面向兒童的Android手機定位系統的設計與開發探究

呂志花

摘 要：本文提出一種面向兒童的Android手機定位系統設計與開發方案，首先對手機定位系統的開發背景進行簡要分析，然后提出搭載Android平臺的手機定位系統的設計與開發要點，對定位技術、定位策略、系統框架、實現功能等方面進行闡述。

關鍵詞：手機定位系統;Android;兒童

中圖分類號：TN96 文獻標識碼：A

1 手機定位系統開發背景

在移動手機終端日益普及的背景下，各方人員開始積極探索與思考面向移動電話用戶群提供各類增值服務的方式與方法。搭載Android平臺的手機定位系統是指，建立在網絡基礎之上開發的應用服務平臺向用戶提供移動電話定位服務，具有可靠性高、定位精度高的優勢，能夠面向不同類型、不同群體用戶要求提供定位服務平臺。尤其在社會不斷發展，物質生活水平持續提升的背景下，大眾對兒童的關愛日益增多，有關兒童安全的問題備受各方關注與重視。研制兒童Android手機平臺，完成定位系統設計開發工作，有著非常重要的意義與價值。

手機定位是指，基于特定定位技術，對手機及其終端用戶的位置信息進行獲取，并通過網絡協議等相關技術形式與終端用戶相聯系，在定位基礎之上支持增值服務的系統技術。目前，基于Android平臺的手機定位技術包括三種類型：基站定位;Wi-Fi定位;衛星定位。在面向兒童Android手機平臺進行定位系統設計開發的過程中，靈活運用上述定位技術，在獲得較高定位精度的前提下降低功耗，提高可靠性，有助于系統的順利商用[1]。

2 面向兒童的Android手機定位系統

2.1 定位技術

（1）LBS（基站）定位。這種技術根據兒童Android手機獲取的小區ID、位置區碼、國家移動區域碼、網絡碼來實現定位。小區ID是手機所在服務小區的唯一標識;位置區碼（LAC）指示不同城市及其位置區域;國家碼（MCC）是所在國家的區域碼，中國的區域碼是460;運營商網絡碼（MNC）是標識不同運營商的編碼。我國的MCC/MNC組合通常是46002、46000（中國移動）、46001、46006（中國聯通）、46003、46011（中國電信）。上述信息由小區系統廣播消息發送至兒童手機終端，終端根據上述信息查詢到位置結果。

這種方法要求手機始終處于小區駐留狀態，其定位精度與基站密度及基站的覆蓋面積有關。基站密度大，則每個基站的覆蓋面積小，定位準確（如城市），相反則定位誤差較大（如鄉村）。基站覆蓋范圍通常為500～5 000m之間，因此，LBS定位的范圍也在500～5 000m之間。結合終端針對不同小區信號的測量結果，其精度可達200～2 000m。

（2）Wi-Fi定位：利用Wi-Fi搜尋功能進行定位。終端搜索空間所有的Wi-Fi熱點信息（包括網絡名稱，MAC地址等），同時從服務器獲取對應熱點MAC地址的坐標，再根據不同熱點信號的強弱交叉計算出所在地與熱點的距離進行定位。終端還可利用同時收到的多個熱點的信號強度差異提升定位精度。

Wi-Fi定位精度與Wi-Fi輻射半徑、覆蓋密度有關，精度在5～150m左右。相比基站定位技術，因其熱點密集，各個熱點覆蓋范圍小，因此定位精度較前者明顯提高，此外Wi-Fi信號變化靈敏，定位速度也較基站定位快。且定位過程中無須連接Wi-Fi熱點，沒有暴露用戶隱私的風險。

（3）衛星定位：根據設備衛星芯片接收的衛星信號定位。衛星定位是目前精度最高的定位方式。目前衛星定位導航的主流系統有美國的GPS導航系統，歐洲的伽利略導航系統和我國的北斗系統等。

根據理論計算，只要終端接收到四顆或以上的衛星發射的信號，就可以完成定位，其定位精度在100m以內[2-4]。

以GPS系統為例，其優劣如下：

優勢：（1）精度高。GPS芯片輸出的定位經緯度達到小數點后5位，最高精度為5m。（2）成本低。GPS接收芯片技術成熟，集成化高，早已大規模量產，易于應用。

劣勢：（1）受制于環境和位置，定位效果受天氣影響較大。當天氣異常（如雷雨冰雹、厚云層及太陽風爆發等）或存在高大建筑物阻擋時，信號接收不佳，定位誤差較大。室內無法使用。（2）功耗大。GPS定位時需要實時監測衛星信號，但GPS功耗大，降低了終端續航時間。（3）部分場景定位慢。GPS接收芯片有預熱時間，初次定位需要1～2min，預熱完成后定位很快（室外、天氣正常時10s以內）。（4）受制于衛星所有國的政策。在特殊時期，衛星所有國可能出于國家利益考慮，調整衛星參數，影響軍事及民用定位結果[5]。

2.2 兒童手機終端定位功能實現的策略

可以根據定位優缺點和自身需求來選擇定位模式和策略，主要分為下面四種：

（1）高精度模式定位策略：同時使用上述三種定位方式（基站、Wi-Fi和衛星定位），優先返回最高精度的定位結果。

（2）低功耗模式定位策略：關閉衛星定位功能，只使用網絡定位（Wi-Fi和基站定位）。

（3）設備模式定位策略：不連接網絡，只使用衛星進行定位，因此不支持室內環境的定位。這種方式通常應用于應急場景（如兒童遇險、SIM卡被拆卸、手機被外人強制關機時），仍可向外上報位置信息。

（4）衛星定位結合傳感器感知的策略：網絡定位請求低于1s、或兩次定位之間設備位置變化非常小時返回，設備位移通過傳感器感知。

2.3 定位系統框架

定位系統包括家長控制終端;兒童終端;定位管理平臺服務器;地圖服務器;推送服務器等，如圖1所示。

家長控制終端：發送指令和地圖顯示兒童終端位置。

兒童終端：收到指令后，進行參數設置，發送定位信息向地圖服務器查詢經緯度信息和熱點信息。

定位管理平臺服務器：處理家長終端和兒童終端發送的信息，存儲數據庫，并通過推送服務器發送消息到終端。

地圖服務器：根據終端信息，定位模式，電子圍欄設置，處理請求信息，查詢數據庫，返回經緯度、精度、海拔、速度、方向角、室內定位建筑物ID、室內定位樓層，地址描述等。

推送服務器：定位管理平臺主動發送消息給終端時，通過推送服務器發送。

2.4 功能及實現

（1）單次定位：家長通過http協議向定位管理平臺服務器發送定位請求，定位服務器通過推送服務器向兒童終端推送定位指令，兒童終端收到指令后，通過定位從地圖服務器獲取經緯度及詳細地址信息，然后把信息通過http協議上報給定位平臺，定位平臺通過推送服務器把詳細地址信息發送給家長機客戶端，可通過地圖打點顯示或推送文字內容顯示[6]。

（2）連續定位：家長設置定位開始時間和間隔，兒童機定位后上報位置信息。

（3）電子圍欄：家長可設置某段時間，某一范圍區域。可以根據用戶需求靈活定制圍欄策略，如圓形（用戶可在地圖設置圓心位置和半徑）、多邊形區域（在地圖上設置多于等于三個點）。同時，位于圍欄中心時自動降低定位頻率，接近圍欄區域時增加定位頻率，以降低功耗，同時精確完成圍欄位置檢測，進出圍欄時主動通知家長。典型應用場景是：家長設置學校為圍欄，學生來到學校時，兒童手機通知家長;當學生離開學校時再次通知家長，隨后增加上報頻率，精確獲取兒童行動軌跡。

（4）設置電話白名單：終端通過服務器發送白名單給兒童機，兒童機設置后，只有白名單電話號碼可以撥打兒童終端，其余電話自動掛斷。

（5）電話號碼快捷鍵設置：兒童終端通過設置電話快捷鍵，設置按鍵可以直接撥打設置號碼。

3 結語

在社會信息技術飛速發展的背景下，各行業不斷提升管理作業質量與工作效率，基于對現有資源的充分應用，以促進資源增值，滿足效益最大化目標。在這一背景下，搭載手機定位技術實現上述目標有著非常重要的意義與價值。將手機定位技術應用于兒童手機終端，構建基于Android平臺的手機定位系統，對保護兒童生命安全有非常重要的意義，其技術演進、商用模式值得深入研究。

參考文獻

[1] 楊楨，方俊彬，陳哲.基于智能手機的快速可見光室內定位系統[J].應用光學，2017，38（3）：358-364.

[2] 李思民，蔡成林，王亞娜，等.基于地磁指紋和PDR融合的手機室內定位系統[J].傳感技術學報，2018，31（1）：36-42.

[3] 佟為明，李方，王胤燊，等.ZigBee通信節點在室內定位中的應用[J].低壓電器，2012（15）：26-28.

[4] 張浩，趙千川.藍牙手機室內定位系統[J].計算機應用，2011（11）：32-34.

[5] 汪苑，林錦國.幾種常用室內定位技術的探討[J].中國儀器儀表，2011（02）：45-48.

[6] 孫昕，李海.淺談我國數字集群的發展[J].移動通信，2010（05）：66-68.