基于北斗（BDS）的野外安全生产平台设计与实现

董丽娜，袁小龙，彭仲秋，黄显义

（1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100000；2.乌鲁木齐金维图文信息科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830091）

基于北斗（BDS）的野外安全生产平台设计与实现

董丽娜1，袁小龙2，彭仲秋2，黄显义2

（1.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100000；2.乌鲁木齐金维图文信息科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830091）

野外安全生产平台是应用北斗短报文通信，实现地质勘查项目野外数据采集安全管理、数据管理和质量管理功能。据地质勘查野外作业特点，提出构建智能移动终端、生产管理助手和实时监控综合应用平台的设计方案，提高野外作业工作效率，增强野外作业安全保障。

北斗卫星导航系统；Android系统；野外安全生产平台

北斗卫星导航系统（BDS）是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统，2012年正式向亚太地区提供服务。Android操作系统是由美国谷歌公司于2007年发布的基于Linux内核操作系统，为移动终端打造的开放和完整的移动操作系统平台。我国地质调查、辅助定位等移动设备及应用都是基于Windows CE操作系统。目前基于Android操作系统的移动终端及应用开发已成为一种新趋势。西北地区野外工作环境荒无人烟、通讯不畅和交通不便等不利因素严重威胁着地质调查工作者生命安全和野外地质调查工作的顺利开展。为此，笔者提出构建基于Android系统智能移动终端、生产管理助手和实时监控综合应用平台设计方案，提高野外作业工作效率，保障野外作业人员安全。

1 平台整体设计

1.1 设计思路及总体构架

基于北斗卫星野外安全生产平台由“智能移动终端、生产管理助手和实时监控”应用系统构成。智能移动终端接收北斗卫星坐标信息，实现精确定位和数据采集。设备管理助手实现项目设备和野外采集的数据管理。实时监控系统接收移动终端发送的北斗短报文信息，解析坐标和作业状态信息，实现移动终端的监控、调度和安全质量管理功能。平台由多个子系统集成，包括硬件产品设计和软件产品配套开发，核心功能是定位、通讯和信息采集。系统将实现硬件与软件的无缝衔接，充分发挥硬件的最优性能。

1.2 功能设计

①智能移动终端实现对野外作业人员的定位、实时通讯和地质特征数据信息记录；②监控系统通过野外作业状态分析、作业航迹管理和空间信息展示，实现对野外作业人员的动态管理、指挥调度和应急救援；③生产管理助手实现项目野外采集的数据一站式管理，节省野外作业人员数据整理时间。

2 Android手持终端应用的实现

Android手持终端利用北斗系统技术提供位置测量、短报文通信、紧急情况呼救和业务处理等功能。

2.1 位置测量

北斗系统定位时，最少需4个卫星（图1）。假设已知的4颗卫星运动中瞬时位置分别为：卫星1（x1，y1，z1）、卫星2（x2，y2，z2、卫星3（x3，y3，z3）、卫星4（x4，y4，z4），观测点的位置为（x，y，z），则有

式中，i取1，2，3，4，C为信号的传播速度，vti为四颗卫星的钟差，vto为观测点接收机的钟差，di=c×Δti，表示卫星i到观测点之间的距离，Δti为卫星i的信号到达观测点所经历的时间。由上面4个方程可以计算出x，y，z，vto。

图1 北斗系统定位Fig.1 Beidou system location

手持终端调用北斗系统定位功能，可直接进行位置测量，定位平面精度10 m，高程精度10 m，测速精度0.2 m/s，位置测量及点库编辑界面见图2，图3。

短报文通信手持终端通过北斗系统，可向通讯基站或其他手持终端发送120个汉字以内的短报文信息，对无电信运营商信号覆盖区域从事野外作业的地质工作者，意义十分重大。

紧急情况呼救为使野外作业人员在碰到突发紧急情况时可快速通信，手持终端提供了一键呼救功能，将用户当前位置信息与求救信号一起发送至通讯基站。通讯基站接收到终端发来的求救信号与位置信息后，可迅速启动相应营救措施。

业务处理据野外作业具体业务需求，提供专业化业务预处理模块，数据采集后，传输到PC机或服务器上。

3 监控生产平台实现

安全与生产是野外地质勘查中最关心的两个问题，本平台围绕这两个方向进行设计，监控生产平台在PC机或服务器上运行。

图2 位置测量界面Fig.2 Position measurement interface

图3 测量点库编辑界面Fig.3 Editing interface of measurement point library

3.1 安全监控

①实时显示所有手持终端的位置信息。每台野外作业的手持终端按设定好的时间间隔向监控平台发送位置信息，监控平台以地质底图或遥感影像为背景，实时更新各手持终端在地图中的位置；②处理手持终端的紧急呼救请求。如收到手持终端发送的紧急情况呼救信息，可自动记录手持终端的位置、人员和其他信息，做出相应处理。如无法直接处理，可向上一级监控平台发送紧急呼救请求；③响应手持终端用户位置查找请求。收到手持终端发送的查找用户位置请求后，将被查找的手持终端的最新位置和定位时间发送给查找的手持终端；④与手持终端进行通信。可向手持终端发送北斗短报文，也可接收、转发手持终端发送来的短报文信息；⑤与上级监控平台进行通信。可接收、转发上级监控平台的命令指示，也可向上级监控平台发送手持移动终端位置及信息。

3.2 生产管理

①实现与Android手持终端数据传输。野外勘查前，将平台上设计的信息传输到手持终端；手持终端进行野外作业后，将手持终端的业务处理数据、航迹、照片等信息导入到平台中；②设备管理。平台实现对所有设备的登记、查找、修改、删除等功能；③人员管理。平台实现对人员信息的登记、查找、修改、删除等功能；④项目管理。建立项目、配置坐标系、关联人员和设备，提供日计划管理、野外勘查数据预处理的功能，处理后的数据可以为专业的地质、物探、化探、遥感软件直接使用，提高野外勘查的工作质量和效率。

4 结论

本文讨论了基于北斗短报文通信功能实现野外安全生产平台的建设，开发了Android手机移动客户端和监控生产管理系统。该平台可实时显示人员动态信息，且不受常规通讯信号影响，能实现无人区、通讯盲区等恶劣环境条件下的追踪定位，提高了地质调查业务工作效率、加强了野外地质工作安全保障以及提高了地质工作信息化管理水平。

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The Design and Reality of Field Safety Production Platform Based on BeiDou Navigation Satellite System

Dong Lina1，Yuan Xiaolong2，Peng Zhongqiu2，Huang Xianyi2
（1.China Aero Geophysical Survey&Remote Sensing Center for Land and Resources，Beijing，100000，China；2.Urumqi Jin Wei Graphic Information Technology Co.，LTD，Urumqi，Xinjiang，830091，China）

By BeiDou Navigation Satellite System，the field safety production platform realizes the function which provides safety management，data management and quality control for field data collection.According to the fieldwork of geological exploration feature，this paper presents design solution for establishing intelligent mobile terminal，production management assistant and real time monitoring of integrated application platform.We can improve the efficiency of fieldwork and enhance the safety of fieldwork by this solution.

Beidou Satellite Navigation System；Android system；Field production safety platform

1000-8845（2015）02-289-03

TN927

A

2015-01-09；

2015-02-06；作者E-mail：cn.linadong@yahoo.com

董丽娜（1983-），女，天津人，工程师，硕士，2008年毕业于中国地质大学，主要从事遥感和地理信息系统应用