警用无线通信系统上实现 GPS定位功能的探讨

蒋文荣

(杭州市公安局萧山分局,浙江杭州 311200)

0 引言

随着巡访警务的不断推进,越来越多的警力囤集街面。但如何有效协同指挥管理分散在各大街小巷的警力,形成有机的防控网络,提升整体战斗力,对公安机关传统的指挥调度通信系统提出了严峻的挑战。因此,需要构建一种集定位与通信于一体的通信系统,实时掌握街面警力的动态位置,使系统在具备无线通信指挥的同时,具有对巡访警力所在位置进行实时掌控的功能,以辅助对街面警力的科学调度指挥,提高公安机关处置警情的快速反应能力。

1 传统通信系统的一般构成

公安机关传统的指挥调度通信系统是指依托公安自建的无线通信基站,利用无线对讲机实现双方或多方相互通话的系统,其一般由无线通信基站或中转台和移动通信单元对讲机构成。其系统结构示意图如图1所示。

这种通信系统,只要在基站信号覆盖范围,对讲机间就能进行通话,但通话双方不知对方的具体位置,因此,在指挥调度时,有一定的盲目性,尤其在流动性警力的指挥调度上,往往会出现舍近求远的不当指挥,影响公安机关的反应速度,甚至错过警情处置的最佳时机。

2 GPS定位无线通信系统的设计

图1 传统指挥调度通信系统

具有定位功能的无线通信系统,是无线通信、卫星定位和地理信息三大技术的综合应用而构成的通信系统。其不仅具有语音快捷通信功能,还能实时掌握警力的位置,实现从盲目指挥向可视指挥,静态管理到动态掌控的转变;同时还可具有警务管理的各种功能。这种系统集无线通信、GPS定位与传输、GIS信息显示与应用于一体,是一种综合性的通信系统,可以有效地提升指挥调度的科技含量,是推进巡访警务的重要科技手段。

2.1 系统构架及组成

GPS定位无线通信系统是在原有无线通信系统基础之上,以对讲机为载体,嵌入 GPS定位信息接收模块,并借助一定的传输通道,将定位信息传输到指挥中心,然后以 GIS为工作平台,在 GIS地图上显示应用的系统。其一般由带有 GPS接收模块的移动通信单元,语言和 GPS信号传输基站,中心显示及管理应用三大部分组成,其系统构架示意图如图2所示 。

图2 具有定位功能的指挥调度通信系统

2.2 系统软件及功能设计

这种无线通信指挥系统不仅使指挥人员一目了然地掌握街面警力的动态位置,实现警情处置的科学指挥调度,而且在提升巡访警务的规范管理,深化巡访警务的开展等方面具有很大的拓展空间,其系统软件及功能组成如图3所示。

图3 系统软件及功能组成框图

系统软件分信息资源层、应用服务层、应用层和门户层,在 GIS系统的基础上,主要实现了警力资源管理、可视化调度、巡访管理等功能模块。

警力资源管理模块对全体巡访警员和车辆等警力资源进行管理,并设有警力资源显示、监控,在岗警力查询、定位、跟踪等功能。实现警力分布情况电子地图显示,警力运行轨迹实时显示以及特定警力位置查询等。

可视化调度模块实现在地图或线列表上点击警力资源,或以案发地为中心,在地图上拉圈选择警力资源。系统自动对选择警力发起呼叫,进行快速可视指挥调度,同时地图上闪烁显示当前被呼的对象。

巡访管理模块可根据高发案件和热点地区的分析,设定相应的巡防线路和巡防人员,并可通过对比预设线路和实际轨迹,进行巡防督查等。

2.3 GPS定位实现及传输

GPS是全球卫星定位系统的简称,系统由空间卫星系统、地面控制系统、用户接收系统三大子系统构成。通常讲的 GPS定位是依托美国的全球定位系统,实现我们自己定位应用的一种俗称。其太空卫星系统和地面控制系统均由美国实施及控制管理,用户系统可由各国用户自行设计和实施。海湾战争后,美国将 GPS系统向全世界的民用用户免费开放。在全世界任何地点的用户,只要有一台 GPS接收机,即可通过免费接收 GPS卫星提供的定位信息,精确地确定自己所处的地理位置(经、纬度等)。

本文所讲的 GPS定位无线通信系统,也是依托美国卫星定位系统的一个具体应用。其关键是如何将 GPS卫星接收模块与对讲机结合,利用什么通道传输定位信息,并如何将移动警员位置信息在指挥中心显示应用,以实现“可视化”指挥。根据 GPS信息接收模块与对讲机的结合方式以及定位传递通道的不同,其实现方式一般有三种。

一是外置定位,同频传输。这种方式其 GPS定位模块与移动对讲机分离设置,GPS定位模块及GPS天线安装在对讲机的外接肩唛内,肩唛在负责通话的同时还负责 GPS定位信息接收和数据处理。定位信息利用肩唛与对讲机连接,并利用对讲机本身的语音通道进行定位信息传输,中心配备一台接收对讲机进行定位信息接收,然后传送到电子地图平台显示。这种方式其实质就是在原有的无线通信系统上,增加了嵌有卫星接收天线和定位模块的肩唛,再利用原有语音通道进行定位信息传输而构成。

二是外置定位,异频传输。其接收模块与对讲机的结合方式与第一种方式相同,但其定位信息的传输不占用对讲机的语音通话信道,而是在对讲机中增加跳频功能,将信道跳转到另外一个频点上来进行定位信息的传输,然后由中心配备的接收设备进行定位信息的接收和显示应用。这种方式其定位的实现与第一种方式相同,但定位信息传输采用单独信道,其实质是在通话和定位公用一个对讲机的同时,构建了一个 150或 450/350M的简易专网来传输 GPS数据,通过对讲机改造,利用跳频方式实现语音信道和 GPS数据信道间的切换。

三是内置一体,独立传输。这种方式将定位模块直接集成到对讲机中,在对讲机中完全集成一语音通信、卫星定位和公网通信功能,并利用公网建立独立于对讲通话信道的定位信息传输信道,在对讲机中嵌入公网无线通信的 SIM卡,利用无线移动通信公网将定位信息传输到中心,其定位和语音对讲是通过完全不同的两套系统,即语音走专网,GPS数据走公网,来实现 GPS定位和传输。这种方式 GPS定位与对讲机完全集成,并借助 GSM/CDMA网络来传输定位信息,其实质是多种通信功能在对讲机中的集成。

3 系统性能分析

这种基于对讲机无线通信指挥系统构建的 GPS定位应用,都是以无线通信为基本业务,然后增加扩展定位功能的一种构建思路,其具有循序发展、节约成本、方便携带等优点。但由于受当前单工、模拟通信系统的限制,其定位实现及传输方式的不同,决定了系统在语音干扰、定位实时性及定位盲区等方面性能的优劣,影响着系统的可用性。上述三种不同定位传输方式所建系统的性能比较见表1。

第一种方式虽然经济性较好,系统实现也比较方便,但由于语音和定位信息依赖同一频率进行传输,语音通信和定位信息传输互相干扰。并且当系统用户数量增加,或系统定位实时性需要提高而缩短定位信息发送时间间隔时,系统干扰将同比增加,干扰严重甚至导致系统不可用。因此,这种方式构建的系统容量很小,且实时性也很差。另外,当遇到大楼阻挡区域或进入室内时,由于接收不到三颗以上卫星的 GPS导航电文,则会出现定位盲区,移动终端超出基站覆盖范围,定位信息也将无法传回。

第二种方式避免了一个对讲机发送定位信息影响全体语音通信的问题,但影响本对讲机通信的问题依然存在。在频率切换传送定位信息时,本对讲机不能通话,且跳转切换时也会对整体通信产生脉冲干扰。因此,这种方式大大降低了语音干扰问题,其实时性也可以较大提高,可提高到每 2分钟定位一次,但干扰依然存在。当系统用户大幅增加,或大幅提高实时性时,系统也将受到严重干扰。另外,系统盲区问题依然存在,且由于频率资源有限,因需要单独增设一个频率,会导致频率复用、盗用的现象大量存在。

表1 系统功能性能比较表

第三种方式使两种信息的通信独立进行,互不干扰,基本解决了系统中两种信息同时传输的干扰问题。系统用户数量的增加和系统实时性的提高不会引起系统干扰,其系统容量和实时性仅依赖信道传输速率,定位实时性和系统容量可大幅提升。并且当移动目标进入室内或被建筑物阻挡时,可借助手机基站定位进行弥补,适当减轻盲区问题,即使超出对讲通信基站覆盖范围,定位信息依靠公网无线通信依然可以传输。但这种方式需要在对讲机中集成手机通信模块,并要配置 SIM卡,使用中产生一定的公网使用费用,除一次性投资外,还需要一笔使用费,相对费用较大。

4 结语

在警用对讲机中嵌入 GPS定位功能,是公安移动通信指挥调度系统的发展趋势,实现移动警员定位,进行可视指挥,是公安机关提高快速反应能力的必由之路。在当前现有无线通信系统条件下实现的GPS定位功能,虽然都存在一定的缺陷和不足,但三种方式都可在不同层面及范围得到一定的应用。随着公安警用无线通信系统的发展,新型对讲机的不断普及,尤其是数字集群无线通信系统的发展和应用,GPS定位在公安通信指挥中的应用必将大有发展。

[1] 黄超,杨跃杰,等.安全技术防范[M].北京:群众出版社,2009.

[2] 郭雨梅,刘沛林.GPS卫星定位系统的设计与实现[J].沈阳工业大学学报,2004(2).

[3] 祁玉生.移动通信系统[M].北京:人民邮电出版社,1995.