一种“应急通”设备定位与服务系统的设计

刘 永，孙 俊

（南京中网卫星通信股份有限公司，南京 210061）

1 引言

“应急通”即为具有应急救助、应急通信、应急预警信息发布、应急公告、生活应急等多项应急应用功能的综合系统。我国作为一个人口和资源大国，也是各类突发事件，特别是应急灾害事件频发的地区，当发生某种突发性灾害事件时，为减小和挽回人民的生命和财产损失，必须在第一时间了解事件发生地的现状，此时须派驻专业的评估专家或救援人员，通过其获取和分析现场状态，并向后方的指挥中心报告相关信息。与此同时，为保障处于现场人员的生命安全，同时也是为了更好地为后方决策机构制定救援和评估策略。

根据此现实需求，为每位现场人员配备一套便携式的“应急通”设备，配备多种通信通道，根据硬件设备实时向后方主动发送其所在地精确的位置数据等参数，尤为关键，因此设计和开发一款能够提供应急定位和服务的系统具有很好的实用价值和现实意义。应急定位和服务的系统具备应急所需的硬件设备之外，同时还具备功能实现的控制和处理软件系统。

2 系统概述

2.1 功能概述

本系统主要备一套便携式的“应急通”设备，根据“应急通”设备所在位置针对GPS授时定位数据和2/3/4G无线路由器的相关数据如信号强度数据、接入地面公网IP等数据，提供了一个集中整合处理的解决方案，最终生成指定格式数据，以指定的时间间隔通过应急移动网发送至远端拥有固定IP和端口号的服务器，供服务器端软件使用，然后通过GIS地图等呈现给用户如图1所示，用户访问此服务器即可查看相关的应急信息。

图1 服务器端效果图

2.2 系统结构设计

本“应急通”设备的硬件平台设计采用现在比较成熟的工业级的ARM嵌入式解决方案，以达到稳定可靠且高效的应用要求。本系统可选用ARM9硬件平台，搭载Linux操作系统，作为主控系统，外接GPS设备提供时间、经纬度数据，外接2/3/4G上网设备提供地面移动网链路，通过搭建Web服务器，实现Web页面配置功能。

主控板选用mini 2440开发板，其MCU为应用较为广泛的三星S3C2440芯片，本控制板提供RS232接口、USB Device接口、以太网口等接口，可满足本设计要求。考虑到设备的便携式工作要求，定位推送系统需配备独立的电源供电，可采用移动电源设备供电。该设备还提供3G卡插槽、以太网口，并提供Wi-Fi功能，可实现3G转Wi-Fi和3G转以太网的功能，现场人员可通过连接此Wi-Fi 通过3G网络接入互联网，同时也可通过WEB页面实现对定位系统的配置功能。GPS设备也需要独立供电，考虑到设备连接的方便性，通过比较分析选用GHYDO的UB-355型号GPS设备，其采用+3.5V～+5.5V宽电压设计，数据输出接口为RS232，并提供USB供电接口，可通过控制板的USB接口为其供电。本应急通系统的系统结构如图2所示。

图2 系统结构图

GPS设备通过RS232口与主控板相连，同时主控板的USB口对其进行供电；主控板通过RJ45网线连接到e5730s设备的LAN口，同时通过e5730s 设备的USB对外充电口为其供电；移动终端连接e5730s设备的Wi-Fi信号；3G SIM卡直接插到e5730s设备的SIM卡槽中。此时即可实现主控板和移动终端通过e5730s设备接入地面移动网。

主控板实时获取GPS设备送出的时间、经纬度数据，并进行解析处理，按要求进行本地存储或向通过地面移动网络向远端服务器进行传送；移动终端连接e5730s设备的Wi-Fi信号，此时与连接到e5730s设备LAN口的主控板处于同一局域网内，通过移动终端即可打开主控板的配置页面进行相关系统状态查看和配置。

2.3 软件设计说明

本应急通信定位与服务系统软件处理的数据包括GPS授时和定位数据，其数据格式为字符形式的ASCLL码；e5730s设备的电量数据、信号强度数据和接入地面公网IP等数据，其数据位于e5730s 设备的内置html页面内，其实质可看作字符形式的ASCLL码。

GPS设备以一定的时间间隔周期性送出遵循NEMA0183协议的数据，其中包含本设计所需要的时间数据和定位数据，根据此特点本软件中采用linux系统的信号机制，当与GPS设备连接的串口接收到数据时，系统便产生SIGIO信号，此时可通过建立对SIGIO信号的处理机制，即以软中断的形式实现对GPS设备送出的数据进行接收并存于临时内存中，同时进行解析，将得到的时间和位置数据以指定的格式存储于本地发送数组中。

本应急通系统与远端服务器端通过socket机制进行通信，根据实际应用需求，服务器端需同时满足多个远端应急通系统的接入，考虑到二者之间交互的数据量较小且相关数据短时间内变化很小，因此采用无连接UDP协议不仅可满足本设计要求，而且处理流程简单清晰，因此本设计通过UDP协议以一定时间间隔向服务器端发送本地内存中已经处理成型的待发送数据。本应急通系统的执行流程如图3所示。

本应急通系统控制板上电之后，将首先进行Linux系统的启动和初始化工作，为应用程序的运行搭建好软件环境，同时初始化并启动BOA服务器，然后在系统初始化脚本执行的最后运行定位与服务系统程序。

在BOA服务器启动之后，用户即可通过外部浏览器访问指定目录下的相应页面。本设计中将应急通系统的默认页面设计为登录页面，当用户在浏览器地址栏中输入控制系统的IP时即可打开本登录页面，其效果图如图4所示。

图3 软件系统执行流程

图4 登录页面图

登录页面用于用户填写登录信息，如用户名和密码其中用户名文本框、密码文本框与登录、清楚、帮助按钮位于同一个表单（Form）中。用户完成相关信息填写，单击“登录”按钮向主控制器中的BOA 服务器提交登录信息，此时将调用相应的登录信息验证子程序，进行用户名和密码信息的验证工作。验证子程序将读取存储于服务器端特定位置的用户名和密码信息，与用户填写的用户名和密码信息进行匹配验证。当匹配正确时，验证子程序调出配置主页面，发送到用户的WEB浏览器上，此时用户即可进行相关控制操作；当匹配出错时，验证子程序将重新打开登录验证页面，同时以弹窗的形式给出匹配出错的原因，如用户填写的用户名或密码信息非法或不正确等。登录处理流程如图5所示。

当用户顺利打开配置主页面之后即可进行相关系统状态查看和相关参数配置工作。由于Linux 系统为多任务实时操作系统，当定位与服务系统程序运行时，用户依然可访问控制页面并进行相关操作。其相应的执行流程如图6所示。

在定位与服务系统程序中首先进行本设计相关的配置工作，如初始化和打开串口、创建socket、建立信号处理机制（主要针对本设计所涉及的SIGIO 信号和SIGALRM信号）、初始化和配置定时器等。然后进入循环结构，实时等待并处理串口送入的GPS数据，在建立SIGIO信号处理机制之后，一旦串口收到数据即产生此信号，系统捕捉到此信号之后即跳入相应的服务子程序，执行相应操作。这里初始化串口的时候，将其属性设置为行缓冲模式，即当串口收到换行符之前会将收到的数据暂时存放到指定的缓冲区中，直到收到换行符或者此缓冲区已满时，才会将收到的数据一次性发送给打开串口时指定的文件描述符，同时产生SIGIO信号。定位与服务系统程序具体的执行流程如图7所示。

图5 登录处理流程图

图6 用户控制操作执行流程

图7 定位与服务系统程序执行流程

待开发的服务器端软件将接受并解析上述数据，同时将其呈现于GIS地图中，供用户远程调取和查看。

3 结束语

我国作为一个幅员广阔的大国，也是各类应急灾害事件高发的地区，做到与现场处置事件人员有效的信息交流尤为关键，本“应急通”设备定位与服务系统做到了实时向远端传送本地位置信息数据，为后方决策机构宏观上合理安排和调度现场人员提供了准确的数据参考，具有很好的现实和实用意义。

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