王志芳

（河北科技大学理工学院，河北石家庄 050035）

基于Android的单兵应急系统方案设计

王志芳

（河北科技大学理工学院，河北石家庄 050035）

通过对单兵应急系统需求的分析，基于Android系统下的手持终端，针对实时音视频通信、GIS、指挥调度3个方面进行了深入研究分析，提出了一套单兵应急系统方案。该方案主要分为3个部分：1）依托于3G网络的实时音视频通信；2）实现支持离线矢量地图的地理信息系统，并实现指挥中心和手持终端协同标绘；3）单兵与中心相依相辅的应急资源管理、知识库查询和数据同步管理。

单兵终端；应急通信；数据同步；协同标绘；资源管理

单兵应急系统是针对中心应急系统和车载应急系统而形成的概念。在应急突发事件（比如地震、泥石流）发生后，大部分情况下应急车是不可能开到事发现场的，尤其是边远山区道路交通阻断时，为了开展“最后几公里”的救援工作，必须派单兵深入展开救援，单兵应急系统应运而生。目前应急领域主流的单兵终端大都是指无线图传设备和短波、超短波电台通信，这些设备都比较笨重，装备到单兵的成本也较高。Android系统的兴起，给智能手机、平板电脑、PDA等硬件提供了广阔的发展空间，基于Android系统之上的应用系统也层出不穷。拟采用基于Android的终端设备来解决在应急领域“最后几公里”的问题，不但可以减轻单兵背负设备的质量，还可以降低单兵应急的成本，Android系统下的众多应用软件也可以在应急救援中发挥重要作用。

1 单兵应急系统总体设计

1.1 总体需求

单兵应急终端主要用于应急事件发生后，单兵奔赴现场后将现场数据、音视频资料传给应急指挥车（以下简称应急车）和固定应急指挥中心（以下简称指挥中心），可以实时进行音视频、数据通信，遵照指挥中心的部署进行救援行动，还具有查询相关应急预案、应急资源、坐标定位导航等一系列应急辅助功能。

单兵便携终端可以是搭载Android系统的PDA、平板电脑、手机等，本文主要以手机为例进行阐述。

1.2 总体设计

单兵应急处于整个应急系统的最前线，如图1所示，单兵需要将现场情况实时上报，单兵通信在整个应急过程中尤为重要。本方案设计单兵通信手段包括3G，GPRS，wifi，短波、超短波，携带这些通信手段的单兵奔赴现场后才能最大限度地发挥作用。其中短波和超短波不在论述范围内，笔者着重讲述Android终端上的设计，通信链路主要为3G。

图1 应急业务图Fig.1 Graph for emergency service

整个单兵应急系统分为业务层、逻辑实现层、中间件、操作系统，如图2所示。本方案底层操作系统版本选为Android2.3。嵌入式中间件包含SIP协议栈，GIS引擎和数据库组件。

SIP（session initiation protocol）是一个应用层的信令控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。这些会话可以是Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。会话的参与者可以通过组播（multicast）、网状单播（unicast）或两者的混合体进行通信［1］。

GIS引擎拟采用UCMAP。据调研，现阶段手机嵌入式GIS引擎只有UCMAP支持态势标绘，这在单兵应急指挥过程中极为重要。在GIS之上构建单兵协同标绘模块，可以实时接收指挥中心的态势标绘指令，使得单兵的行动可与指挥中心达到高度统一，方便指挥长指挥部署救援工作，也为后期的单兵协同作战打下基础。

应急资源管理离不开数据库，本方案数据库采用Android平台上集成的嵌入式关系型数据库SQLite。它是一款轻型的数据库，是遵守ACID的关联式数据库管理系统，它占用资源非常低，在嵌入式设备中，可能只需要几百KB的内存就够了。它能够支持 Windows/Linux/Unix等主流的操作系统，同时能够跟很多程序语言相结合，比如C＃，PHP，Java等，还有ODBC接口，而且它的处理速度比 Mysql，PostgreSQL都快。

逻辑实现层包含3个子系统：应急通信系统、地理信息系统、应急资源管理系统。这些系统实现了上层业务的音视频通信、GIS定位、协同标绘、数据查询同步。以下重点阐述这3个系统。

图2 单兵应急系统架构Fig.2 Architecture of individual emergency system

2 关键技术

2.1 音视频通信

本方案中应急通信系统不单纯依靠手机自带的通话功能，应急业务的特殊性决定了单兵应急必须开发专有通信系统。本方案采用开源SIP协议栈，并在此基础上开发了音视频通信业务终端，如图3所示，使得单兵可以通过3G网络进行音频通话，同应急车和指挥中心召开视频会议，可以借助于手机的摄像头实时将现场数据采集并传送给应急车和指挥中心，借助Android自带的视频编解码技术，很方便地实现视频通话功能［2］。

2.2 协同标绘和地理信息系统

目前手机上的地理信息系统大都止步于定位查询功能，在应急领域，态势标绘也是一个重要的需求。本方案中采用UCMAP作为地图引擎，该引擎支持了部分矢量符号标绘，基本能满足常用的应急指挥矢量符号的使用需要，在Android的迅猛发展下，各大地图引擎提供商肯定会很快推出更完善的标绘系统组件。

协同标绘设计如图4所示。

图3 VoIP音视频通信设计Fig.3 Audio and video communication design for VoIP

将协同标绘的同步服务端和客户端放在一个组件里实现，这样当某个服务器端失去连接后，任何一方都可以快速地将自己本身声明为服务器端来实现协同标绘的任务。这个组件最后会部署到单兵手机、应急车服务器和固定指挥中心的服务器上，默认情况下，会以指挥中心为协同标绘的服务中心，它来负责分发各个终端的标绘指令，并同步所有参加到该服务上的标绘单位。

一旦指挥中心服务器中断连接，或者其他故障导致协同标绘服务失效，则余下的应急车和各单兵都可以主动发起协同标绘广播，宣布由其来担任协同服务中心的角色，各个终端同意后，将自动修改协同服务端地址配置，协同标绘继续进行［3］。

图4 协同标绘设计Fig.4 Design for collaborative plotting

2.3 应急资源、知识库查询和数据同步设计

指挥中心一般会包含各种应急数据资料、应急资源配置管理系统和知识库。单兵应急系统在应急救援现场要充当“应急小中心”的作用，不但要保证通信顺畅，还需要实时提供各种知识库、资源查询功能，消耗了多少应急资源要及时上报指挥中心。指挥中心的领导可以实时查看应急资源数据，这些数据的实时性、有效性直接影响了应急救援的高层决策。指挥中心、应急车和单兵的数据同步显得尤为重要。数据同步的流程图见图5［4］。

图5 数据同步设计Fig.5 Design for data synchronization

3 实验分析

本方案参考了中心应急通信的基本设计原理，主要难点是Android系统通信部分，经过实验室专题实验如下。

实验环境：使用固定静态IP地址的服务器A来代替指挥中心，使用Android2.3版本摩托罗拉ME525手机，使用无线路由器模拟3G环境，并设置手机也采用内网静态IP联通服务器A。

实验结果：视频通信流畅，画面清晰，稳定在50帧/s以上。500条记录通信簿测试数据同步处理时间小于2 s，协同标绘延迟小于1 s。

实验结果表明：该方案在技术上基本满足需求。其中数据通信是在无线局域网下测试的，与真实的3G网络环境存在差异，现阶段中国的3G网络稳定性有待提高，在实际环境中测试性能可能会有所降低。

4 结 语

在突发事件频发的今天，应急救援工作能否及时有效，应急建设是否得到重视是检验政府绩效的重要组成部分。国家各级政府应急单位都在不遗余力地建设中心型指挥中心，部分单位也都配备了车载指挥中心，但是单兵应急的投入始终不足，为了解决救援工作“最后几公里”的问题，单兵应急势必会越来越受到重视，设计一种合理、有效、便捷的单兵应急终端系统十分必要。

［1］赵 谦.现代信息网技术与应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2009.

［2］李 鑫，余震虹，王 琳，等.基于SIP协议的VoIP技术应用研究［A］.中国控制与决策学术年会论文［C］.无锡：［s.n.］，2007.764－766.

［3］张立生.移动实时协同标绘系统的设计与实现［J］.河北省科学院学报，2011，28（3）：56－65.

［4］卢 宇，龚忠友，吴进营，等.基于 WEB服务的分布式异构数据同步设计［J］.微计算机应用，2011（12）：47－53.

Design of individual emergency system based on android

WANG Zhi－fang
（Polytechnic College，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050035，China）

Based on the requirement analysis for individual emergency system and the study of real－time audio，video communication，GIS and dispatching of hand－held terminal with Android system.this paper proposes a set of schemes for individual emergency system.It is divided into three main parts：real－time audio and video communication based on the 3G network.geographic information system which supports offline vector map，and the realization of the collaborative plotting for commanding center and hand－held terminal emergency resource management，knowledge database query and data synchronization management between individual and command center.

individual terminal；emergency communication；data synchronization；collaborative plotting；resource management

TP311

A

1008－1534（2012）04－236－03

2012－04－16

陈书欣

王志芳（1982－），女，河北隆尧人，硕士，主要从事计算机应用方面的研究。