野外智能導航系統

蔡樹豪 洪彩珊 朱雪玲 邱金蘭 張秋晶（通訊作者）(廣東石油化工學院 廣東 茂名 525000)

野外智能導航系統

蔡樹豪 洪彩珊 朱雪玲 邱金蘭 張秋晶（通訊作者）(廣東石油化工學院 廣東 茂名 525000)

隨著現代科學技術的發展和人民生活水平的提高，人們對野外探險的興趣越來越高，本文針對其需求開發了一套野外智能導航系統，該系統通過各類傳感器采集使用者體溫、脈搏及環境溫度等數據，經藍牙傳輸到使用者的手機上進行顯示，采用百度API實現精確導航及定位，同時具有組隊功能，實現位置共享及路線記憶等功能，并提供景點查詢功能。該系統功能豐富，給使用者帶來很大的便利。

導航GPS路線；記憶共享位置；Android

1.研究背景及意義

隨著人們生活水平的提高，人們越來越熱衷于到各地的旅游景點游玩，甚至是到深山、野外或原始森林進行探險，因此安全問題格外重要。目前各類導航產品琳瑯滿目，如百度、高德等地圖導航軟件，雖能為居住在城市鄉鎮的人們提供便捷貼心的服務，但在荒涼野外卻有所欠缺。而日本IT行業巨頭NEC開發的NEC909E手機中的大地領航者軟件可實現野外導航，但導航功能單一，皆無法成為探險者心目中完善的野外探險的導航安全設備。

而本系統的出發點就是針對喜歡進行野外活動的人群，幫助使用者實時監測自身的情況及定位信息，準確掌握隊友行蹤。相對于傳統的導航系統[1]，該導航系統是在實現基本功能的基礎上，新增加了一些更實用的功能，如：個性化路線指南系統，只要是智能手機都能使用指南針準確判別當前所在位置的方向。新增的路線記憶功能，能有效記憶當前使用者走過的路途，幫助使用者走出迷途。另外，還設有隊友組隊、共享隊員位置功能，能有效的解決隊友掉隊問題，時刻查詢隊友行蹤，便于隊伍進行分地探險活動。而新增景點信息推廣功能，即可為探險的人群提供附近已知景點，為人群提供探險去處。以上這些都是目前大多數主流導航設備所暫缺的，這就是設計本系統的意義所在。

2.系統概述

本系統基于Android開源移動應用平臺[2]，為實現精確定位和導航，采用了百度API[3]，云端數據庫[4]等，結合軟硬件實現實時監測方向，人體體溫，環境溫度，定位導航，路線記憶，共享位置和景點信息等功能，其主要針對的是喜歡進行野外活動的人群，能幫助使用者實時監測自身的情況及定位信息，能有效避免隊員丟失，迷失方向等意外的發生，是一款實用性強、市場潛力大的智能導航系統。

3.系統詳細設計與實現

整個導航系統主要是由硬件部分和軟件部分組成。

硬件分為指南針、環境溫度、人體脈搏、人體體溫四部分，主要硬件有：DS18B20，PulseSensor，TN901等，這些設備體積小，易操作。為使用者方便攜帶，本系統將所用硬件與使用者的帽子縫合，實時準確地監測環境和人體情況，方便了使用者，同時軟硬件的結合使結果顯示在同一終端上，系統簡單化，用戶體驗更好。

而軟件部分則分為服務器端和客戶端，本系統的服務器端主要通過Bomb的云平臺實現，客戶端用戶界面設計則通過Andriod實現，主要分為五大模塊：登錄注冊，定位導航，路線記憶，共享位置和景點信息。點擊相應模塊，即可實現相應的功能。界面簡單，易操作。

3.1 系統的硬件設計

本系統主要使用DS18B20，PulseSensor，TN901等硬件，整體硬件框架圖如圖1所示。

圖1系統硬件框架圖

其中，環境溫度檢測由DS18B20數字溫度傳感器實現，此傳感器耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，實時準確檢測環境溫度，使用者能正確、合理判斷該地環境情況。

人體脈搏由光電反射式模擬傳感器—PulseSensor測出，使用者將其佩戴于手指或耳垂等處，光電變換器的電信號變化周期就是脈搏率。通過導線連接可將采集到的模擬信號傳輸給MCU，簡單的計算得出脈搏數值，根據脈搏數據得出身體的大致情況；而另一指標：體溫，則使用不需與人體接觸的TN901紅外測溫儀，通過熱電堆測量出環境溫度以及輻射物體的全波長熱輻射確定物體的輻射溫度，采用溫度補償技術快速、準確地測量出人的體溫。相對于傳統水銀、電子體溫計等，使用方便，不需接觸身體就能測溫，既衛生，又安全，并且具有高靈敏度、高精度、低功耗的優點。

另外，利用現代智能手機自帶的指南針即可快速實現方向指南，不需額外增加硬件。

本系統將所有相關設備都與使用者的帽子縫合，采用STC12C5A60S2[5]和Arduino[6]單片機讀取傳感器的數值，通過藍牙模塊與手機相連，將數值發送到Android手機端App，手機接收數據后可顯示在App上，使用者可自行選擇是否查看和顯示數據。操作簡單，適合大多數野外探險人群使用，使整個系統走向大眾化。

3.2 系統的軟件實現

本系統的軟件設計功能由服務器端和客戶端相結合實現。軟件部分主要是對用戶界面五大模塊的設計，如圖2所示為本系統App的運行流程圖。

圖2App運行流程圖

當用戶打開App時，首先進入用戶登錄頁面，若未注冊，則點擊注冊按鈕進入注冊頁面進行注冊，再返回登錄頁面。登錄成功后，進入用戶主界面視圖，該視圖有八個選項可供選擇，分別是指南針、環境溫度、人體脈搏、人體體溫、GPS定位、路線記憶，共享位置和景點信息，通過選擇相應項執行相應功能，下面主要對軟件的各個模塊進行分析：

（1）登錄注冊：將手機App安裝后，進入登錄頁面，若沒注冊，則先注冊后登陸。此功能主要使用Bmob后端云數據庫，寫入用戶數據和讀取用戶信息實現。登錄時查詢?User表輸入用戶名和密碼與該表的數據項匹配一致，則完成登錄，進入主界面，如圖3所示。

圖3登錄注冊及主界面圖

（2）GPS定位導航：利用目前百度地圖，高德地圖提供的免費接口及部分開源代碼，我們可通過GPS、Internet實現定位。單獨使用GPS定位，需要打開手機的GPS定位，適用于室外。單獨采用Internet，只要聯網即可。綜合考慮，我們采用兩者結合方式，即可準確、快速地實現定位功能。

（3）路線記憶：在進行野外導航時，為便于識別正確的方向，不易迷失，需要用到記憶路線功能。使用時打開定位，點擊“開始記錄”。當從定點出發，不斷移動位置時，短時間內將不斷更新經緯度信息，并與更新前一點相連，形成路線。只要位置更新，則不斷連線，直到點擊“停止記錄”，所得到的路線信息將保存在SD卡文件中。點擊“歷史記錄”，則可通過讀取相應文件查看保存的路徑，輔助使用者記憶路線。

（4）共享位置：探險活動中，組隊探險很普遍，因此掌握隊員位置信息很重要。利用好共享位置功能，可避免隊員掉隊等意外的發生，如圖4所示。該功能主要通過對云端數據庫中相應數據的增加、刪除、修改、查找等操作實現。使用共享位置功能之前，需要創建隊伍、加入隊伍。實質上，每創建一個隊伍，即是在后臺創建一個新的屬于自己隊伍的表（自定義命名，如：Test），用于存放相關用戶的信息。為能查詢當前用戶所加入的隊伍，云端數據庫中創建了一張存放每個用戶加入的隊伍信息的隊伍列表teamArray。

在主界面中，每次點擊進入“共享位置”，首先都會加載最新所在隊伍的信息，即查詢teamArray表，列出當前用戶所有已加入的隊伍，如圖4-A所示。點擊隊伍名，即可跳轉到該隊伍相關信息的界面中，如圖4-B所示。若點擊“隊員”，則可查詢隊伍中隊員信息，如圖4-C所示。而點擊查看“隊友位置分享”，即可實現“共享我的位置”和“加載隊員位置”的功能。如圖4-D、圖4-E所示，分別展示了兩種視圖下隊員所在的位置信息。

在圖4-D或圖4-E中，點擊選擇“共享我的位置”，即將當前自己位置的經緯度實時上傳到該隊伍對應的表中，若位置移動，則不斷更新表中經緯度的數值，而此時其他隊員就可以通過加載隊員位置來獲取到對方的當前位置，停止共享，則會停留在最新共享的位置。“加載隊員位置”可實時查詢當前隊伍表中的所有用戶的經度、緯度字段，獲取到這些字段值和相對應的昵稱字段值，在地圖上將該坐標點標記并顯示出來。

（5）景點信息：進行野外活動時，了解附近景點，能更好的幫助用戶進行路線計劃。在主界面點擊“景點信息”后，可選擇想要查詢的城市查找附近景點，也可通過直接定位到當前城市查詢景點相應信息，通過使用此功能，可以有效的幫助使用者找到最近的景點，計劃探險路線，少走彎路。

本系統軟件部分主要通過App界面進行操作，界面清晰明了，用戶使用簡單方便，主要適用于Android平臺，實現大眾化需求。其中共享位置功能更人性化，實現組隊功能的同時，可共享隊員位置，時刻掌握隊員位置，給進行野外探險活動的隊伍帶來莫大的幫助，以免發生隊員掉隊，迷路等意外。

4.結論

本論文采用開源的安卓（Android）系統，百度API，云端數據庫等，結合軟硬件的使用，實現實時監測方向，人體體溫，環境溫度，定位導航，路線記憶，共享位置和景點信息等功能，著重介紹路線記憶，共享位置兩大特色功能，能有效解決當前導航系統功能單一，不靈活等缺陷，本論文這款智能導航系統具有較高的實用價值，非常實用于喜歡戶外運動的野外探險人群，方便攜帶，簡單易操作，具有很大的市場潛力。

[1]吳歡.智能手機導航系統設計與實現[J].電子科技大學，2014.

[2]黃宏程，胡敏，陳如松.Android移動應用設計與開發[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3]百度地圖API.百度地圖開放平臺[EB/OL].http://baike. baidu.com/view/119320.htm.

[4]張振勇，文靜華，基于架構的關系數據庫與云端數據庫比較分析[J].電腦知識與技術，2009.25.

[5]林倩，嚴桂林.基于STC12C5A60S2單片機的SD卡讀寫[J].新特器件應用，2010.04.

[6]汪婉君.基于Android/Arduino平臺的智能藍牙引路系統的設計與實現[J].西安電子科技大學，2014.

TP272

A

1009-5624（2016）06-0001-03

張秋晶 （1982-10）、女、苗族、湖南吉首人、工學博士、講師、研究方向為：模擬集成電路設計、智能控制、控制理論與控制工程、郵箱：78061687@qq.com。