基于北斗的巡逻人员与车辆偏离路线告警系统与方法与流程

1.本发明属于北斗应用技术领域，涉及一种基于北斗的巡逻人员与车辆偏离路线告警系统与方法。


背景技术：

2.对边境线、重点地区或公路等基础设施的定期巡检是边防等职能机构的重要工作之一。以边境巡逻为例，中国陆地与俄罗斯、蒙古、哈萨克斯坦、印度、越南、缅甸等14个国家接壤，陆地边界线超过22800km，是世界上陆地边界线最长的国家之一，边境线所跨越的地形有高原山地、沙漠戈壁以及江水河流，边线延伸长、地形复杂，因此在此复杂的边境环境下，开展边境地区的巡逻是一项复杂且危险性较高的工作。目前中国边境巡逻方式主要以乘车等方式为主，在部分不具备行车条件的地区，至今甚至依然采用徒步等极为原始巡逻方式，执行巡逻任务的人员及车辆会根据传统地图或执勤经验开展对边境区域的徒步或行车巡查，人员及车辆在巡逻过程中可能由于复杂的地理环境、恶劣的气象条件及突发的地质灾害等情况而迷失方向，偏离既定巡逻路线，甚至走失，从而给巡逻人员的安全带来一定的威胁。
3.目前，在巡逻过程中，对于巡逻执勤人员及车辆的监控管理及安全预警缺乏有效的手段，边防营地或哨所往往无法及时的掌握执勤人员及车辆的位置与轨迹，亦无法对于巡逻人员及车辆的异常执勤轨迹进行及时的判断，从而及时采取预警提示及危险营救措施。
4.随着北斗系统的建成开通，可以充分利用高精度北斗卫星导航已有技术成果与现有的移动网络系统，通过研制或适应性改造的北斗设备，构建基于高精度北斗的巡逻精细管理预警系统，及时掌握执勤人员与车辆的位置、路线等信息，实现对巡逻任务的精细管理与有效预警，提升提高对巡逻异常状况的及时预警和处置能力。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.本发明要解决的技术问题是：针对目前边防等职能机构在巡逻人员及车辆的巡逻精细化管理与安全预警存在的不足，提出的一种基于高精度北斗的巡逻人员与车辆偏离路线报警系统与方法。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于北斗的巡逻人员与车辆偏离路线告警系统，包括北斗终端设备与监控中心服务端设备；
9.所述北斗终端设备用于为监控中心服务端提供巡逻人员/车辆当前的位置与状态数据，包括穿戴式北斗终端、车载式北斗终端设备；穿戴式北斗终端由巡逻人员佩戴，车载式北斗终端设备由车辆装载；
10.所述监控中心服务端设备位于监控中心，用于基于北斗终端设备提供的巡逻人
员/车辆当前的位置与状态数据实现偏离路线告警。
11.优选地，所述监控中心服务端设备包括通信接入设备、服务器、显控计算机、交换机；北斗终端设备接入监控中心服务端设备的通信接入设备，进而由通信接入设备将北斗终端设备发送的巡逻人员/车辆当前的位置与状态数据报文传递至服务器，经由服务器结合预先规划的巡逻路线信息对其活动的异常性进行分析判断，将分析判断结果经交换机提交至显控计算机，由显控计算机显示呈现巡逻人员/车辆的行动轨迹，并对出现的偏离路线情况生成告警信息，从而实现巡逻人员及车辆的位置信息与监控中心间的交互。
12.优选地，服务器结合预先规划的巡逻路线信息实时解析各北斗终端设备传输的位置与状态数据，并监测巡逻人员或车辆的活动范围与行动轨迹，对其合法性进行分析判断，生成相应的gis态势以及偏离路线告警信息。
13.优选地，服务器生成偏离路线告警信息的流程为：
14.s1：在gis地图上以描点的方式对预先规划的巡逻路线进行设置，各规划点相连即构成巡逻路线，设置完成的巡逻路线点地理坐标将存储至服务器的数据库内；
15.s2：巡逻人员或车辆携带北斗终端设备执行巡逻任务，北斗终端设备在巡逻过程中实时回传其当前位置坐标至营地哨所的监控中心，经由通信接入设备上传至服务器；
16.s3：服务器运行偏离路线报警监控程序对巡逻人员或车辆的实时位置与巡逻路线进行比对，从而作出是否偏离巡逻路线的告警判断，偏离路线报警监控程序运行期间，读取数据库内的巡逻路线点地理坐标数据，同时实时接收辖区内北斗终端设备上传的巡逻人员或车辆的位置信息，根据偏离路线报警算法，分析巡逻人员或车辆权限以及巡逻人员或车辆的位置与巡逻路线间的关系，对是否偏离路线进行判断识别，若判断出现偏离巡逻路线的事件，则生成报警信息；
17.s4：当偏离路线报警监控程序判断当前执勤出现偏离巡逻路线情况时，服务器生成预警信息，在监控中心的显控计算机的gis态势软件上显示预警图标，以提示监控人员当前可能的巡逻异常，同时，生成告警信息由通信接入设备发送至相应的北斗终端设备，以提醒执勤人员当前的偏离状态。
18.优选地，服务器执行的偏离路线报警算法的具体步骤如下：
19.s1：若当前巡逻人员或车辆的位置点是其行进轨迹中所上报的第一点，则不做判断，设定当前未出现偏离巡逻路线，否则进行如下判断：
20.s2：找出与当前巡逻人员或车辆位置距离最近的巡逻路线中的一段；
21.依次遍历巡逻路线中的由相邻的规划点连接而成的线段，解算巡逻人员或车辆当前位置点与线段的垂足，若当前位置点到其中一线段的垂足位于该线段上，则求解当前位置点到该线段间的距离，即位置点与该线段上垂足的距离；遍历完成后，找出与当前位置距离最近的线段；
22.s3：将当前位置与其最近线段间的距离与设定的距离阈值比较，若大于距离阈值，则判断当前状态为位置偏离巡逻路线状态并标记，否则继续后续判断；
23.s4：由巡逻人员或车辆的上一位置点与当前位置点构成一向量，计算该向量与距离当前位置最近的线段向量之间的夹角；若二者夹角大于90度，则判断当前状态为偏离巡逻路线状态，并标记；
24.s5：若连续5次出现偏离巡逻路线状态，则判断该巡逻人员或车辆存在偏离巡逻路
线的情形，并生成偏离路线报警信息。
25.优选地，北斗终端设备通过移动通信网络接入通信接入设备。
26.优选地，监控中心服务端设备位于营地或哨所。
27.本发明还提供了一种利用所述系统实现的偏离路线告警方法。
28.本发明还提供了一种所述系统在北斗应用技术领域中的应用。
29.本发明还提供了一种所述方法在北斗应用技术领域中的应用。
30.(三)有益效果
31.本发明的系统是以实现巡逻人员及车辆的精准管理及安全预警为背景，以地理信息系统配合移动式北斗终端，基于北斗的目标定位完成对巡逻人员及车辆的实时位置监测。根据巡逻人员、车辆的实时位置信息，以及预先规划的巡逻路线数据，判断巡逻人员与车辆在执行任务过程中是否偏离规划的巡查路线，当出现执勤人员及车辆偏离规划路线的情况时，便自动生成预警信息，提示营地哨所管理人员可能存在巡逻异常状况，并向偏离路线的人员、车辆发出预警提醒。
附图说明
32.图1为本发明的基于高精度北斗的巡逻人员与车辆偏离路线报警系统示意图；
33.图2为本发明的基于高精度北斗的巡逻人员与车辆偏离路线报警系统数据流向图；
34.图3为本发明的基于高精度北斗的偏离路线告警实现流程图2；
35.图4为本发明的偏离路线告警算法中间过程示意图1；
36.图5为本发明的偏离路线告警算法中间过程示意图2。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
38.本发明所采用的技术方案是：对执行重要区域的巡逻或公路巡检的人员发放穿戴式北斗终端，车辆配装车载北斗终端，北斗终端将实时位置与状态等数据通过移动通信网络(2g/3g/4g)接入营地/哨所监控平台，实现巡逻人员/车辆的位置信息与哨所监控平台间的交互。监控平台操作者可利用gis软件，事先规划出巡逻路线，并对执行巡逻任务的人员/车辆的实时位置进行监控，根据人员/车辆实时位置与规划的巡逻路线进行比对解算，对巡逻人员/车辆偏离规划路线的行为进行高效判断，从而可迅速生成警示信息并采取应急处置，实现对巡逻人员/车辆的精细管控。
39.图1为基于高精度北斗的巡逻人员与车辆偏离路线告警系统示意图，其中北斗终端设备主要包括穿戴式北斗终端、车载式北斗终端设备，监控中心的服务端设备主要包括通信接入设备、服务器、显控计算机、交换机等硬件平台。执行巡逻任务的人员佩戴穿戴式北斗终端设备，车辆装载车载式北斗终端设备，北斗终端设备通过现有移动通信网络(2g/3g/4g)可向监控中心发送其当前的位置坐标等信息，监控中心平台的服务器在获取北斗终端设备发送的数据后，可结合预先规划的路线信息对其活动的异常性进行分析判断，经软件处理后的信息，可在显控计算机的gis软件电子地图上显示辖区内人员/车辆的行动轨
迹。
40.图2为基于高精度北斗的重点区域人员/车辆精细管控数据流向图，明确了管控过程中的数据流向。北斗终端设备将位置与状态信息通过移动网络传输至区域监控中心通信设备，通信设备将数据打包通过有线通讯网络传输至监控中心服务器，服务器将实时解析各北斗终端传输的位置与状态数据，并通过告警分析程序监测北斗终端携带者的活动范围与行动轨迹，对其合法性进行分析判断，生成相应的gis态势与告警信息，态势与告警信息经由交换机设备传输至操控计算机，在操控计算机上的前端软件上进行显示与人机交互，操控软件界面由操控计算机扩展至显示大屏。区域监控中心操作人员可通过操控计算机前端软件，通过gis应用程序对规划巡逻路线进行描绘，相应的规划路线点信息将存储至服务器内相应的数据库中，作为服务器进行告警判断的重要依据；此外，操作人员还可对生成的告警信息进行确认，并向出现告警情形的终端携带者发出告警提醒信息，对相应的告警事件进行处置。
41.偏离路线告警实现流程为：
42.s1：监控操作人员利用显控计算机上的gis态势软件对规划巡逻路线进行设定。具体操作为在gis地图上以描点的方式对规划路线进行设置，各规划点相连即构成规划路线，设置完成的规划路线点坐标(经、纬度)将存储至服务器数据库内。
43.s2：巡逻人员或车辆携带北斗终端设备执行巡逻任务，北斗终端在巡逻过程中实时回传其当前位置坐标至营地哨所的监控中心，经由通信设备上传至服务器平台，实施运算。
44.s3：服务器运行偏离路线报警监控程序对巡逻人员或车辆的实时位置与规划路线进行比对，从而作出是否偏离路线的告警判断。偏离路线报警监控程序运行期间，会读取数据库内的规划巡逻路线点坐标数据，同时实时接收辖区内北斗终端上传的巡逻人员或车辆的位置信息，根据偏离路线报警算法，分析人员/车辆权限以及人员/车辆的位置轨迹与规划路线间的关系，对是否偏离路线进行判断识别，若判断出现巡逻者偏离规划路线的事件，则生成报警信息。
45.s4：当偏离路线报警监控程序判断当前执勤出现偏离规划路线情况时，服务器将生成预警信息，在监控中心的显控计算机的gis态势软件上显示预警图标，以提示监控人员当前可能的巡逻异常。同时，生成预警信息由通信设备发送至相应的北斗终端，以提醒执勤人员当前的偏离状态。
46.偏离路线报警算法如下：
47.规划巡逻路线模型可等效为平面内一系列规划路径点及其顺序相连所构成的线段的集合，人员/车辆的实时位置可等效为平面内一点，人员/车辆偏离规划路线的检测问题则可简化为平面上点和线段与多条线段间位置与角度关系的判断，偏离路线的判断准则主要考虑，当前位置点与规划线段间的距离，以及连续两轨迹点的连线与规划线段间夹角，设置距离阈值与角度阈值，若过程中出现大于距离阈值与角度阈值的情形，则判断存在偏离路线。具体算法步骤如下：
48.步骤1：若当前人员/车辆的位置点是其行进轨迹中所上报的第一点，则不做判断，设定当前未出现偏离规划路线，否则进行如下判断；
49.步骤2：找出与当前人员/车辆位置距离最近的规划路线中的一段；
50.依次遍历规划路线中的由相邻的规划点连接而成的线段，解算人员/车辆当前位置点与线段的垂足，若当前位置点到其中一线段的垂足位于该线段上，则求解当前点到该线段间的距离，即点与该线段上垂足的距离。遍历完成后，找出与当前位置距离最近的线段；
51.步骤3：将当前位置与其最近线段间的距离与设定的距离阈值比较，若大于设定阈值，则判断当前状态为位置偏离规划路线状态并标记，否则继续后续判断；
52.步骤4：由人员/车辆的上一位置点与当前位置点构成一向量，计算该向量与距离当前位置最近的线段向量之间的夹角；若二者夹角大于90度，则判断当前状态为偏离规划路线状态，并标记。
53.步骤5：若连续5次出现上述偏离规划路线状态，则判断该人员或车辆存在偏离规划路线的情形，并生成偏离路线告警。
54.以下结合图例，对偏离路线检测算法进行具体描述：
55.如图4所示，图中a、b、c、d、e为规划路线时所标记的路线点，将各点按顺序依次相连，即构成规划的路线a—b—c—d—e；
56.图4中轨迹点1、轨迹点2为巡逻人员/车辆的实际行动轨迹中的2点，其中轨迹点1为第一个轨迹点，轨迹点2为第2个轨迹点，当仅出现第一个轨迹点时，默认当前未偏离，不做判断；当传入轨迹点2后，则需遍历规划路线中的ab、bc、cd、de线段，依次求解当前轨迹点2与上述线段的垂足，并记录下垂足在线段上情况下，轨迹点2到线段距离，如图可知，轨迹点2到ab、bc的垂足分别在ab、bc上，到cd、de的垂足不在cd、de上。因此，求解轨迹点2到ab与bc的距离，即图中d1、d2；随后找出与轨迹点2距离最短的线段，由图可知d1《d2，因此与轨迹点2距离最短的线段为ab。
57.当d1大于距离阈值，则判断当前行进轨迹出现偏离规划路线状态，否则，继续判断轨迹点1与轨迹点2所构成的向量与向量ab之间的夹角，如图5所示。
58.当轨迹点1与轨迹点2所构成的向量与向量ab之间的夹角大于90度，则判断当前为偏离规划路线状态。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于北斗的巡逻人员与车辆偏离路线告警系统，其特征在于，包括北斗终端设备与监控中心服务端设备；所述北斗终端设备用于为监控中心服务端提供巡逻人员/车辆当前的位置与状态数据，包括穿戴式北斗终端、车载式北斗终端设备；穿戴式北斗终端由巡逻人员佩戴，车载式北斗终端设备由车辆装载；所述监控中心服务端设备位于监控中心，用于基于北斗终端设备提供的巡逻人员/车辆当前的位置与状态数据实现偏离路线告警。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控中心服务端设备包括通信接入设备、服务器、显控计算机、交换机；北斗终端设备接入监控中心服务端设备的通信接入设备，进而由通信接入设备将北斗终端设备发送的巡逻人员/车辆当前的位置与状态数据报文传递至服务器，经由服务器结合预先规划的巡逻路线信息对其活动的异常性进行分析判断，将分析判断结果经交换机提交至显控计算机，由显控计算机显示呈现巡逻人员/车辆的行动轨迹，并对出现的偏离路线情况生成告警信息，从而实现巡逻人员及车辆的位置信息与监控中心间的交互。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，服务器结合预先规划的巡逻路线信息实时解析各北斗终端设备传输的位置与状态数据，并监测巡逻人员或车辆的活动范围与行动轨迹，对其合法性进行分析判断，生成相应的gis态势以及偏离路线告警信息。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，服务器生成偏离路线告警信息的流程为：s1：在gis地图上以描点的方式对预先规划的巡逻路线进行设置，各规划点相连即构成巡逻路线，设置完成的巡逻路线点地理坐标将存储至服务器的数据库内；s2：巡逻人员或车辆携带北斗终端设备执行巡逻任务，北斗终端设备在巡逻过程中实时回传其当前位置坐标至营地哨所的监控中心，经由通信接入设备上传至服务器；s3：服务器运行偏离路线报警监控程序对巡逻人员或车辆的实时位置与巡逻路线进行比对，从而作出是否偏离巡逻路线的告警判断，偏离路线报警监控程序运行期间，读取数据库内的巡逻路线点地理坐标数据，同时实时接收辖区内北斗终端设备上传的巡逻人员或车辆的位置信息，根据偏离路线报警算法，分析巡逻人员或车辆权限以及巡逻人员或车辆的位置与巡逻路线间的关系，对是否偏离路线进行判断识别，若判断出现偏离巡逻路线的事件，则生成报警信息；s4：当偏离路线报警监控程序判断当前执勤出现偏离巡逻路线情况时，服务器生成预警信息，在监控中心的显控计算机的gis态势软件上显示预警图标，以提示监控人员当前可能的巡逻异常，同时，生成告警信息由通信接入设备发送至相应的北斗终端设备，以提醒执勤人员当前的偏离状态。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，服务器执行的偏离路线报警算法的具体步骤如下：s1：若当前巡逻人员或车辆的位置点是其行进轨迹中所上报的第一点，则不做判断，设定当前未出现偏离巡逻路线，否则进行如下判断：s2：找出与当前巡逻人员或车辆位置距离最近的巡逻路线中的一段；依次遍历巡逻路线中的由相邻的规划点连接而成的线段，解算巡逻人员或车辆当前位置点与线段的垂足，若当前位置点到其中一线段的垂足位于该线段上，则求解当前位置点
到该线段间的距离，即位置点与该线段上垂足的距离；遍历完成后，找出与当前位置距离最近的线段；s3：将当前位置与其最近线段间的距离与设定的距离阈值比较，若大于距离阈值，则判断当前状态为位置偏离巡逻路线状态并标记，否则继续后续判断；s4：由巡逻人员或车辆的上一位置点与当前位置点构成一向量，计算该向量与距离当前位置最近的线段向量之间的夹角；若二者夹角大于90度，则判断当前状态为偏离巡逻路线状态，并标记；s5：若连续5次出现偏离巡逻路线状态，则判断该巡逻人员或车辆存在偏离巡逻路线的情形，并生成偏离路线报警信息。6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，北斗终端设备通过移动通信网络接入通信接入设备。7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，监控中心服务端设备位于营地或哨所。8.一种利用如权利要求1至7中任一项所述系统实现的偏离路线告警方法。9.一种如权利要求1至7中任一项所述系统在北斗应用技术领域中的应用。10.一种如权利要求8所述方法在北斗应用技术领域中的应用。

技术总结
本发明涉及一种基于北斗的巡逻人员与车辆偏离路线告警系统与方法，属于北斗应用技术领域。本发明的系统是以实现巡逻人员及车辆的精准管理及安全预警为背景，以地理信息系统配合移动式北斗终端，基于北斗的目标定位完成对巡逻人员及车辆的实时位置监测。根据巡逻人员、车辆的实时位置信息，以及预先规划的巡逻路线数据，判断巡逻人员与车辆在执行任务过程中是否偏离规划的巡查路线，当出现执勤人员及车辆偏离规划路线的情况时，便自动生成预警信息，提示营地哨所管理人员可能存在巡逻异常状况，并向偏离路线的人员、车辆发出预警提醒。车辆发出预警提醒。车辆发出预警提醒。


技术研发人员：丛俊凯 李玲慧 何衡湘 黄正中 唐湘成 钟强 邹硕颐 王永俊 陈琳 刘国迎
受保护的技术使用者：西南技术物理研究所
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/5/26