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(gè)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(shí)驗(yàn)活動、研究的單位在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究時(shí)，必須將菌毒種從保藏中心運(yùn)輸?shù)奖狙芯繂挝?。這樣,運(yùn)輸環(huán)節(jié)就成為整個(gè)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(xiǎn)性，其不同于一般的物資保存和運(yùn)輸，運(yùn)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(yùn)輸過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、跟蹤監(jiān)控。同時(shí)，管理方法中還規(guī)定，運(yùn)輸高致病性病原微生物菌（毒）種或樣本，應(yīng)當(dāng)有專人護(hù)送，護(hù)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(yùn)輸中的高危險(xiǎn)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(yùn)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(yùn)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(shí)時(shí)掌握這些目標(biāo)的位置信息,保證整個(gè)菌毒種運(yùn)輸?shù)母甙踩浴?

同時(shí)，系統(tǒng)采用GIS技術(shù),可將菌毒種運(yùn)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(xì)運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸終端采集菌毒種的位置信息以及運(yùn)輸環(huán)境的溫濕度、氣壓等參數(shù);人員定位終端則采集護(hù)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(jìn)行分析、處理，并存入后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，同時(shí)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(yùn)輸車輛的軌跡信息。同時(shí)，監(jiān)控人員還可以設(shè)置運(yùn)輸車輛的安全區(qū)域以及運(yùn)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(jì)

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(fù)責(zé)對各類采集數(shù)據(jù)進(jìn)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(yùn)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(fù)責(zé)與監(jiān)控服務(wù)中心進(jìn)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(shí)間周期，來定期向服務(wù)器發(fā)送護(hù)送人員的位置信息。

3  監(jiān)控服務(wù)中心功能設(shè)計(jì)

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(bào)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(bào)警以及系統(tǒng)信息管理等四個(gè)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(gè)公開端口上監(jiān)聽終端的連接請求，一旦有請求到達(dá),就建立連接，同時(shí)由主線程創(chuàng)建一個(gè)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(shí)，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(shí)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(gè)空閑的服務(wù)線程為請求服務(wù)，從而避免了臨時(shí)創(chuàng)建線程帶來的延時(shí)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(gè)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(jìn)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(jì)算出錯(cuò)誤的值,這就需要系統(tǒng)根據(jù)多次上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以識別并剔除錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測精度；

（2）數(shù)據(jù)分析

菌毒種運(yùn)輸中，管理人員會為每次運(yùn)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(jìn)行分析,檢測車輛是否按照指定的路線運(yùn)輸，車輛是否在指定的安全區(qū)域內(nèi)，以及菌毒種護(hù)送人員的位置信息與其護(hù)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(jìn)行報(bào)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(shí)時(shí)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(jìn)行分析后，可以不直接存入數(shù)據(jù)庫中，而是存入設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，這樣，監(jiān)控終端查詢實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，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(bào)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(hù)送人與其護(hù)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(shí)就需要向相關(guān)管理人員報(bào)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(jìn)行報(bào)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(jìn)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(hù)管理，護(hù)送人員信息管理等等。

（2）運(yùn)輸參數(shù)管理

運(yùn)輸參數(shù)管理主要是車輛運(yùn)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(gè)圖層構(gòu)成，各個(gè)圖層都有各自的屬性，系統(tǒng)需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)和管理。

4  監(jiān)控終端功能設(shè)計(jì)

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(yùn)輸軌跡、設(shè)定菌毒種運(yùn)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(bào)表統(tǒng)計(jì)管理等。

4.1  車輛歷史運(yùn)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(yùn)輸軌跡。監(jiān)控人員只要提交菌毒種編號或運(yùn)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(yùn)輸軌跡等情況，并將該軌跡顯示在GIS平臺上「氣

4.2  統(tǒng)計(jì)報(bào)表管理

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

4.3  參數(shù)設(shè)置

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

4.4  實(shí)時(shí)運(yùn)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(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)信息(如位置、車速等)。在査詢實(shí)時(shí)信息時(shí)，監(jiān)控終端只需要査詢監(jiān)控服務(wù)中心的緩沖,其實(shí)時(shí)位置以及車內(nèi)環(huán)境參數(shù)就可以實(shí)時(shí)顯示在GIS頁面中。

4.5  發(fā)送指令

在特殊情況發(fā)生時(shí),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(shí)時(shí)向運(yùn)輸車輛發(fā)送新的運(yùn)輸路徑信息。發(fā)送指令時(shí)，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(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用J2EE技術(shù)來構(gòu)建整個(gè)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(shí)為提高系統(tǒng)綜合性能,設(shè)計(jì)還采用了線程池、數(shù)據(jù)緩存等關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)報(bào)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(shí)現(xiàn)運(yùn)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(yùn)輸車輛軌跡圖

6  結(jié)論

本菌毒種運(yùn)輸監(jiān)控系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)菌毒種運(yùn)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(jìn)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(fù)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(yùn)輸?shù)谋O(jiān)控提供接口。

運(yùn)行結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)控菌毒種運(yùn)輸車輛以及護(hù)送人員的狀態(tài)，在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠及時(shí)向相關(guān)責(zé)任人報(bào)警。另外，本系統(tǒng)具有傳輸速率高、誤碼率低、延時(shí)小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠確保菌毒種運(yùn)輸過程中的高安全性。

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