哨位联动信息指挥系统的设计与实现∗

张修建 张铁犁 单东艳 张鹏程

（1.北京航天计量测试技术研究所 北京 100076）（2.北京长征天民高科技有限公司 北京 100176）

1 引言

现有的哨位联动指挥系统主要采用电话或对讲机通信，具体情况需要通过哨兵进行语言描述。然而人在突发事件时的大脑处于高度紧张的状态，仅通过哨兵与武警值班人员的语言沟通具有较大的不确定性，不便于值班人员掌握详实的警情信息。在哨位执勤点采用报警按钮报警，只能把报警点的信息传输到值班室，报警信息在其他哨位点不能显示和感知，不便于报警系统的联动；报警信息采用报警提示灯显示方式不直观，不便于报警值班室和其他哨位执勤点快速确定报警点的位置和报警类型［1～2］。

哨位信息终端由于哨位点分散，分布范围广，采用有线方式面临施工与维护复杂，成本高，扩展能力差，有的临时哨位需要紧急上哨执勤或不具有布线的环境。为了解决以上问题，在哨位信息系统中引入ZigBee无线通信技术。ZigBee技术是一种低功耗、低速率、低成本的无线通信技术，其具有网络容量大、可靠性高、组网灵活、扩展性强及随机分布等特点［3～4］，使其特别适合应用于哨位联动信息指挥系统中。

由于哨位点与值班室不能实时联动，容易错过事故最佳的处置时机，这样不仅增加了反应时间，而且存在人为因素带来的警情处理延误、失误等隐患。因此，需要一套多点联动、多级响应的报警机制，采用四色报警模块和网络化管理，综合字幕、语音、通讯、报警分类与地图定位、处理预案等功能于一体的联动信息指挥系统。本文面向基于工业无线网络在哨位联动信息指挥系统的应用，提出了一种基于ZIGBEE的哨位联动信息指挥系统的设计、功能结构及实现流程。

2 系统总体结构

为满足该系统的功能和性能要求，系统的总体结构如图1所示。该系统按照模块化设计分为哨位信息终端、监控中心服务器、数据库服务器、报警响应装置和远程接收端等部分。通过模块化设计，实现哨位信息终端无线传感器网络、数据库服务器和监控报警中心基于无线网络的报警通信。

图1 系统的总体结构

哨位信息终端一方面负责感应哨位报警信号，并传送给监控中心服务器，另一方面接收监控中心服务器的反馈信息，对命令进行解析、验证，然后驱动报警音频、报警灯及报警信息显示屏等联动感应。监控中心服务器通过与哨位信息终端的实时数据通讯，完成数据的分析和处理的控制，并把报警信号实时传输到报警响应装置和远程接收端。报警响应装置收到报警响应信息后，联动启动多点联动、多级响应的报警机制。远程接收端通过GSM技术从监控中心服务器获取报警实时数据，可在第一时间获得报警情况。

3 系统模块设计与实现

本系统采用了传感网、以太网与GSM网相结合的报警联动技术，并构建一类面向武警哨位实际需求的，具有自主知识产权的、高可靠性、有线/无线多协议集成融合的信息指挥系统。下面对几个比较重要的组成模块进行设计分析。

3.1 哨位信息终端

本系统面向哨位综合信息自动化、智能化和网络化的技术发展趋势，哨位信息终端采用无线传感器网络技术，其有若干个无线传感器节点、四色报警控制节点和汇聚节点组成［5～6］。无线传感器节点实时采集需要监测的信息，并通过无线ZIGBEE协议传输采集的哨位点数据信息。四色报警控制节点与汇聚节点通过无线ZIGBEE协议实现报警信息的互联互通，其中，四色报警控制节点包括四色报警按键模块、报警声音输出模块、报警灯显示模块及报警信息显示模块。哨兵可根据“袭击”、“冲闯”、“爆炸”、“灾害”四色情况，手动触发相应的报警信号，报警信息传入中队值班室和其他哨位，实现报警信息的联动，中队所属其他哨位通过无线接收触发其报警声音输出模块、报警灯显示模块及报警信息显示模块联动感知报警哨位的突发情况，实时显示发出报警信息的哨位点位置和报警类型。汇聚节点无线接收来自各个哨位点的数据信息和报警信息，并将数据通过RS232串口传输至监控中心服务器，其程序流程图如图2所示。

图2 无线节点程序流程图

为了便捷快速的实现哨位信息终端ZigBee无线通信，无线通信协议模块选用无线微控制器JN5139，其适用于IEEE802.15.4和ZigBee的软件应用，并提供丰富的模拟量和数字外围设备接口［7～8］。哨位信息终端执勤环境传感器包括烟感传感器、震动传感器和温度传感器等，用来监测哨兵所在哨位的烟雾、入侵或者高温等异常情况。无线传感器节点的模拟通道根据实际应用情况连接不同类型的传感器，其通过JN5139内部A/D获取传感器采集数据，为了正确解析数据的物理意义，对多路数据组帧的每路数据前添加参数类型标签予以标示。某一终端节点发生故障不会影响其他节点的正常工作，另外，网络中的数据传输采用了完全确认的数据传输机制和碰撞避免机制，而且MAC层和网络层都具有安全策略，在应用时可灵活确定其安全属性，因此，大大提高了整个网络的安全性和可靠性［9～12］。

3.2 监控中心服务器

监控中心服务器控制程序采用VC++开发，它通过与哨位信息终端的实时数据通讯，完成哨位点现场数据的分析和处理的控制。监控中心服务器包括串口通讯模块、数据处理模块和报警联动模块。其程序流程图如图3所示。其中，串口通讯模块实现与哨位信息终端中的汇聚节点进行实时数据访问与读取机制，传输哨兵报警信息、哨位点采集数据信息和监控中心服务器的文字通知信息，并通过数据处理模块把从哨位信息终端采集的参数数据进行处理后，保存在数据库服务器中。报警联动模块实时侦听数据处理模块是否收到有新的报警信息，并把报警信号实时传输到报警响应装置和远程接收端。

图3 监控中心服务器数据流程图

3.3 数据库服务器

数据库系统在本系统中是核心部分。各哨位的报警数据信息经过监控中心服务器分析、处理后，将数据传输至数据库服务器上，写入哨位联动信息指挥系统自定义的数据库。数据库服务器采用Microsoft SQL Server创建和管理，数据表主要包括哨位环境参数表、报警信息表、报警处理表、用户数据表等，数据库服务器配合权限管理及哨位点采集数据、报警参数的存储和管理，以备监控中心服务器访问。另外，通过内存数据库与关系数据库相结合的手段实现对数据库服务器的实时数据管理，对需要同步感知所有哨位的报警信息放入内存数据库中［13～14］。

3.4 报警响应装置

报警响应装置具体包括报警信号转接装置、视频转换器、视频切换矩阵等部分，其中，报警信号转接装置（其电路图在此不再赘述）实时获取报警服务器的报警信号，与视频切换矩阵相连传输控制信号信息，控制视频切换矩阵由正常状态自动切换为报警状态显示模式；视频切换矩阵与视频转换器连接传输视频信号，控制监控电视墙输入通道传输报警联动切换视频。其中，电视墙平时用于显示各哨位的监控录像，当某哨位发生报警时，监控电视墙的几个屏幕可自动切换到报警哨位及其周边哨位的监控录像，并可切换出报警处理窗口、处置预案、报警定位地图，供武警值班员观察，方便指挥控制。报警联动显示布局如图4所示。

图4 报警联动显示布局

3.5 远程接收端

远程接收端包括GSM无线通信模块和手机接收端，其中，GSM无线通信模块主要接收监控中心服务器发送的报警处理信息，并通过无线GSM协议与手机接收端通讯［15］。通过GSM无线通信模块，将报警信息实时传输给手机接收端，手机接收端接收到的报警处理信息包括报警的时间、地点、报警类型及处置预案，哨位报警触发时远程领导实时了解报警情况。

4 联动信息实现流程

通过Zigbee无线通信技术，哨位联动信息指挥系统可准确获得报警地点和类别的快速定位，并通过自动化预案提示及设备切换，做出准确的判断和处理。

当哨位出现“袭击”、“冲闯”、“爆炸”、“灾害”四种警情时，哨兵可通过联动报警系统无线节点向值班室报警。报警触发后，值班室及所属的其他哨位均可同步感知，实时显示发出报警信息的哨位点位置和报警类型，并与语言报警相配合，提高报警效果和哨位点安全性。同时，报警联动系统还为电视墙提供报警信号和对应报警界面的显示信号，供电视墙联动切换使用，并自动进行日志记录和报警点监控的录像。哨位联动信息指挥系统通过报警哨位编号检索哨位视频监控预制位配置表，获得报警哨位对应执勤环境的视频监控摄像机编号，然后监控中心服务器发送控制命令，将该监控摄像机由初始巡航状态变为报警预制位状态，并在监控电视墙上实时显示，从而实现视频跟踪监控及硬盘录像。联动流程如图5所示。

图5 报警事件处理流程

5 结语

系统基于传感网技术、无线GSM技术、实时数据库技术等在线实现了哨位点的联动报警和指挥功能。系统采用四色报警模块和多点联动、多级响应的报警机制，实现了对报警地点和类别的快速定位，并通过自动化预案提示及设备切换，最大限度的减少了报警响应时间。该系统安装简便、反应迅速、组网灵活、性能可靠，提高了哨位执勤和处置突发事件的能力。

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