多场景位置监控应用平台设计

郭亚东

【摘要】    研究低场景关联位置监控应用实现方案，基于物联网体系模型设计平台架构，实现了用户自主管理位置监控应用场景，平台高效、安全、便捷。其中位置采集终端集成4/5G无线通信模组，使用ElasticSearch搭建位置数据存储搜索引擎，采用响应式框架实现Web管理系统，基于跨平台基础框架（Ionic）设计移动端应用。平台设计方案创新性实现多场景位置监控应用。

【关键字】    多场景位置监控    数据缓存    云平台基础设施

引言：

依托“十三五”时期国家对信息化产业发展的战略布局，我国在移动互联网、云基础设施、人工智能、5G通信等新兴技术方面取得了显著进步和成就，信息化应用已经深入到政务、工业、交通、物流等各个行业，工业生产、民生服务越来越网络化、移动化、智能化。在产业运行、个人生活中对位置监控应用有需求的场景越来越多，研究便捷高效、智能安全、低场景关联的位置监控平台具有重要意义。本设计实现位置监控与业务场景低关联的应用平台，满足一个平台适用多种业务。

一、系统设计

多场景位置监控应用平台设计包括位置采集、大数据存储访问服务、互联网应用管理系统、移动端应用，如图1所示。结合5G无线通信、云平台基础設施、分布式服务应用、跨平台移动端应用等新技术设计，实现“传统位置监控”向新型人工智能方向的转变。平台包括融合北斗/GPS双模位置采集、5G无线通信技术的设备[1]，基于云平台基础设施（HUAWEICLOUD）搭建的大数据存储访问服务，采用前后端分离架构的互联网应用管理系统，采用跨平台技术框架（Ionic）设计的移动端应用[2]。实现位置监控与应用场景解构，提高位置监控的智能化程度，从而减少因位置跟踪欠缺引起的人身安全、财产损失等事故，为位置监控与业务场景的解耦提供应用工具。

二、位置采集终端设计

位置采集终端融合北斗/GPS双模位置采集、硬件开发、嵌入式应用、5G通信等多种智能硬件应用开发技术，结构如图2所示。集成北斗/GPS双模位置采集模块和5G通信终端，进行北斗/GPS联合定位，采用北斗/GPS双模定位在系统完备性、时钟精度、定位精度方面拥有更强的优势。终端集成第五代蜂窝移动通信技术（5th generation wireless systems，简称5G），选用高性能5G模组，向下兼容4G网络，提高无线通信可靠性，通过实践丰富5G应用场景。使用场景低关联的位置数据结构，形成终端状态异常检测、位置缓存功能的解决方案。

终端设备应用的关键技术包括：

1.终端硬件集成电路设计。

2. 5G通信模组在多场景位置监控领域应用的解决方案。设计数据结构、实现PUBLISH/SUBSCRIBE机制以完成基于5G无线通信的位置数据上传目标[3]。对终端设备状态进行定期检测，异常情况启动位置缓存策略，故障恢复后启动重发机制，解决位置监控丢包的问题，优化定位数据连续率，以满足多场景应用对位置监控的要求。

3.北斗/GPS双模传感器与主控芯片通信驱动，终端设备数据传输过程为通过北斗/GPS天线接收定位信号，通过串口传输至主控芯片，经过解析计算出采集时间、方向、经纬度等定位数据，再通过5G通信模块传输至数据中心。驱动要实现根据NMEA0183协议解析计算双模定位数据，区分双模定位数据协议帧（BDGSV/GPGSV），运行不同的结构程序处理，确保有效解析双模定位数据[4]。

4.设备检测，定期运行检测任务检测包括电池、无线信号等影响设备工作的关键模块。

三、管理系统设计

基于云平台基础设施（HUAWEICLOUD）搭建大数据存储访问服务，使用ElasticSearch作为大数据平台的实时联机分析处理（LOAP）框架，实现平台数据的存储、查询、聚合服务，深入理解数据隐含知识。研究无线通信数据上传协议，设计消息传输Topic进行终端标识，实现大量设备连接。

应用前后端分离架构理念开发互联网应用管理系统，研究多场景位置监控应用业务流程解决方案，根据前后端分离架构理念对应用管理系统进行拆分，实现去中心化，规避复杂度积累问题，提供服务平台高容错率。研究秘钥生成（Generation）、分发（Distribution）、验证（Verification）技术，进行用户位置授权访问集成，实现位置共享功能。采用响应式框架实现Web管理系统，提供多设备兼容的用户管理交互系统。Web管理系统主要包括以下功能模块，智能仪表盘模块，对数据统计分析结果进行可视化，向用户展示度量信息和关键指标;监控模块实时显示所有终端位置、设备状态、应用场景，定时进行定位数据预警监测，对异常定位启动警告通知流程，可进行历史轨迹查看;设备管理模块，对设备进行添加、编辑、删除绑定关系操作，可查看设备使用记录，有限展示用户信息，用于在异常警告时联系用户;用户模块，添加、编辑、删除用户，在用户角色管理页面编辑用户角色，实现系统不同级别的开放度管理;权限管理模块，三级权限设计，包括超级管理员、操作者、运营者，超级管理员拥有系统最高级别权限，操作者不配置用户管理和权限管理模块，运营者不配置用户管理、权限管理、设备管理中的添加和编辑功能，主要开放数据查看功能，满足日常运营使用要求。为增加监控地图显示窗口尺寸，将导航栏设计为可伸缩模式，布局在页面左侧。

移动端应用采用跨平台技术框架（Ionic）设计，具备多平台（Android/IOS）适用特性。设计移动端交互流程，实现场景管理、位置关联分享[5]、位置监控预警、设备管理功能，用户具有高度自主的权限决定位置数据用途。对数据聚合分析输入设备状态检查、监控预警流程中进行决策分析。移动端应用部分页面如图3所示。

四、结束语

多场景位置监控应用平台融合智能硬件应用开发、5G无线通信技术、大数据存储访问服务、渐进式Web框架、跨平台移动端应用开发技术。位置采集终端实现网络状态监听，支持断网位置数据缓存，保障了被监控物品位置轨迹连续性;大数据存储访问服务基于开源框架Elasticsearch搭建，满足大数据量级的实时查询统计，支撑对位置数据进行聚合挖掘数据知识;Web管理系统和移动端应用提供友好的交互界面实现位置监控和场景管理。

平台设计方案为位置监控应用智能化、云平台化研究提供最佳实践案例，未来平台优化主要侧重于位置采集终端小型化、提升续航能力和位置数据精度方向。

参  考  文  献

[1]吴必造，杨亚军，张辛波.基于5G技术的高可靠数据传输终端的设计[J].信息技术与网络安全， 2021，40（08）：78-83.

[2]黎茂林，王天鑫，魏嵩，闫冉，宿世博，陈晓宇.跨平台移动应用开发技术研究[J].网络安全技术与应用， 2021，（03）：33-34.

[3]李想.物联网发布/订阅系统的研究与实现[D].成都：电子科技大学，2019.

[4]李金龙，王 冰，王爱兵，朱恩慧，袁红月.北斗/GPS双频载波相位单点定位模型及精度分析[J].导航定位与授时， 2021，8（04）：120-128.

[5] Carvalho Kevin，Granjal Jorge.Security and Privacy for Mobile IoT Applications Using Blockchain[J].Sensors. 2021，21（17）：1-22.