基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

劉 紅，饒 超，龔黃兵,葉世平，朱 玲

(上海電機(jī)學(xué)院 電子信息學(xué)院，上海 201306)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

劉 紅，饒 超，龔黃兵,葉世平，朱 玲

(上海電機(jī)學(xué)院 電子信息學(xué)院，上海 201306)

利用帶有全球定位系統(tǒng)功能的手機(jī)，結(jié)合軟件技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)，以小型化的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為后臺支持，研究實(shí)現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)通過對校園內(nèi)的建筑信息用二維QR碼進(jìn)行標(biāo)注，并用Android系統(tǒng)的智能手機(jī)對相應(yīng)的QR碼進(jìn)行掃描，來獲得建筑的地理位置、歷史、功能等相關(guān)信息，以實(shí)現(xiàn)對校園的智能導(dǎo)航和推介工作。

校園導(dǎo)航系統(tǒng)； 物聯(lián)網(wǎng)； Android； 二維碼； 地理信息系統(tǒng)

目前，我國各大高校為滿足發(fā)展的需要，大多建立了新校區(qū)。對于偌大的大學(xué)校園，建立一個智能校園導(dǎo)航系統(tǒng)，在每年新生入學(xué)、校慶或節(jié)假日等場合，將會對初入校園的人員起到很好的宣傳和指引作用?，F(xiàn)代人更依賴電子產(chǎn)品和網(wǎng)絡(luò)，智能校園導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)無疑是學(xué)校推廣自己的一個更好的平臺。一個優(yōu)秀的校園導(dǎo)航系統(tǒng)對于學(xué)校對外宣傳和有序化管理都有著深遠(yuǎn)意義[1-3]。

目前，校園智能導(dǎo)游產(chǎn)品大多位置固定，信息單一，有的甚至使用固定設(shè)備來播報介紹，這在到訪人員多的情況下不太適用。本文研究的校園智能導(dǎo)航系統(tǒng)，硬件使用帶有GPS功能的Android手機(jī)，同時借鑒了現(xiàn)有的導(dǎo)游系統(tǒng)，如清華導(dǎo)游、北大導(dǎo)游、江科大導(dǎo)游等軟件[4-6]的一些功能，使用物聯(lián)網(wǎng)的二維碼技術(shù)將校園各建筑物的基本信息與坐標(biāo)位置、歷史、杰出校友等信息對應(yīng)鏈接[7-12]，并在后端鏈接語音、視頻、圖片等詳細(xì)的信息，這樣通過手機(jī)掃碼就可以方便地訪問。本文設(shè)計的基于Android手機(jī)的校園導(dǎo)航系統(tǒng)以上海電機(jī)學(xué)院為實(shí)驗(yàn)案例，系統(tǒng)簡潔、實(shí)用，能給初入校園的人員帶來極大的方便，具有實(shí)際應(yīng)用價值。

1 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能包括校園簡介(校園概況、院系設(shè)置、師資力量、公共服務(wù))、校園導(dǎo)航、學(xué)校周邊景點(diǎn)介紹、公共服務(wù)等，并實(shí)現(xiàn)語音播報。實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能圖Fig.1 System function diagram

本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園導(dǎo)航系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能。

(1) 校內(nèi)建筑物介紹。建立校內(nèi)建筑物的二維碼數(shù)據(jù)庫，使每個建筑物對應(yīng)一個二維碼。該二維碼鏈接后臺建立的數(shù)據(jù)庫，通過掃描該二維碼即可獲得該建筑物的大致方位、行政功能、歷屆校友名人等信息，可極大地方便在校學(xué)生辦理相關(guān)業(yè)務(wù)等。

(2) 校內(nèi)導(dǎo)航。通過對校內(nèi)建筑物二維碼的掃描，用戶能快捷地取得該建筑物相應(yīng)的位置信息，如建筑物名稱、所處道路的名稱等，也可以查詢或選擇要去的目的地路線。

(3) 學(xué)校周邊情況介紹。介紹學(xué)校周邊的生活環(huán)境，主要包括餐飲和住宿情況，還可以對學(xué)校周邊的餐飲與景點(diǎn)信息等提供介紹和快捷鏈接。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文研究的校園智能導(dǎo)航系統(tǒng)硬件使用帶有GPS功能的智能手機(jī)。系統(tǒng)采用手機(jī)定位技術(shù)、移動通信技術(shù)和二維碼技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)上的地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System, GIS)云架構(gòu)，以ArcGIS Online為服務(wù)器端平臺鏈接服務(wù)器，進(jìn)行客戶端程序的開發(fā)，并利用GIS制作學(xué)校以及周邊環(huán)境的圖層；然后，結(jié)合二維碼技術(shù)，將每個建筑物用二維碼進(jìn)行標(biāo)識，利用Android手機(jī)的掃碼功能，實(shí)現(xiàn)校園智能導(dǎo)航和特色介紹[13-16]。系統(tǒng)開發(fā)的校園導(dǎo)航系統(tǒng)有Android手機(jī)客戶端、傳輸線路、服務(wù)器端3個部分組成。整體系統(tǒng)開發(fā)結(jié)構(gòu)順序如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)開發(fā)流程圖Fig.2 Flow chart of system development

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本文運(yùn)用SQL Sever2014數(shù)據(jù)庫軟件設(shè)計的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需滿足以下條件：

(1) 用戶掃描二維碼獲取校園建筑物二維碼鏈接后從數(shù)據(jù)庫中獲得所要查詢的建筑物信息，包括該建筑物的名稱、功能介紹、圖片等。表1給出了建筑物信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表。

表1 建筑物信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

(2) 用戶導(dǎo)航時需獲得出發(fā)地和目的地的經(jīng)、緯度位置，并對建筑物的經(jīng)、緯度范圍做限定。表2給出了建筑物位置的經(jīng)、緯度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表。

表2 建筑物的經(jīng)、緯度數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

本文數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用用戶名+口令方式登錄，用戶名的權(quán)限為只能進(jìn)行基本的增、刪、改、查數(shù)據(jù)的功能[15]。

2.3 二維碼與GIS、GPS結(jié)合的方案

GIS是一種空間上的信息系統(tǒng)，需要計算機(jī)硬件和軟件的支持，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述[7-8]。GIS有5個核心內(nèi)容：位置、條件、變化趨勢、模式和模型。GIS與手機(jī)二維碼聯(lián)合使用可以實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。

本文中將二維碼作為一種被賦予空間位置屬性的標(biāo)識，這樣其所攜帶的信息是每個建筑物的位置信息，即每個建筑物擁有一個屬于自己的二維碼。通過智能手機(jī)的GIS服務(wù)與二維碼所攜帶的建筑物信息相聯(lián)合，手機(jī)用戶就可以在校園地圖中獲取自己當(dāng)前的位置信息。帶有GPS功能的智能手機(jī)進(jìn)行查詢是通過移動客戶端觸發(fā)查詢事件；然后，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)通信，向服務(wù)器發(fā)送Get或Post類型的請求；服務(wù)器獲知請求后，讀取數(shù)據(jù)并生成動態(tài)的xml數(shù)據(jù)格式，傳送回客戶端?？蛻舳私邮辗?wù)器傳回的xml數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行解析，將解析結(jié)果存放至數(shù)據(jù)庫中，或以文字、圖形的形式表現(xiàn)。通過定位和導(dǎo)航，輔助二維碼到鏈接，用戶掃碼二維碼就可以直接通過校園內(nèi)推送的負(fù)載信息，在校園中根據(jù)提示牌或其他指示信息找到校園中的小目的地。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 電子地圖精確定位實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計在Android手機(jī)上可進(jìn)行電子地圖瀏覽。系統(tǒng)利用Mapinfo7.0軟件制作了上海電機(jī)學(xué)院電子地圖。為使GPS定位與電子地圖的坐標(biāo)相匹配，確保定位的精確性，在制作電子地圖時重點(diǎn)考慮了地圖地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。其中，電子地圖數(shù)據(jù)使用矢量結(jié)構(gòu)，保證在地圖縮放顯示時，原圖的各部分都能成比例縮放。

電子地圖使用類似HTML map標(biāo)簽功能的Android組件Android Image Map：先用資源文件創(chuàng)建一個Bitmap對象，并加載一個自定義的視圖View；然后，將視圖View加入到Image Map標(biāo)簽中，其中，利用視圖View設(shè)計了圖片外邊框、校徽位置、TXT文本位置；利用位置更改函數(shù)showPostion()，用圓點(diǎn)將查詢的目標(biāo)地點(diǎn)標(biāo)識在地圖上，并與bubble綁定來指定校園地理位置。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

實(shí)時地圖數(shù)據(jù)依賴百度地圖API，百度地圖與校園地圖鏈接需要完成以下步驟：

(1) 申請百度開發(fā)者賬號。本文申請的API賬號與手機(jī)上的百度APP綁定。

(2) 下載相應(yīng)的軟件開發(fā)工具包(Software Development Kit，SDK)，將定位應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface，API)從Android SDK中剝離出來，單獨(dú)下載。

(3) 在開發(fā)環(huán)境中添加下載的類庫，將SO庫文件復(fù)制到libsarmeabi目錄下。

(4) 將地圖類應(yīng)用通過網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)，并在AndroidManifest．xml文件中申明獲取訪問網(wǎng)絡(luò)等的權(quán)限。

主控校園基站對進(jìn)入校園的手機(jī)發(fā)送推送信息(推送信息中可以鏈接校園訪問平臺)，手機(jī)用戶則使用WiFi鏈接等無線通信方式上網(wǎng)。當(dāng)手機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)出獲取地圖數(shù)據(jù)請求時，API接口校驗(yàn)key，若訪問合法就發(fā)送地圖數(shù)據(jù)至手機(jī)；手機(jī)獲得地圖數(shù)據(jù)后，通過界面視圖MapView顯示地圖。MapView不僅具有視圖控制按鈕，還通過MapController的setZoom()方法實(shí)現(xiàn)了地圖放大和縮小功能，以及通過MapStatusUpdate Factory方法實(shí)現(xiàn)對地圖的位置中心點(diǎn)的顯示更新。這樣來訪者的手機(jī)只要實(shí)現(xiàn)了Baidu Map正常加載，就可以查閱校園實(shí)時地圖了。

4 真實(shí)環(huán)境模擬測試

來訪者手機(jī)中的SIM卡可自動定位來訪者的當(dāng)前位置，或通過掃描建筑物的二維碼獲得自己當(dāng)前所在建筑物的圖片、語音、文字、視頻等介紹信息。如果點(diǎn)擊語音講解，可用語音播報當(dāng)前建筑的相關(guān)信息。

點(diǎn)擊導(dǎo)航，就出現(xiàn)了校園內(nèi)的目的地選項(xiàng)；選擇目的地后，設(shè)計的校園導(dǎo)航系統(tǒng)中導(dǎo)入的地圖就可以根據(jù)當(dāng)前位置，查找到目的地的行進(jìn)路線圖3給出了真實(shí)環(huán)境下的模擬測試結(jié)果。該系統(tǒng)響應(yīng)時間快，指路清晰。

圖3 真實(shí)環(huán)境下的模擬測試結(jié)果Fig.3 Simulation test results in real environment

5 結(jié) 語

本文利用Android智能手機(jī)、結(jié)合軟件技術(shù)和GIS技術(shù)，并與當(dāng)下熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)使導(dǎo)航功能更加便捷，鏈接訪問更加方便，實(shí)現(xiàn)了人與物更好的交互。運(yùn)用該系統(tǒng)，當(dāng)用戶行至校園內(nèi)某處，可用手機(jī)掃描建筑物二維碼進(jìn)行詳細(xì)了解。該系統(tǒng)解決了來訪者和新生的入校導(dǎo)游問題，提高了校園的信息化水平。

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Design and Implementation of Intelligent Campus Navigation System Based on Internet of Things

LIU Hong,RAO Chao,GONG Huangbing,YE Shiping,ZHU Ling

(School of Electronics Information, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China)

An intelligent campus navigation system is designed and implemented by using GPS-enabled cell phones or tablet computers and geographic information system (GIS) software with a mini-database to process space information. The system is based on the Internet of Things. Visitors can learn history or geographic positions using an Android based smart phone to scan the QR code of the buildings, and obtain geographic and historic functions and other relevant information of campus buildings. Thus, intelligent guide and campus introduction are realized.

campus navigation system; internet of things; Android; QR code; geographic information system (GIS)

2016-07-01

上海電機(jī)學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科資助(13XKJ01);上海市大學(xué)生科創(chuàng)項(xiàng)目(A1-5701-15-012-01-055)

劉 紅(1978-)，女，副教授，博士，主要研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)，E-mail：liuhong@sdju.edu.cn

2095-0020(2016)06-0344-04

TP 317

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