引言

近年來，由于SARS病毒、H5N1、H1N1以及乙肝病毒等給人們生產(chǎn)生活帶來的極大危害，我國加大了對醫(yī)療、疾病預(yù)防控制事業(yè)等投資力度。在國家的相關(guān)政策法規(guī)的指引下,衛(wèi)生部以及各個省市陸續(xù)成立了菌毒種保藏中心、疾病預(yù)防控制中心，并制定了菌毒種管理辦法。管理辦法規(guī)定，凡從事病原微生物實驗活動、研究的單位在進行實驗和研究時，必須將菌毒種從保藏中心運輸?shù)奖狙芯繂挝?。這樣,運輸環(huán)節(jié)就成為整個菌毒種研究中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

由于菌毒種的高危險性，其不同于一般的物資保存和運輸，運輸過程中的任何疏忽，都可能會帶來極大的危害。因此,需要在運輸過程中進行實時定位、跟蹤監(jiān)控。同時，管理方法中還規(guī)定，運輸高致病性病原微生物菌（毒）種或樣本，應(yīng)當(dāng)有專人護送，護送人員不得少于兩人西。對于這些要求，傳統(tǒng)的物流方式顯然是不適用的。

針對菌毒種運輸中的高危險等要求，本文提出綜合利用GPS、GPRS以及GIS等技術(shù)來構(gòu)建菌毒種運輸監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用菌毒種車載終端以及人員定位手表跟蹤器來采集人員、菌毒種的位置信息以及運輸環(huán)境的溫濕度、氣壓等環(huán)境參數(shù)，并將這些信息通過GPRS技術(shù)發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器「可，這樣，監(jiān)控人員就可實時掌握這些目標(biāo)的位置信息,保證整個菌毒種運輸?shù)母甙踩浴?

同時，系統(tǒng)采用GIS技術(shù),可將菌毒種運輸所經(jīng)過的路徑信息加載到電子地圖中，向系統(tǒng)用戶直觀地展示菌毒種的詳細運輸信息。

1  系統(tǒng)整體架構(gòu)及模塊組成

本系統(tǒng)由車載運輸終端以及人員定位部分，監(jiān)控服務(wù)中心以及監(jiān)控終端等幾部分構(gòu)成。圖1所示是其整體結(jié)構(gòu)圖。

首先車載運輸終端采集菌毒種的位置信息以及運輸環(huán)境的溫濕度、氣壓等參數(shù);人員定位終端則采集護送者的位置信息，并將這些信息通過GPRS通道發(fā)送到監(jiān)控服務(wù)中心的主服務(wù)器，主服務(wù)器對上傳數(shù)據(jù)進行分析、處理，并存入后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，同時備份到備份數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)控終端可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，這樣，監(jiān)控人員就可以登錄監(jiān)控終端去查詢在自己權(quán)限范圍內(nèi)的運輸車輛的軌跡信息。同時，監(jiān)控人員還可以設(shè)置運輸車輛的安全區(qū)域以及運輸路徑等信息,并將其存入監(jiān)控服務(wù)中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

圖1  系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2  車載終端及人員定位功能設(shè)計

車載終端主要用于采集菌毒種的位置、車輛速度、菌毒種箱內(nèi)的溫濕度、壓力、箱體開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)「句。終端由CC2530、GPS、GPRS、溫濕度傳感器等和電子鎖組成，圖2所示是其終端結(jié)構(gòu)圖。其中，CC2530負責(zé)對各類采集數(shù)據(jù)進行處理,GPS模塊用來采集車輛的位置、速度等信息,RFID讀寫模塊采集菌毒種標(biāo)簽數(shù)據(jù)，傳感器采集菌毒種運輸環(huán)節(jié)參數(shù)，電子鎖模塊采集箱體開關(guān)狀態(tài)，GPRS模塊負責(zé)與監(jiān)控服務(wù)中心進行通信。

  圖2  智能終端結(jié)構(gòu)圖

人員定位功能主要通過釆用第三方廠商提供的GPS手表定位跟蹤器，并通過配置服務(wù)器IP地址信息，以及信息發(fā)送時間周期，來定期向服務(wù)器發(fā)送護送人員的位置信息。

3  監(jiān)控服務(wù)中心功能設(shè)計

監(jiān)控服務(wù)中心的功能包括接收車載終端以及人員定位設(shè)備的上傳信息，解析上傳信息、異常報警以及數(shù)據(jù)備份管理等。該部分主要包括數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)分析和處理、報警以及系統(tǒng)信息管理等四個模塊。

3.1  數(shù)據(jù)通信模塊

數(shù)據(jù)通信模塊的主要功能是由接收終端發(fā)送各類信息,并根據(jù)通信協(xié)議解析信息以及向終端發(fā)送指令等。主要使用socket.線程池技術(shù)。

首先,主服務(wù)器的主線程在TCP的一個公開端口上監(jiān)聽終端的連接請求，一旦有請求到達,就建立連接，同時由主線程創(chuàng)建一個服務(wù)子線程為該連接服務(wù)，這樣，主線程就可以返回繼續(xù)監(jiān)聽其它車載(人員定位)終端的請求，提高終端并發(fā)請求量。但是，在大量的終端發(fā)起請求時，主線程需要不斷創(chuàng)建新服務(wù)線程，而新服務(wù)線程的創(chuàng)建又需要一定的時間，這勢必會影響系統(tǒng)的性能。

釆用線程池技術(shù)可以解決上述問題?？稍谙到y(tǒng)啟動后，由服務(wù)器主線程提前創(chuàng)建一定數(shù)量的服務(wù)線程放入線程池中，這樣，當(dāng)請求到來后，主線程只需要到線程池中獲取一個空閑的服務(wù)線程為請求服務(wù)，從而避免了臨時創(chuàng)建線程帶來的延時問題。在服務(wù)線程完成終端的服務(wù)請求后，又被回收到線程池中，以備服務(wù)于下一個請求。

3.2  數(shù)據(jù)分析和處理模塊

本模塊主要對數(shù)據(jù)通信模塊解析后的數(shù)據(jù)進行分析和處理。主要包括以下內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)過濾

GPS以及傳感器等模塊在受到天氣以及其它因素后，可能會計算出錯誤的值,這就需要系統(tǒng)根據(jù)多次上傳的數(shù)據(jù)進行比較，以識別并剔除錯誤的數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測精度；

（2）數(shù)據(jù)分析

菌毒種運輸中，管理人員會為每次運輸指定路線以及安全區(qū)域等,數(shù)據(jù)分析模塊可對終端上傳的數(shù)據(jù)進行分析,檢測車輛是否按照指定的路線運輸，車輛是否在指定的安全區(qū)域內(nèi)，以及菌毒種護送人員的位置信息與其護送的菌毒種位置信息是否一致等。一旦出現(xiàn)異常事件,則進行報警；

（3）數(shù)據(jù)緩存

由于大量的終端存在，上傳數(shù)據(jù)量會很大，且監(jiān)控終端有可能實時查詢車輛位置等信息，對數(shù)據(jù)庫的頻繁插入和査詢，必然會降低系統(tǒng)性能。因此，服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行分析后，可以不直接存入數(shù)據(jù)庫中，而是存入設(shè)計的數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，這樣，監(jiān)控終端查詢實時數(shù)據(jù)時，只需要到緩存去中查找即可。在緩存滿后,再一次性存入到數(shù)據(jù)庫中。

3.3  報警模塊

數(shù)據(jù)分析過程中，可能會發(fā)現(xiàn)各種異常情況，如護送人與其護送的菌毒種位置不一致、車輛未在設(shè)定的安全區(qū)域內(nèi)等等。這時就需要向相關(guān)管理人員報警。本模塊根據(jù)異常的嚴(yán)重性，分別可采用短信、郵件以及聲光等多種方式進行報警。

3.4  系統(tǒng)信息管理模塊

本模塊主要用來對車輛、工作人員、菌毒種等信息進行管理。主要包括：

（1）基本信息管理

包括對監(jiān)控人員信息以及權(quán)限的管理、車輛信息的維護管理，護送人員信息管理等等。

（2）運輸參數(shù)管理

運輸參數(shù)管理主要是車輛運輸路徑以及安全區(qū)域設(shè)定與管理、以及菌毒種適宜溫濕度以及氣壓等參數(shù)的管理。

（3）電子地圖數(shù)據(jù)管理

電子地圖一般由水系、交通、地形、地貌等多個圖層構(gòu)成，各個圖層都有各自的屬性，系統(tǒng)需要對這些數(shù)據(jù)進行維護和管理。

4  監(jiān)控終端功能設(shè)計

監(jiān)控終端是監(jiān)控人員與系統(tǒng)的接口。通過監(jiān)控終端，監(jiān)控人員可以査詢車輛運輸軌跡、設(shè)定菌毒種運輸車輛的路徑以及安全區(qū)域，向車載終端發(fā)送指令，以及報表統(tǒng)計管理等。

4.1  車輛歷史運輸軌跡查詢

通過監(jiān)控終端，監(jiān)控人員可以査詢其權(quán)限內(nèi)的菌毒種運輸軌跡。監(jiān)控人員只要提交菌毒種編號或運輸車輛編號，監(jiān)控終端就會從監(jiān)控服務(wù)中心的數(shù)據(jù)庫中査詢目標(biāo)的歷史運輸軌跡等情況，并將該軌跡顯示在GIS平臺上「氣

4.2  統(tǒng)計報表管理

監(jiān)控人員可以對車輛運輸進行統(tǒng)計，如CarOOl在一段時間的運輸記錄、某類菌毒種在某段時間內(nèi)的運輸記錄以及護送人員的護送記錄等。同時監(jiān)控人員可以自定義報表,并向監(jiān)控服務(wù)中心提交報表，這樣,監(jiān)控服務(wù)中心定期向用戶發(fā)送相應(yīng)報表。

4.3  參數(shù)設(shè)置

監(jiān)控人員可以對菌毒種的運輸事先設(shè)定路徑、相關(guān)護送人員信息以及運輸安全區(qū)域，這樣，一旦運輸車輛離開設(shè)定的路徑或安全區(qū)域后，系統(tǒng)就會報警。同時也可以設(shè)定運輸過程中應(yīng)保持的溫濕度、氣壓等環(huán)境參數(shù)。

4.4  實時運輸參數(shù)查詢

監(jiān)控人員可以通過監(jiān)控終端只査詢菌毒種運輸?shù)膶崟r信息(如位置、車速等)。在査詢實時信息時，監(jiān)控終端只需要査詢監(jiān)控服務(wù)中心的緩沖,其實時位置以及車內(nèi)環(huán)境參數(shù)就可以實時顯示在GIS頁面中。

4.5  發(fā)送指令

在特殊情況發(fā)生時,監(jiān)控人員可以通過監(jiān)控終端向車載終端發(fā)送指令。如發(fā)現(xiàn)某條路交通堵塞，監(jiān)控人員可以實時向運輸車輛發(fā)送新的運輸路徑信息。發(fā)送指令時，監(jiān)控終端首先向監(jiān)控服務(wù)中心提交指令,并制定指令的優(yōu)先級，監(jiān)控中心接收到指令后，先作備份，然后再發(fā)送到車載終端。

5  系統(tǒng)實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用J2EE技術(shù)來構(gòu)建整個監(jiān)控服務(wù)中心及監(jiān)控終端子系統(tǒng)?？紤]到大量車載終端數(shù)據(jù)要上傳，監(jiān)控中心可釆用多線程模式來接收上傳數(shù)據(jù)。同時為提高系統(tǒng)綜合性能,設(shè)計還采用了線程池、數(shù)據(jù)緩存等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)報警模塊中則采用了北京振鴻偉業(yè)公司的短信發(fā)送模塊。

在GIS展現(xiàn)方面，監(jiān)控終端通過集成第三方電子地圖來實現(xiàn)運輸車輛軌跡的展現(xiàn)。圖3所示為監(jiān)控人員所査看的CarOOl編號的軌跡圖。

圖3  運輸車輛軌跡圖

6  結(jié)論

本菌毒種運輸監(jiān)控系統(tǒng)融合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)釆集與分析技術(shù)，并將GPS、GPRS、GIS、傳感器技術(shù)相結(jié)合，從而實現(xiàn)菌毒種運輸中的全過程監(jiān)控。系統(tǒng)由車載終端、監(jiān)控服務(wù)中心以及監(jiān)控終端三大部分組成。首先由車載終端、人員定位設(shè)備進行信息釆集,并通過GPRS通信鏈路完成終端與監(jiān)控服務(wù)器間的信息交互，監(jiān)控服務(wù)中心負責(zé)數(shù)據(jù)的接收、分析、存儲等管理工作，監(jiān)控終端可為用戶對車輛運輸?shù)谋O(jiān)控提供接口。

運行結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)控菌毒種運輸車輛以及護送人員的狀態(tài)，在運輸過程中出現(xiàn)異常情況時能夠及時向相關(guān)責(zé)任人報警。另外，本系統(tǒng)具有傳輸速率高、誤碼率低、延時小、實時性強等特點，能夠確保菌毒種運輸過程中的高安全性。

20210828_612a2a3d85a43__基于GPS