基于GPS和iBeacon的智能校園信息發(fā)布平臺設(shè)計與實現(xiàn)

賈慶瑞++宋麗紅++董靜

摘要：基于GPS和iBeacon實現(xiàn)智能校園信息發(fā)布平臺。學(xué)生持手機進入校園后，服務(wù)器會實時獲取學(xué)生的位置信息，向?qū)W生推送校園內(nèi)各區(qū)域信息。新生入學(xué)，服務(wù)器發(fā)送報到流程中各位置的信息，新生到達指定位置時，推送幫助消息，提高了報到效率，節(jié)省了大量人力和時間。

關(guān)鍵詞：iBeacon；Android系統(tǒng)；PHP；位置服務(wù)

DOIDOI：10.11907/rjdk.161562

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號文

章編號：16727800（2016）009006903

基金項目基金項目：2015年地方高校國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201510070005）

作者簡介作者簡介：宋麗紅（1975-），女，天津人，博士，天津財經(jīng)大學(xué)理工學(xué)院副教授，研究方向為軟件工程、智能信息系統(tǒng)；董靜（1975-），女，天津人，博士，天津財經(jīng)大學(xué)理工學(xué)院講師，研究方向為軟件工程。

0引言

很多高校發(fā)布信息時大多還是公告板、電話或者群發(fā)，學(xué)生由于不能及時獲取信息而錯過活動。信息收發(fā)途徑是否便捷、及時，以及受眾面的大小直接決定了信息的廣泛性和時效性。新生報到時，大多數(shù)學(xué)校還是由學(xué)生和教師組成志愿者隊伍進行引導(dǎo)和服務(wù)，付出很大的精力和時間但效率不高，研究適合校園的高效可靠低成本智能信息發(fā)布平臺迫在眉睫。

“你在哪里？你身邊有什么資源？”由美國學(xué)者Schilit在1994年首次提出，即基于位置服務(wù)LBS（Location Based Services）。本文根據(jù)學(xué)生位置推送與該位置相關(guān)的信息，學(xué)生也可以主動獲取信息，設(shè)計并實現(xiàn)了基于GPS和iBeacon的校園信息發(fā)布系統(tǒng)，

1系統(tǒng)設(shè)計

1.1系統(tǒng)功能設(shè)計

本系統(tǒng)基于學(xué)生位置，推送各類信息，如學(xué)術(shù)活動、社團活動、圖書館新書信息、食堂優(yōu)惠信息等；新生進入校園，系統(tǒng)推送報到流程，新生到達指定區(qū)域時推送報到導(dǎo)航信息，取代了人工導(dǎo)引的繁瑣工作。

系統(tǒng)功能：①具有良好的人機交互界面，符合用戶使用習慣，便于推廣；②定位學(xué)生位置，根據(jù)位置推送相關(guān)信息；③記錄某一時刻進入某區(qū)域的人數(shù)，方便管理監(jiān)控；④學(xué)生可主動獲取信息。系統(tǒng)分組管理學(xué)生，向?qū)W生群組及時發(fā)布信息。

系統(tǒng)結(jié)合GPS和藍牙技術(shù)獲取位置信息，以主動推送信息和學(xué)生端主動獲取信息為功能主線，實現(xiàn)校園低成本便捷信息發(fā)布平臺，有效提高效率。

1.2定位技術(shù)

校園內(nèi)定位技術(shù)分為室外和室內(nèi)定位技術(shù)。

1.2.1室外定位技術(shù)

目前主流的室外定位技術(shù)是全球定位系統(tǒng)GPS[1]。GPS是美國國防部所屬陸海空三軍于上世紀70年代開始聯(lián)合研制，以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電三維導(dǎo)航系統(tǒng)。在應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用領(lǐng)域開拓、硬件和軟件開發(fā)等方面都得到蓬勃發(fā)展。GPS和地圖應(yīng)用相結(jié)合，可以很好地解決校園室外定位問題[2]。

1.2.2室內(nèi)定位技術(shù)

近年來，國內(nèi)外學(xué)者致力于解決室外導(dǎo)航定位“最后一公里”瓶頸問題[3]，涌現(xiàn)出大量相對成熟的室內(nèi)定位技術(shù)，包括偽衛(wèi)星技術(shù)、輔助全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、超寬帶技術(shù)、WiFi定位技術(shù)、藍牙定位技術(shù)、射頻識別技術(shù)、地磁定位技術(shù)等。經(jīng)過對比研究，選擇適合校園室內(nèi)移動用戶的藍牙定位技術(shù)。

相比于WiFi，藍牙信息發(fā)射器iBeacon成本很低，易于部署，定位準確，在校園的食堂，報告廳、教室等區(qū)域部署iBeacon非常方便。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1系統(tǒng)設(shè)計

如圖2所示，系統(tǒng)由基于GPS定位iBeacon感應(yīng)及信息推送系統(tǒng)組成，其工作流程如下：

（1）觸發(fā)。①當學(xué)生在校園室外活動時，基于GPS調(diào)用百度地圖實現(xiàn)定位；②當學(xué)生接近或進入教學(xué)樓、圖書館、食堂等相對封閉的區(qū)域，進入iBeacon基站覆蓋范圍時，系統(tǒng)會接收基站的相關(guān)信息。

（2）服務(wù)器解析。APP在接收到GPS位置信息或iBeacon基站信息后，將位置和基站信息打包，通過WiFi或數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給Web服務(wù)程序。

（3）消息推送。對APP發(fā)送的信息解析，確定學(xué)生的位置，檢索該區(qū)域消息，推送到學(xué)生手機。

2.2系統(tǒng)實現(xiàn)

2.2.1基于GPS的百度地圖定位

（1）申請秘鑰。百度地圖接口API需要申請開發(fā)者密鑰，將申請到的密鑰放到Android項目的配置文件中[17]。

（2）環(huán)境配置。聲明百度定位所需要的主要權(quán)限，包括訪問互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)定位、GPS定位、讀取手機當前狀態(tài)等，寫入擴展存儲卡權(quán)限，用以寫入離線定位數(shù)據(jù)。

（3）實現(xiàn)過程。應(yīng)用百度的定位功能核心類LocationClient類完成定位[5]。LocationClient對象的創(chuàng)建需要在線程中完成，以應(yīng)用程序上下文getApplicationConext作為參數(shù)，全局有效。根據(jù)校園定位要求，將定位模式設(shè)置為高精度模式。根據(jù)設(shè)計，設(shè)定發(fā)起定位請求的時間間隔。

發(fā)出定位請求后，百度服務(wù)器異步返回定位結(jié)果，回調(diào)預(yù)先指定的監(jiān)聽函數(shù)。在回調(diào)函數(shù)中，將獲取的位置信息記錄下來，存到本機SQLite數(shù)據(jù)庫，判斷位置是否發(fā)生變化，將變化的位置信息提交給服務(wù)器。

2.2.2搜索iBeacon設(shè)備

（1）權(quán)限設(shè)置。聲明使用藍牙BLUETOOTH權(quán)限：

聲明掃描設(shè)備或者操作藍牙BLUETOOTH_ADMIN權(quán)限：

指定設(shè)備支持BLE，聲明uses-feature：

required為true，則應(yīng)用只能在支持BLE的Android設(shè)備上安裝運行；required為false，Android設(shè)備均可正常安裝運行，需要運行時判斷設(shè)備是否支持BLE feature。[4]

if （！getPackageManager（）.hasSystemFeature（PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE））{

finish（）；

}

（2）啟動藍牙。獲取BluetoothAdapter：

BluetoothAdapter是Android系統(tǒng)中所有藍牙操作都需要的，它對應(yīng)本地Android設(shè)備的藍牙模塊，這里通過使用getSystemService獲取BluetoothManager，再通過BluetoothManager獲取BluetoothAdapter，BluetoothManager在Android4.3以上支持（API level 18）獲取[16]。 final BluetoothManager bluetoothManager =

（BluetoothManager） getSystemService（Context.BLUETOOTH_SERVICE）；

mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter（）；

判斷是否支持藍牙，并打開藍牙：

獲取到BluetoothAdapter之后，還需要判斷是否支持藍牙，以及藍牙是否打開[6]。如果沒打開則要讓用戶打開藍牙：

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter；

if （mBluetoothAdapter == null || ！mBluetoothAdapter.isEnabled（）） {

Intent enableBtIntent = newIntent（BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE）；

startActivityForResult（enableBtIntent， REQUEST_ENABLE_BT）；

}

（3）搜索BLE設(shè)備。通過調(diào)用BluetoothAdapter的startLeScan（）搜索BLE設(shè)備。調(diào)用此方法時需要傳入BluetoothAdapter.LeScanCallback參數(shù)。

需要實現(xiàn)BluetoothAdapter.LeScanCallback接口，BLE設(shè)備的搜索結(jié)果將通過回調(diào)函數(shù)返回。

為減少搜索時的功耗，找到對應(yīng)設(shè)備后立即停止掃描；為每次搜索設(shè)置了適合的時間限制，避免循環(huán)搜索，避免消耗電量。

系統(tǒng)設(shè)定10秒后停止掃描：

mHandler.postDelayed（new Runnable（） {

public void run（） {

mScanning = false； mBluetoothAdapter.stopLeScan（mLeScanCallback）； }

}， 100000）；

mScanning = true； mBluetoothAdapter.startLeScan（mLeScanCallback）；

設(shè)定回調(diào)接口，編寫回調(diào)函數(shù)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

Private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =new BluetoothAdapter.LeScanCallback（） {

@Override

public void onLeScan（final BluetoothDevice device， int rssi， byte[] scanRecord） {

final iBeacon iBeacon =iBeaconClass.fromScanData（device，rssi，scanRecord）；

runOnUiThread（new Runnable（） {

@Override

public void run（） {

SendToServer（iBeacon ）；

}

}）；

}

}；

2.2.3服務(wù)器端位置解析及消息推送

手機客戶端和服務(wù)器遠程數(shù)據(jù)交換，采用XML數(shù)據(jù)格式[67]。XML已經(jīng)被業(yè)界廣泛的使用[15]，在編碼的可讀性及編碼的手寫難度上更加簡單，在服務(wù)器端和Android端都可以解析。

消息推送機制采用MQTT協(xié)議。MQTT協(xié)議簡單，最小的頭部只需2個字節(jié)，特別適合于嵌入式，很多企業(yè)都使用MQTT作為Android手機客戶端與服務(wù)器端推送消息的協(xié)議[89]。

當?shù)乩砦恢冒l(fā)生變化或掃描到新的iBeacon時，Android端將百度地圖位置信息或iBeacon的UUID進行XML格式序列化，通過HTTP請求發(fā)送到服務(wù)器。服務(wù)器解析，根據(jù)位置或iBeacon的UUID查詢位置信息，數(shù)據(jù)層根據(jù)用戶ID、位置ID及時間等，查詢當前位置今日沒有發(fā)送給用戶的信息，將其封裝成XML，推送回手機，手機端以列表方式顯示。

發(fā)送請求時，調(diào)用Android Asynchronous Http Client一個回調(diào)式的Android網(wǎng)絡(luò)請求庫。使用它的原因在于：操作簡便，能異步發(fā)送HTTP請求，在回調(diào)函數(shù)中處理HTTP請求過程，線程池管理并發(fā)送，支持GET/POST請求，針對不同的網(wǎng)絡(luò)連接對重試次數(shù)進行智能優(yōu)化等。

public static void getNewsList（int

uuid，AsyncHttpResponseHandler handler） {

RequestParams params =

new RequestParams（）；

params.put（"uuid"，uuid）；

ApiHttpClient.get（"action/api/news_list"， params， handler）；

}

服務(wù)器端推送消息采用php語言，實現(xiàn)過程如下：

引入指定文件

require（SAM/php_sam.php）；

創(chuàng)建一個新的連接對象：

$conn = new SAMConnection（）；

初始化連接對象：

$conn->connect（SAM_MQTT， array（SAM_HOST => 127.0.0.1， SAM_PORT => 1883））；

創(chuàng)造一個新的shell命令輸出MQTT消息體：

$msgCpu = new SAMMessage（“數(shù)據(jù)”）；

發(fā)送消息：

$conn->send（topic：//.$_REQUEST[target]， $msgCpu）；

斷開連接：

$conn->disconnect（）；

2.3移動終端主動請求數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)庫部署在服務(wù)器上，學(xué)生可以主動查詢信息。

在移動終端進行數(shù)據(jù)請求時，首先通過HttpURLConnection方式向服務(wù)器url發(fā)送HttpPost請求[1213]，在服務(wù)器端接受請求并執(zhí)行數(shù)據(jù)查詢后，將查詢結(jié)果封裝為XML格式的數(shù)據(jù)并返回給客戶端?？蛻舳私邮艿絏ML后，解析XML中的數(shù)據(jù)信息，并在界面上將其以列表方式輸出。

2.4新生報到校園導(dǎo)航

新生報到時，用戶以賬號登錄后，百度地圖導(dǎo)航信息監(jiān)測到新生進入校園，服務(wù)器將帶有報到信息的校園地圖發(fā)送到學(xué)生手機，隨學(xué)生位置的變化，將報到點的信息及時發(fā)送到手機，實現(xiàn)結(jié)果如圖4所示。

3結(jié)語

本文基于GPS和iBeacon實現(xiàn)了智能校園信息發(fā)布平臺解決方案，應(yīng)用Java和PHP實現(xiàn)了系統(tǒng)功能。

本研究成果可推廣到基于位置服務(wù)有需求的場所，如大型廠區(qū)、會展中心、大型購物中心、景點等，可以方便管理人員控制區(qū)域內(nèi)進出人數(shù)，提供預(yù)警信息，防止出現(xiàn)擁擠甚至踩踏事件。方便用戶通過手機了解區(qū)域內(nèi)的各類信息，如景點介紹、展廳內(nèi)促銷信息等，提供了良好的用戶體驗，有很好的實用性和應(yīng)用前景。

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責任編輯（責任編輯：杜能鋼）