臺(tái)風(fēng)預(yù)警和搜救系統(tǒng)研究

　　2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　由于嵌入式系統(tǒng)的硬件資源有限，因此嵌入式Linux操作系統(tǒng)都是針對具體的應(yīng)用通過配置linux內(nèi)核和嵌入式C庫定制的，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠存放到容量較小的Flash中。事實(shí)上，Linux的動(dòng)態(tài)模塊加載，使Linux的裁減極為方便，高度模塊化的部件使添加也非常容易。基于此，在筆者實(shí)現(xiàn)的平臺(tái)上，使用的操作系統(tǒng)是對Linux進(jìn)行了定制的RTlinux。

　　上行數(shù)據(jù)主要是系統(tǒng)終端向管理監(jiān)控中心傳輸數(shù)據(jù)，主要信息有船舶的實(shí)時(shí)位置、速度、狀態(tài)、周圍環(huán)境數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)等；下行數(shù)據(jù)是由監(jiān)控中心向船舶終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，主要為指揮信息、指令信息等。因?yàn)樯舷滦袛?shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)據(jù)量有很大的不同，因此采用不同封裝格式以迅速地區(qū)分出信息類型，從而提高系統(tǒng)通信效率。按通信協(xié)議封裝的數(shù)據(jù)利用3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)給通信服務(wù)器，通信服務(wù)器軟件，通過接口獲取數(shù)據(jù)包，判斷數(shù)據(jù)的合法性，若是合法數(shù)據(jù)則進(jìn)行協(xié)議解析，提取船舶的GPS定位數(shù)據(jù)或報(bào)警數(shù)據(jù)等，如若不合法則丟棄。合法數(shù)據(jù)中的屬于報(bào)警信息和緊急故障信息需要優(yōu)先處理，給出警報(bào)信號，其他的狀態(tài)和回復(fù)信息通過數(shù)據(jù)庫操作提交到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，GIS地理信息模塊定時(shí)地從數(shù)據(jù)庫讀取經(jīng)緯度數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和投影變換后，將其轉(zhuǎn)換到電子地圖所采用的平面坐標(biāo)系統(tǒng)中的坐標(biāo)，然后在電子地圖上實(shí)時(shí)顯示船舶狀態(tài)?？蛻舳藨?yīng)用軟件將獲得的命令信息和調(diào)度信息發(fā)送給通信服務(wù)器，通信服務(wù)器遵循統(tǒng)客戶端各模塊通信協(xié)議進(jìn)行協(xié)議解析，判斷數(shù)據(jù)合法性之后，合法數(shù)據(jù)按下行數(shù)據(jù)格式組幀打包后經(jīng)3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)往移動(dòng)終端，終端接收并解析數(shù)據(jù)包，做出響應(yīng)。監(jiān)控終端和監(jiān)控中心服務(wù)通信實(shí)現(xiàn)后，監(jiān)控中心的監(jiān)控軟件即可在此基礎(chǔ)上利用GIS地理信息模塊實(shí)現(xiàn)船舶的動(dòng)態(tài)跟蹤及其他應(yīng)用如軌跡回放、地圖操作等。

　　船舶的動(dòng)態(tài)顯示需要用到ARCMAP的動(dòng)態(tài)圖層來實(shí)現(xiàn)，這樣可以加快繪圖顯示速度。船舶用點(diǎn)圖元來表示，點(diǎn)圖元在地圖中的位置就是GPS定位的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，根據(jù)GPS接收數(shù)據(jù)的頻率來實(shí)時(shí)刷新該圖層，就達(dá)到了船舶的實(shí)時(shí)定位了。移動(dòng)終端每隔幾秒獲取船舶的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，刷新動(dòng)態(tài)圖層即可在屏幕上可以看到船舶實(shí)時(shí)顯示。

　　3　后臺(tái)監(jiān)控設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和目前GIS系統(tǒng)開發(fā)的趨勢，該系統(tǒng)采用的是組件式GIS和萬維網(wǎng)GIS（Web2GIS）結(jié)合的開發(fā)模式，因?yàn)榻M件式GIS基于標(biāo)準(zhǔn)的組件式平臺(tái)，各個(gè)組件之間不僅可以進(jìn)行自由、靈活的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標(biāo)準(zhǔn)接口，支持ActiveX規(guī)范；具有高效無縫的系統(tǒng)集成、無須專門GIS開發(fā)語言、大眾化的GIS、成本低等特點(diǎn)；對于WebGIS來講，從WWW的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)，Internet用戶可以瀏覽萬維網(wǎng)GIS站點(diǎn)中的空間數(shù)據(jù)、制作專題圖，以及進(jìn)行各種空間檢索和空間分析等。采用目前成熟的C/S和B/S結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)模式，利用C#開發(fā)語言、使用GIS組件在WindowsXP的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)中完成該系統(tǒng)的開發(fā)。

　　4　差分GPS定位技術(shù)

　　為了提高GPS定位精確度，采用GPSRTK（Real2Time2Kinematic）技術(shù)，RTK技術(shù)是GPS實(shí)時(shí)載波相位差分的簡稱，是實(shí)時(shí)處理2個(gè)測站載波相位觀測量的差分方法。這是一種將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合，實(shí)時(shí)解算并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在短時(shí)間內(nèi)得到高精度位置信息的技術(shù)。載波相位差分可使定位精度達(dá)到厘米級。它的工作原理是將一臺(tái)接收機(jī)置于基準(zhǔn)站上，另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)置于載體（稱為流動(dòng)站）上，基準(zhǔn)站和流動(dòng)站同時(shí)接收同一時(shí)間、同一GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準(zhǔn)站所獲得的觀測值與己知位置信息進(jìn)行比較，得到GPS差分改正值。然后將這個(gè)改正值通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)及時(shí)傳遞給衛(wèi)星的流動(dòng)站精化其GPS觀測值，從而得到經(jīng)差分改正后流動(dòng)站較準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)位置。

　　GPS海上定位時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)GPS信號中斷的情況，根據(jù)船舶的航道和方向進(jìn)行線性插值數(shù)據(jù)補(bǔ)償，在當(dāng)前行使方向上用線性插值預(yù)測的方法，直到接收到正確的GPS數(shù)據(jù)點(diǎn)為止。同時(shí)，在終端安裝軟件Agent,利用Agent的自治性、社會(huì)性、反應(yīng)性和主動(dòng)性，通過傳感器感知環(huán)境并通過效應(yīng)器作用于環(huán)境，對中斷的信號進(jìn)行學(xué)習(xí)推理，作出合理準(zhǔn)確的推斷。

　　5　結(jié)語

　　本文結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)通信方式的現(xiàn)狀設(shè)計(jì)了一種基于3G的臺(tái)風(fēng)預(yù)警和搜救系統(tǒng)。系統(tǒng)采用3G無線通信，解決了傳統(tǒng)通信方式監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸速度慢、可靠性低等問題。其終端的視頻監(jiān)控功能更加適應(yīng)現(xiàn)代化交通管理中多變的信息采集環(huán)境，在監(jiān)控領(lǐng)域有很強(qiáng)的推廣性。