基于北斗的高校新生助手APP

趙幸 李慧珍 張渤琳

摘 要：大學(xué)校園通常具有面積大、建筑布局分散、各類設(shè)施復(fù)雜等特點(diǎn)。本文利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，基于Android平臺(tái)以手機(jī)APP為主控模塊，同時(shí)結(jié)合室內(nèi)定位傳感器設(shè)計(jì)了能夠?yàn)楦咝Ｐ律峁┚珳?zhǔn)導(dǎo)航、校園信息查詢、一鍵求助等功能的一體化APP，幫助新生更高效地展開校園生活。

關(guān)鍵詞：北斗定位與導(dǎo)航;Android;校園助手APP

1.引言

對(duì)廣大高校新生來(lái)說(shuō)，快速準(zhǔn)確地前往教室是困擾新生的最大難題。隨著學(xué)生數(shù)量的增加，對(duì)教室進(jìn)行精準(zhǔn)室內(nèi)導(dǎo)航的需求也在急劇增加。

近年來(lái)，室內(nèi)定位與導(dǎo)航的研究與應(yīng)用取得了較為顯著的成效。如Google Map從6.0版本開始增加了部分室內(nèi)地圖，提供如商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等大型室內(nèi)建筑的地圖導(dǎo)航定位服務(wù)。國(guó)內(nèi)如高德地圖、百度地圖和蜂鳥地圖等多家公司也已開始提供室內(nèi)地圖生產(chǎn)、定位引擎和地圖引擎一整套室內(nèi)地圖定位導(dǎo)航解決方案。但由于傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在室內(nèi)空間無(wú)法使用、基站定位精度很難滿足室內(nèi)空間需求[1]等多方面制約因素，室內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù)尚未得到廣泛的推廣與應(yīng)用。

現(xiàn)有的校園智能導(dǎo)航APP僅能夠?yàn)樾律M(jìn)行建筑物級(jí)別的粗略導(dǎo)航，不能進(jìn)一步幫助新生準(zhǔn)確抵達(dá)具體的教室。本文嘗試運(yùn)用北斗定位技術(shù)，在Android平臺(tái)上基于高德地圖Android SDK設(shè)計(jì)一個(gè)包含建筑內(nèi)部精準(zhǔn)導(dǎo)航、校園設(shè)施介紹、一鍵求助功能的新生助手APP，以幫助新生盡快適應(yīng)大學(xué)生活。

2.APP的框架與功能

APP使用高德地圖SDK接口獲取離線地圖，實(shí)現(xiàn)地圖的基本操作。通過(guò)連接北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，依托室內(nèi)部署的WiFi傳感器，獲取位置信息并顯示在電子地圖上。最終通過(guò)移動(dòng)手機(jī)終端APP實(shí)現(xiàn)定位與導(dǎo)航等功能。圖1即為APP系統(tǒng)構(gòu)架。

2.1數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包括常規(guī)地圖數(shù)據(jù)、精細(xì)化建筑內(nèi)部地圖數(shù)據(jù)、路徑數(shù)據(jù)及各項(xiàng)校園設(shè)施數(shù)據(jù)。

常規(guī)地圖數(shù)據(jù)來(lái)自高德地圖，通過(guò)申請(qǐng)高德地圖API密鑰，下載高德地圖SDK的安裝包，即可使用高德地圖提供的離線地圖。

精細(xì)化建筑內(nèi)部地圖數(shù)據(jù)通過(guò)人工采集數(shù)據(jù)構(gòu)建路網(wǎng)生成。主要通過(guò)獲取原始CAD數(shù)據(jù)文件或規(guī)劃設(shè)計(jì)圖件數(shù)據(jù)，并采集室內(nèi)通行設(shè)施等輔助信息，通過(guò)格式轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為制圖的矢量數(shù)據(jù)文件，并進(jìn)行配準(zhǔn)校正做到與室外地圖坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一，形成點(diǎn)線面室內(nèi)數(shù)據(jù)，構(gòu)建導(dǎo)航路網(wǎng)數(shù)據(jù)集，完成室內(nèi)地圖制作[2]。并將樓梯和電梯設(shè)施作為節(jié)點(diǎn)加入導(dǎo)航數(shù)據(jù)集模型的構(gòu)建，解決跨樓層間的路徑規(guī)劃問(wèn)題。

各項(xiàng)校園設(shè)施數(shù)據(jù)包括校園內(nèi)全部建筑物的相關(guān)資料。

2.2服務(wù)層

服務(wù)層通過(guò)高德地圖提供的SDK接口，申請(qǐng)密鑰后可獲取校園離線地圖。通過(guò)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獲取用戶定位信息，返回Android平臺(tái)并在地圖上顯示。

2.3應(yīng)用層

應(yīng)用層即通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)層和服務(wù)層，在Android端APP上實(shí)現(xiàn)具體的功能。如北斗定位、室內(nèi)外導(dǎo)航、手機(jī)掃碼等。

3.功能詳解與具體實(shí)現(xiàn)

圖2為APP功能模塊示意圖。

3.1地圖展示

包含對(duì)地圖的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、漫游、導(dǎo)航、圖層切換等基本操作，能夠幫助用戶方便迅速地找到目的地，瀏覽校園的全景、掌握建筑物內(nèi)部信息。該功能是利用高德地圖接口的地圖服務(wù)實(shí)現(xiàn)的。

3.2實(shí)時(shí)定位

主要是根據(jù)用戶使用手機(jī)的位置進(jìn)行定位，分為室內(nèi)定位和室外定位。

室外定位主要是利用北斗地基高精度差分定位。以手機(jī)的北斗模塊作為定位設(shè)備，北斗衛(wèi)星通過(guò)北斗模塊獲取位置信息，最后通過(guò)相應(yīng)算法將北斗衛(wèi)星返回的經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)換到高德地圖能識(shí)別的坐標(biāo)系上，在離線地圖上顯示。

室內(nèi)定位主要使用WiFi定位。它以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（無(wú)線接入點(diǎn)）的位置信息為基礎(chǔ)，通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)（包括無(wú)線路由器）組成的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)，采用經(jīng)驗(yàn)測(cè)試和信號(hào)傳播模型相結(jié)合的方式，對(duì)已接入的設(shè)備進(jìn)行位置定位。

3.3搜索導(dǎo)航

實(shí)現(xiàn)從起點(diǎn)A到目的地B的路徑規(guī)劃導(dǎo)航功能。目標(biāo)點(diǎn)可從地圖上直接選擇，也可通過(guò)搜索框手動(dòng)查詢獲取，進(jìn)而進(jìn)行路徑規(guī)劃導(dǎo)航。目的地除常規(guī)APP能夠選擇的單一建筑外，還可以對(duì)建筑物內(nèi)具體目標(biāo)如某間教室進(jìn)行詳細(xì)導(dǎo)航。

高德地圖SDK接口對(duì)自有的室外地圖提供導(dǎo)航功能。而室內(nèi)的導(dǎo)航，我們選擇FLOYD算法實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)部路徑規(guī)劃。FLOYD算法是解決網(wǎng)絡(luò)圖中任意兩點(diǎn)最短路徑的算法，屬于多源路徑算法。該算法通過(guò)圖的權(quán)值矩陣求出圖中任意兩點(diǎn)間的最短距離，再將返回的路徑信息顯示在手機(jī)上。

3.4興趣查詢

用戶在地圖上選擇感興趣的建筑，長(zhǎng)按建筑物（2s），彈出提示框，顯示建筑物的詳細(xì)信息。主要介紹建筑物的名稱、功能等。

3.5一鍵求助

該功能可以在緊急情況下獲取用戶的位置信息，并后臺(tái)發(fā)送給指揮系統(tǒng)與學(xué)校的保衛(wèi)處取得聯(lián)系。求救信號(hào)會(huì)通過(guò)移動(dòng)的4G或WiFi等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到后臺(tái)求援中心管理系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)獲取該手機(jī)用戶的求救者信息，以及手機(jī)的北斗衛(wèi)星定位信息，并可實(shí)時(shí)通過(guò)手機(jī)與求救者聯(lián)系，獲取相關(guān)信息[3]。同時(shí)，后臺(tái)管理系統(tǒng)會(huì)將求救地點(diǎn)的定位信息直接發(fā)送給校園保衛(wèi)系統(tǒng)，從而可以調(diào)度相關(guān)安保人員，利用最短路徑算法，使救援人員以最快的速度到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，以最高效的手段實(shí)施救援。

4.主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

當(dāng)前市場(chǎng)上導(dǎo)航APP的導(dǎo)航功能只能精確到建筑，本應(yīng)用程序通過(guò)構(gòu)建室內(nèi)路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)導(dǎo)航。

5.結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前大學(xué)新生入學(xué)對(duì)校園不夠熟悉的問(wèn)題，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，以Android為平臺(tái)，設(shè)計(jì)了集精準(zhǔn)導(dǎo)航、興趣介紹等功能于一體的高校新生助手APP，以期能幫助新生更快地熟悉校園。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許華燕等. 室內(nèi)地圖應(yīng)用現(xiàn)狀及展望 [J]. 測(cè)繪通報(bào)，2014， （09）： 119-121.

[2] 林富明等. 基于移動(dòng)端的室內(nèi)導(dǎo)航APP設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn) [J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2018，41 （10） ： 61-62.

[3] 王健. 基于智能手機(jī)雙向定位的快速求救和施救系統(tǒng) [J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018，（10） ： 15-18.

作者簡(jiǎn)介：

趙幸（2000.03-），女，漢族，河南省南陽(yáng)人，鄭州市高新區(qū)鄭州大學(xué)，地理信息科學(xué)專業(yè)本科生，研究方向：地理信息科學(xué)專業(yè)

李慧珍（1998.08-），女，漢族，河南省商丘人，鄭州市高新區(qū)鄭州大學(xué)，地理信息科學(xué)專業(yè)本科生，研究方向：地理信息科學(xué)專業(yè)

張渤琳（1999.01-），女，漢族，河南省唐山人，鄭州市高新區(qū)鄭州大學(xué)，地理信息科學(xué)專業(yè)本科生，研究方向：地理信息科學(xué)專業(yè)

（鄭州大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 ?河南 ?鄭州 ?450001）