北斗导航和“云+端”技术在公安指挥调度中的应用

刘 丹，田银枝，曹红杰，张剑波

(1.北京合众思壮导航技术有限公司，北京100015;2.北京超图信息技术有限公司，北京100015;3.中国地质大学(武汉)信息工程学院，湖北武汉430074)

一、引 言

公安部门面临和承担着艰巨办案任务，以及破案困难时，必须走科技强警之路，向科技要警力，通过公安信息化建设技术提升战斗力。随着公安网络基础条件和信息化应用水平不断提高，以及公安部“金盾工程”的推广和深化，今后公安信息化的一个重要趋势就是构建基于空间位置信息的统一指挥调度体系。

位置信息的获取主要靠卫星导航定位，北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system，BDS)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。与美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。除了重要的战略和安全意义，目前BDS已经逐渐走向民用和产业化，对带动我国经济增长点有着巨大的促进作用［1］。办案过程中警员位置信息是指挥调度的核心数据，也是关乎公安安全的保密信息。利用我国自主卫星系统获取定位是今后公安信息化建设发展的重点和趋势。目前利用GPS和北斗双模技术，不仅能保证国家信息安全，而且能对现有GPS和通信网络进行辅助定位和通信互补，意义巨大。

二、建设目标和核心技术

公安综合指挥调度系统的建设就是利用空间地理信息技术，以GIS、GNSS和RS为基础，以公安信息网络为依托，以信息共享和综合利用为目标，建立基于公安专网的多级综合指挥地理信息平台，以提高在指挥决策、快速反应、协同作战等方面的综合能力，同时为情报收集、案件侦查、行动收网、公安查稽、警力部署等公安业务提供基于位置的辅助分析与决策支持。

2012年，BDS开始试运行，目前已经形成覆盖亚太大部分地区的服务能力，并将于2020年提供全球的定位导航服务。相对于GPS，BDS一个最大的优势就是其本身集成了通信功能，可以实现短报文传输，特别是在没有通信网络信号覆盖的盲区也能实现定位和短信息的回传，为公安侦查指挥提供很强的定位和通信能力。

“位置云”是一种基于3S技术、IT技术、网络与通信技术的综合体系，包含基础设施、服务与开发平台、产品解决方案等部分，吸纳所有与位置相关的资讯，能够为社会各领域提供基于位置的多需求解决方案。位置云技术的核心实施策略就是“云+端”。“云”是基于云计算技术的位置服务后端平台，负责智慧思考与智慧决策，像大脑;“+”是驻留在终端的软件中间件，负责智慧传输与智慧反馈，像神经系统;“端”是各类带有定位能力的智能产品，包括消费电子和专业设备，负责智慧感知和智慧执行，像感官与四肢［2］。

构建在北斗和位置云平台上的公安指挥调度系统应用和常规GIS应用的最大区别在于：现场与后台的实时联动、多应用系统的充分融合、通信网络的多种支持，以及自导航功能的充分结合。

三、系统设计

1.总体框架

公安综合指挥调度系统包括北斗导航终端和位置云架构的指挥调度后台系统两大部分，可以同时承载3G通信网络和北斗卫星网络，并利用终端上的单兵作战软件和公安内网的地图及情报系统来实现指挥调度功能。总体框架如图1所示。

图1 总体架构图

2.多级架构

系统从组织架构方面分为总队指挥中心、支队指挥中心和侦查现场3层。其中以总队为中心，向上可以和公安厅、公安部沟通，平级可以与其他警种协同作战，向下可对各支队、大队和前线警员进行指挥调度，形成一个科学的上下贯通、无缝连接的高效扁平化指挥体系(如图2所示)。

四、北斗导航实现单警的“端”应用

1.北斗实现双星定位和通信链路保障

考虑到公安侦查指挥现场情况无线通信网络的特殊性和复杂性，系统采用北斗/GPS双模单警终端进行定位和通信的保障。

(1)双星定位

实时定位方面首先采用GPS定位，在没有GPS卫星信号的情况下可以无缝转换到北斗卫星定位，双星定位保证定位信息完美覆盖。

(2)通信互补

数据通信链路方面也是首先选择3G信号，单警终端可以选装联通3G(WCDMA)和电信3G(CDMA2000)模块。定位信息和采集数据的实时回传，以及公安数据的下载主要依靠3G无线网络，在无3G无线信号的情况下，利用北斗卫星的短报文通道，把关键的定位数据和现场文字情况分包分块地回传到指挥中心的北斗指挥机上，再通过北斗指挥机和通信服务器的对接，把采集数据传输到指挥系统的数据库中;同时对于后台指挥调度的文字指令信息，也可以通过北斗指挥机实时地下发到单警终端上，实现应急情况下的实时通信保障。

(3)短报文数据标准

格式为：信息编号，CRC校验位是否为BCD编码方式，是否有密钥，发信时间，发信方地址，收信方地址，电文字节长度，电文内容。

2.公安现场指挥的地图导航应用

(1)终端自由导航

利用北斗导航终端设备可实现智能声控导航、二维三维立体显示、3D实景显示、周边信息实时查询等核心导航功能。

(2)定位监控和战友位置查看

利用北斗导航装置可以把位置上报给指挥中心，同时终端可以实时查看附近警员位置及详细信息。

(3)侦查小组建立和信息实时沟通

终端用户可以建立不同的侦查组，实现消息指令收发、作战指令实时接收和回复。指挥中心还可以推送给导航终端案件目标地信息，实现“一键导航”、协调作战，以及快速增援。

(4)证据线索采集和实时上报

利用北斗导航装置的定位芯片和摄像头可实时记录当前位置信息、周边图片、案件相关文字描述等多种信息，并通过无线方式实时回传到指挥中心，供领导作战决策指挥和案件分析情报研判等工作。

(5)在线语音查案和语音对讲

通过一键呼和指挥中心进行语音通话，实时获取案件和嫌疑人的相关重要资料;同时还能发起多方无线语音对讲，实现一呼百应的功能。

五、基于位置云技术的系统架构

1.位置云建设公安多级信息联动的“+”网络

(1)建设内容

公安指挥调度系统的建设首先需要建立一套符合公安安全接入规范的信息交换和数据共享网络体系，铺设好一条基础的信息高速公路，以实现业务对象之间、公安网内和网外之间、监控和移动终端之间的信息互通和数据交换共享。采用位置云体系中的位置接入数据标准和分布式多点通信模块来实现以上功能。网络架构如图3所示。

图3 公安网络安全接入

(2)网络结构和部署

系统涉及VPN网、安全接入平台和公安内网3类信息网络，分别独立成网，通过路由器和网闸进行隔离和交换。

1)VPN网：运营商基于3G公网增加相应隧道技术和安全加密技术组建的“专线”网络，直接从运营商机房迁入到公安部门的信息中心。

2)安全接入平台：按照公安部边界安全接入的规范要求，采取区分链路安全防御的方法，构建集边界保护、身份认证、应用安全、安全隔离和平台自身安全防护等功能的边界接入平台，实现VPN网络和公安内网之间的隔离［3］。

3)公安内网：公安系统内办公用的独立网络，和其他网络实现物理隔绝。

目前VPN网和安全接入平台采用三层交换机实现信息数据的单向传输，VPN网上的机器必须插数字证书才能单向访问安全接入平台上的服务器;安全接入平台和公安网之间采用网闸技术进行信息数据交换，也是只能单向访问公安网内的机器。

网络部署：VPN网上部署代理服务器实现移动终端北斗/GPS数据上传，安全接入平台上部署安全接入服务器实现和公安内外网之间的互联和互通，其他数据库、信息发布、应用通信等服务器和指挥终端都部署到公安内网中。

2.位置云实现后台多业务整合的“云”服务

(1)建设内容

公安指挥调度系统中涉及的多种类型地图各有特点。矢量和PGIS地图只能表现案件现场的平面信息，对于布控和抓捕的地点和建筑物，需要更加真实现场照片和更加立体的三维地图来提供细节展示，增强公安民警的“精确侦查、精确布控和精确抓捕”的侦查办案能力。

系统使用位置云体系中多框架和地图接口，创新地把矢量、三维、实景和PGIS地图等多种地图模式都集中整合到指挥调度地理信息系统中，通过不同的地图可视化角度来辅助公安侦查指挥工作。

(2)重点区域真三维和三维实景地图的应用

重点区域真三维地图可以掌握场所的真实环境，对于制定抓捕行动方案非常有帮助，且对于侦查员布控位置和守候出入点安排，通过查看建筑物的真三维地图会非常直观和逼真。

作为遥感和真三维地图的有效补充手段，基于三维实景地图弥补了传统二维地图数据量不足的问题，提供一个“身临其境”的实景环境，为侦查办案提供直观影像数据，并且可进行通道尺寸、建筑物高度和射击通视距离量测，具有“可视、可读、可写、可画、可量、可链接、可挖掘”等特点。

(3)实现与公安PGIS平台的整合与对接

公安PGIS的最核心功能就是把公安各警种业务数据都集中整合并且上图管理，实现公安信息化领域“一张图”模式。PGIS是今后警用GIS应用发展的大趋势和大方向。随着全国公安PGIS的逐步建立和完善，和PGIS整合能有效保证实时获取公安各类信息和资源(宾馆、酒店、单位、门牌地址等)，逐步成为一个数据自动更新和信息极大共享鲜活的公安综合应用系统［4］。

多模式地图集成的系统效果如图4所示。

图4 多模式地图

六、建设成果与应用效果

基于北斗和“云+端”技术的公安指挥调度系统主要有以下特点和建设成果：一是构建了公安信息化领域第一个基于云计算技术和面向实战的北斗综合指挥系统和应用框架;二是搭建了公安侦查的多级指挥体系，提高了公安侦查指挥过程中信息传递的效率和扁平化指挥的能力;三是建立了公安领域快速高效的移动侦查指挥体系，大大增强和提高了公安现场指挥调度和应变决策的能力;四是提供了基于手机的北斗导航、身份识别目标比对、手机无线对讲调度、手机GPS定位、PGIS地图展示等多种先进侦查办案手段，增强了公安一线干警的案件侦查和现场实时取证的能力;五是建立了公安GIS指挥系统与公安大情报系统、各业务系统等之间的信息通道和桥梁，增强了现场情报研判效率，大大提高现场查缉的能力。

基于北斗和“云+端”技术的公安指挥调度系统于2011年首先在广西公安禁毒部门得以充分应用和实践。通过一年的建设，建成了广西全区6个禁毒侦查指挥中心，实现了广西全区禁毒移动指挥中心的全覆盖，完成了全广西80%禁毒支队侦查指挥车辆的实时监控和警力调度，完成了全区50%禁毒民警数字化警用终端的配发，为广西公安禁毒乃至广西公安信息化水平的提高做出了贡献，并且得到了公安部领导和广西公安厅领导的高度评价，被认为是“禁毒工作新的跨越和突破，禁毒信息化迈上新的台阶，广西公安新的技术平台”。

广西公安禁毒项目社会效益非常明显，广西公安禁毒指挥调度系统在边建边用的过程中一直坚持“贴近实战、易用好用”的原则，利用各类先进的终端设备和软件系统，积极开展各类禁毒案件的侦查工作，并且形成了多起战果。2011年自治区公安厅禁毒总队应用指挥调度系统，调度区、市、县各级禁毒部门共破获重特大毒品犯罪案件5起，其中公安部督查重点案件2起，共抓获犯罪嫌疑人22名，缴毒10余千克，多次受到公安部禁毒局的通报嘉奖，为保障国家安全和社会安定起到了非常重要的作用。

七、结束语

系统整体构成了一个典型“云+端”公安侦查指挥的创新应用工作模式，其中“端”是基于北斗/GPS双模芯片设计的三防导航终端，作为一线单警手持单兵设备，“+”是终端上的单兵作战系统软件及北斗/3G无线实时通信通道，最后信息汇集到后台整合了多地图数据和大情报系统的“云”系统中去，在公安指挥实际工作中极大地提高了现场采集的效率，缩短了指挥处置的时间。系统具有模块化设计、功能扩展能力强和在线实时信息处理快等特点，能在公安刑侦、治安、反恐等其他警种快速地应用和推广。

［1］赵琳，丁继成，马雪飞.卫星导航原理及应用［M］.西安：西北工业大学出版社，2011：34-48.

［2］合众思壮.“中国位置”上线，位置云体系实现从云到端［EB/OL］.2011-7-29.http：∥ www.unistrong.com/news/NewsShow_2170.aspx.

［3］公安部计算机与信息处理标准化技术委员会.GA/T493-2004城市警用地理信息系统建设规范［S］.北京：中国标准出版社，2004.

［4］公安部计算机与信息处理标准化技术委员会.GA/Z01—2004城市警用地理信息系统标准体系［S］.北京：中国标准出版社，2002.

［5］杨正洪，郑齐心，吴寒.企业云计算架构与实施指南［M］.北京：清华大学出版社，2010：18-31.

［6］朱永辉，白征东，过静珺，等.基于北斗一号的地质灾害自动监测系统［J］.测绘通报，2010(2)：5-7.