可以做到高性能、高可用率和高可擴(kuò)性。

2、分布式緩存技術(shù)的研究：利用Redis 分布式緩存技術(shù)將警犬的熱點(diǎn)數(shù)據(jù)緩存于內(nèi)存中，提升了指揮中心管理員訪問(wèn)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，訪問(wèn)系統(tǒng)的時(shí)延最長(zhǎng)不超過(guò)3秒，能容納極高的并發(fā)訪問(wèn)，切實(shí)改善管理員的體驗(yàn)。

3、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)集群的研究：利用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MYSQL 存儲(chǔ)基本信息，QPS 滿足20000 次/秒，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的主備故障智能切換。

4、負(fù)載均衡集群技術(shù)研究：利用LVS+Keepalived 技術(shù)解決系統(tǒng)的單點(diǎn)故障，使得系統(tǒng)具有很高的可用性，警犬集群系統(tǒng)可滿足至少幾萬(wàn)終端的訪問(wèn)量，并行上傳數(shù)據(jù)20000 條/ 秒，并行下傳數(shù)據(jù)2000條/秒。

5、WEB 服務(wù)器集群技術(shù)研究：利用Nginx 技術(shù)做WEB 服務(wù)器集群，滿足WEB 系統(tǒng)10000 次/秒的訪問(wèn)量；極大地提升了警犬系統(tǒng)的性能。

以上只是平臺(tái)的基礎(chǔ)組件部分，還有接入組件和業(yè)務(wù)組件，針對(duì)警犬的不同業(yè)務(wù)需求，制定不同的業(yè)務(wù)服務(wù)。這需要具有一定資歷的技術(shù)人員，進(jìn)行深入的調(diào)研。

此外，因涉及的技術(shù)難點(diǎn)多，工作量大，該系統(tǒng)開發(fā)人員需要具備豐富的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)開發(fā)經(jīng)營(yíng)，以及豐富的分布式云計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)經(jīng)驗(yàn)。具體的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 分布式物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)圖

（三）警犬實(shí)時(shí)調(diào)度客戶端軟件的研究

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、資料查閱，了解警犬指揮中心各部門對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)度指揮客戶端功能的實(shí)際需求。根據(jù)調(diào)研獲得信息，制定客戶端和平臺(tái)的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)客戶端的具體功能；利用客戶端軟件展現(xiàn)系統(tǒng)的狀況，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和調(diào)度的目的。主要的研究?jī)?nèi)容有：

1、手機(jī)客戶端APP 軟件的研究：包括Android 和IOS 系統(tǒng)的APP 客戶端軟件能夠滿足基本的功能需求，并且兼容各個(gè)型號(hào)的手機(jī)操作系統(tǒng)，用于訓(xùn)導(dǎo)員對(duì)自己的警犬進(jìn)行管理。這需要具有多年移動(dòng)客戶端軟件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。

2、Web 警犬集群調(diào)度指揮平臺(tái)的研究：根據(jù)調(diào)研結(jié)果，制定和設(shè)計(jì)符合警犬訓(xùn)練指揮的web 統(tǒng)一調(diào)度平臺(tái)，用于管理員對(duì)整個(gè)警犬集群進(jìn)行調(diào)度指揮。

利用JSP 動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)開發(fā)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)警犬集群的調(diào)度指揮管理。其中涉及到servlet、jQuery、Ajax、html、CSS、Tomcat、Apache、MySQL 等諸多技術(shù)。包括如下基本功能：

警犬和訓(xùn)導(dǎo)員的基本信息查詢。利用第三方電子地圖顯示警犬的實(shí)時(shí)位置、警犬編號(hào)、警犬所屬訓(xùn)導(dǎo)員的基本信息等相關(guān)內(nèi)容，結(jié)合權(quán)限管理，信息管理等MIS 管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)警犬實(shí)時(shí)調(diào)度管理的GIS 應(yīng)用。能夠?qū)τ?xùn)導(dǎo)員進(jìn)行實(shí)時(shí)的下發(fā)指令，指揮其訓(xùn)練警犬或執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。

查詢所有警犬的實(shí)時(shí)位置信息。對(duì)單頭警犬進(jìn)行追蹤，查詢實(shí)時(shí)位置信息，歷史蹤跡。對(duì)選擇的任意頭警犬查詢其實(shí)時(shí)位置信息。管理員的登陸與退出，修改密碼等基本功能，提示系統(tǒng)的安全性。衛(wèi)星地圖展示。

客戶端界面如圖4～6 所示。

圖4 Android 客戶端界面

圖5 iOS 客戶端界面

三、應(yīng)用情況

本研究項(xiàng)目已經(jīng)在南京載玄信息科技有限公司正式上線使用，已由南京警犬研究所、南京市公安局推廣使用。

目前，南京警犬研究所已有注冊(cè)警犬15 頭，并已經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用。效果明顯，所有硬件終端上傳數(shù)據(jù)均正常。

四、總體性能指標(biāo)與結(jié)論

見表1。

五、與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)的比較

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在功能上相對(duì)較類似的用于寵物定位的產(chǎn)品，但是此類定位產(chǎn)品只是車載終端的延伸，僅僅是在體積和外觀上進(jìn)行了簡(jiǎn)單優(yōu)化，本質(zhì)上并沒(méi)有區(qū)別。將基于車載終端的設(shè)計(jì)理念用于寵物領(lǐng)域，不可避免地會(huì)遇到一些嚴(yán)重的問(wèn)題：如室內(nèi)GPS 不可用、體積過(guò)大、電池續(xù)航能力差等。終端外觀沒(méi)有按照警犬的佩戴要求，訓(xùn)練要求等進(jìn)行設(shè)計(jì)；也沒(méi)有分布式物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)作為后端存儲(chǔ)的支撐，后端分布式系統(tǒng)將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的分析處理，做到及時(shí)的報(bào)警提醒。由此可見，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上仍未出現(xiàn)一款專門針對(duì)警犬而設(shè)計(jì)的硬件終端，更未發(fā)現(xiàn)專門為警犬而設(shè)計(jì)的運(yùn)營(yíng)平臺(tái)以及手機(jī)客戶端軟件和配套的遠(yuǎn)程定位和指揮調(diào)度管理系統(tǒng)。而在國(guó)外，目前僅發(fā)現(xiàn)高通旗下的一家子公司專注該領(lǐng)域產(chǎn)品，并且已經(jīng)有了較高的市場(chǎng)占有率和市場(chǎng)份額。但是由于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻段的差異，該產(chǎn)品無(wú)法在國(guó)內(nèi)使用。綜上可得，此領(lǐng)域產(chǎn)品目前在國(guó)內(nèi)尚未出現(xiàn)較有實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，智能可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的警犬調(diào)度指揮系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)尚屬于空白。

圖6 調(diào)度指揮系統(tǒng)web 客戶端界面

表1 總體性能指標(biāo)都已經(jīng)滿足使用需求

六、系統(tǒng)應(yīng)用的范圍、條件和前景

該系統(tǒng)（新產(chǎn)品創(chuàng)制及軟件開發(fā)）可廣泛應(yīng)用于軍、警犬日常訓(xùn)練管理，反恐與巡邏實(shí)戰(zhàn)調(diào)度指揮。本系統(tǒng)的IPAD 版（支持WIFI或手機(jī)熱點(diǎn)）和通訊平板型軟件更可提供一個(gè)全天候、全疆域警犬集群遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)定位和調(diào)度指揮平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)檢視、調(diào)度警力，達(dá)到快速集結(jié)，優(yōu)勢(shì)合擊的目的。除可用于軍警犬管理和指揮外，還可應(yīng)用于海關(guān)、廠礦企業(yè)工作犬的訓(xùn)練管理、巡邏保衛(wèi)等工作。更可通過(guò)系統(tǒng)提供的跟蹤記錄、存檔蹤跡，有效評(píng)估管理工作和評(píng)析案件成敗得失，具有廣泛的應(yīng)用前景。