基于Android平臺的弱勢群體監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

張 平 張新林

（湖南科技學(xué)院 計算機(jī)與通信工程系，湖南 永州 425100）

1 引言

國務(wù)院參事馬力在“2010中國人口與發(fā)展咨詢會”上發(fā)表的題為《中國勞動力變動趨勢及其判斷》報告時指出，我國人口撫養(yǎng)比將在2013年出現(xiàn)拐點(diǎn)。人口撫養(yǎng)比是指總體人口中，非勞動年齡人口數(shù)與勞動年齡人口數(shù)之比[1]。

中國社科院人口與勞動經(jīng)濟(jì)研究所所長蔡昉表示，中國人口紅利的最大化時期是撫養(yǎng)比2013年降到最低點(diǎn)之前達(dá)到的，并且于2013年之后迅速消失[2]。

最新發(fā)布的第六次全國人口普查數(shù)據(jù)顯示[3]，人口撫養(yǎng)比快速攀升，同時家庭呈現(xiàn)小型化趨勢，這更進(jìn)一步加劇了對弱勢群體的監(jiān)護(hù)撫養(yǎng)難度。老人出走，小孩失蹤之類的消息常見諸各大媒體平臺，如何制定切實(shí)有效的方案，及時監(jiān)控弱勢群體行蹤，關(guān)鍵時刻為其提供求救平臺以降低搜救難度，顯得現(xiàn)實(shí)而迫切。

本課題就是在這樣的背景形勢下提出的。弱勢群體，這里既包括非勞動年齡人口（如老人，小孩），也包括勞動年齡中傷殘等勞動能力缺失人員。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本弱勢群體救助管理系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為基本版本和增強(qiáng)版本。

基本版由一個主控端和一個或者多個受監(jiān)護(hù)端組成。主控端由監(jiān)護(hù)人持有，負(fù)責(zé)接收求救信息，解釋信息后，在地圖上標(biāo)注求助人員的當(dāng)前位置。

受監(jiān)護(hù)端，由弱勢群體用戶持有，配備GPS模塊和通信模塊，及時采集當(dāng)前準(zhǔn)確坐標(biāo)信息，并依照設(shè)置，或周期性自動發(fā)送，或用戶主動按求助按鈕自助發(fā)送，用戶坐標(biāo)信息被發(fā)往主控端，以便主控端及時作出相應(yīng)處理。

增強(qiáng)版本在基本版本的配置之外，還包括一個專門的救助管理中心。該中心平臺可對轄區(qū)內(nèi)所有配備受監(jiān)護(hù)端軟件的弱勢群體進(jìn)行監(jiān)控，并在警戒條件觸發(fā)（如某用戶脫離其對應(yīng)的預(yù)設(shè)安全區(qū)域）或者收到求助信息時，及時根據(jù)需要與圖中的其他三方一個或者多個取得聯(lián)系，進(jìn)行妥善處理。

限于篇幅，本文僅對基本版本的相關(guān)成果進(jìn)行介紹。增強(qiáng)版本核心算法與關(guān)鍵技術(shù)同基本版本大體上保持一致，以方便版本間的切換與兼容。

3 系統(tǒng)模塊的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)基本版本主要包括受監(jiān)護(hù)端和主控端兩部分，分別由受監(jiān)護(hù)對象（如弱勢群體）和監(jiān)護(hù)人持有。

3.1 受監(jiān)護(hù)端核心算法如下：

Step1：受監(jiān)護(hù)端獲取到新的GPS數(shù)據(jù)

對于GPS數(shù)據(jù)采集動作，可由位置變化量、時間變化量兩個參數(shù)進(jìn)行組合來控制采集時機(jī)。

Step2：評估GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量

分別從時效性、精度級別、來源可信度等層面對GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評價。

限于篇幅，這里對質(zhì)量評估算法不做展開，相關(guān)內(nèi)容筆者將在其他論文中論述。

Step3：用最新評估合格的GPS數(shù)據(jù)更新當(dāng)前位置坐標(biāo)

Step4：檢查當(dāng)前位置是否處于安全區(qū)域之內(nèi)

安全區(qū)域定義為受控終端與預(yù)先設(shè)置的住所位置間直線距離少于設(shè)定值。

Step5：對于下列情形之一，將進(jìn)入位置信息發(fā)送環(huán)節(jié)。

A、跨離安全區(qū)域之時

B、處在安全區(qū)域之外，且離最近匯報時間點(diǎn)時差達(dá)到匯報周期要求。

C、受監(jiān)護(hù)端用戶單擊按鈕發(fā)送求助信息

D、主控端用戶主動查詢受監(jiān)護(hù)端坐標(biāo)信息

Step6：發(fā)送最新的有效位置信息到主控端數(shù)據(jù)發(fā)送之前進(jìn)行編碼、加密等操作。

3.2 主控端核心算法：

主控端核心邏輯較為簡單，主要完成數(shù)據(jù)的解密解碼、地圖標(biāo)注以及人性化提醒等任務(wù)，具體過程如下所示。

為提升用戶體驗、減少手持設(shè)備的計算量以提高續(xù)航時間，主控端軟件采用底層服務(wù)的方式予以實(shí)現(xiàn)。軟件安裝過程中，將對系統(tǒng)底層進(jìn)行適當(dāng)配置修改，故而用戶無需預(yù)先啟動本軟件，一旦接收到求助信息，系統(tǒng)將自動加載相關(guān)模塊完成后續(xù)處理工作。

3.3 主控端與受監(jiān)護(hù)端的通信

主控端和受監(jiān)護(hù)端之間通信問題包括數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫鎯?nèi)容。

3.3.1 數(shù)據(jù)編碼

編碼格式：

力控末端執(zhí)行器的傳感器一般安裝于恒力補(bǔ)償作動部件與工具頭之間，其檢測反饋信號為恒力補(bǔ)償作動部件與工具頭之間的相互作用力，而非工具頭與工件之間的相互作用力，這兩者存在一定的差值，并主要受工具頭和動力部件重力和慣性力的影響。因此，為提高工具頭與工件間作用力的控制精度和響應(yīng)速度，一方面應(yīng)研發(fā)具有高功率質(zhì)量比的動力部件，減小運(yùn)動部件的質(zhì)量，另一方面應(yīng)開展工具頭和動力部件的重力和慣性力補(bǔ)償技術(shù)研究，其中包括利用多軸加速度計或陀螺儀等反饋信號解算力控末端執(zhí)行器的姿態(tài)和質(zhì)量力的補(bǔ)償算法等關(guān)鍵技術(shù)。

XXBeginXX，標(biāo)志位，時間，經(jīng)度，維度，XXEndXX

其中，時間為GPS模塊獲取數(shù)據(jù)時，包含在數(shù)據(jù)中的時間，這里我們使用UTC時間參與編碼。經(jīng)度維度信息采用十進(jìn)制表示方式。

例如，筆者某次測試時生成的數(shù)據(jù)如下：

XXBeginXX, 00, 1321660800000, 111.60873005, 26.22377883,XXEndXX

3.3.2 數(shù)據(jù)安全

位置數(shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)上采用明文傳輸，安全問題必然無法保證。在具體實(shí)現(xiàn)時，在進(jìn)入各運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之前，先對編碼后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行加密操作；接收端對接收到的數(shù)據(jù)先行解密，然后解碼。加密解密相關(guān)技術(shù)已非常成熟，這里不做展開。

3.3.3 數(shù)據(jù)傳輸

基于成本因素和實(shí)現(xiàn)難度等考慮，本項目我們舍棄2.5G、3G等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，直接采用短信方式（SMS：ShortMessagingService短消息服務(wù)）進(jìn)行信息傳遞[4]。

對于手持移動終端的應(yīng)用，續(xù)航能力是評價實(shí)用性的重要標(biāo)準(zhǔn)。因為SMS是基本的功能，待機(jī)狀態(tài)時并不增加額外功耗，因而并不降低移動終端原有的續(xù)航能力。

4 功能測試

為驗證本方案的可行性和有效性，我們分別在Android、WinMobile等多個平臺對該方案進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。限于篇幅，本文僅對Android平臺下的效果進(jìn)行展示。

4.1 測試平臺

測試在三臺Android智能手機(jī)上進(jìn)行，詳細(xì)參數(shù)如下表所示：

?

4.2 測試效果

本項目主控端和受監(jiān)護(hù)端，主界面分別如圖2和圖3所示。本項目開發(fā)過程中使用了谷歌地圖和百度地圖[5,6]。目前這兩家公司都已經(jīng)向開發(fā)人員提供API接口，在此表示感謝。

1、本機(jī)參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)首次使用需要輸入注冊碼，并進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置。

點(diǎn)擊“菜單”（位于硬鍵盤上）?“設(shè)置”，進(jìn)入設(shè)置界面，該界面可以設(shè)置主控端的手機(jī)號碼和家庭住所的GPS坐標(biāo)信息（進(jìn)入“設(shè)置”界面后自動獲取當(dāng)前坐標(biāo)，由用戶決定保存（/更新）與否）。前者用以發(fā)送求助信息，后者可在弱勢群體使用者迷路自助回家提供導(dǎo)航信息。

圖4為受監(jiān)護(hù)端的參數(shù)設(shè)置界面，我們將家庭住所的坐標(biāo)參數(shù)設(shè)置為“湖南科技學(xué)院公交車站”的坐標(biāo)。主控端界面基本類似。其他，如匯報周期、匯報模式、安全區(qū)域半徑等參數(shù)存在默認(rèn)值，用戶也可在相關(guān)界面中進(jìn)行更改。

2、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置

主控端可發(fā)送指令，主動對受監(jiān)護(hù)端進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、位置查詢等操作?；诎踩紤]，受監(jiān)護(hù)端在接受到此類信息后，需要進(jìn)行身份認(rèn)證，驗證指令的來源。

3、查詢受監(jiān)護(hù)人位置

主控端用戶點(diǎn)擊“終端位置查詢”按鈕，位置查詢指令將發(fā)送到受監(jiān)護(hù)人手機(jī)。受監(jiān)護(hù)軟件接收到指令后，將采集本機(jī)當(dāng)前坐標(biāo)信息，編碼后發(fā)送主控端。主控端監(jiān)聽該回復(fù)信息，完成信息解碼、震動提醒、地圖標(biāo)注等相關(guān)工作。

圖5中顯示，進(jìn)行此項測試時，受監(jiān)護(hù)端用戶所處的位置是“黃古山路口”。

若主控端手機(jī)也具備 GPS功能，則進(jìn)行一定設(shè)置后，系統(tǒng)將會自動為主控端用戶提供導(dǎo)航功能。如圖 6，系統(tǒng)給出了主控端用戶當(dāng)前位置到被控端用戶當(dāng)前位置的路線提示。

4、受監(jiān)護(hù)人緊急求助

受監(jiān)護(hù)端用戶單擊“發(fā)送求助信息”，可以將自身的坐標(biāo)信息發(fā)送給主控端手機(jī)。

為提升用戶體驗，軟件安裝過程中，已對系統(tǒng)底層進(jìn)行必要設(shè)置。故而主控端無需事先打開本軟件，一旦接受到求助信息，本軟件相關(guān)模板會自動加載，完成信息解碼、震動提醒、地圖標(biāo)注等相關(guān)工作。

此項功能，主控端接收消息，進(jìn)行地圖標(biāo)注的效果，與第2項“查詢受監(jiān)護(hù)人位置”時完全相同，如圖5、圖6所示。

5、受監(jiān)護(hù)端其他功能

（1）自助查看自身所處位置

受監(jiān)護(hù)端用戶單擊“我現(xiàn)在在哪里”按鈕，可使用地圖方式自助查看自身所處位置。適合于弱勢群體使用者意識較為清醒時使用，以便對自身所處位置有一個正確認(rèn)識。

如圖5，受監(jiān)護(hù)端用戶進(jìn)行此項測試時，所處的位置是“黃古山路口”。

（2）自助導(dǎo)航回家

受監(jiān)護(hù)端用戶單擊“請指引我回家”按鈕，可使用地圖方式自助查看回家的導(dǎo)航線路。適合于弱勢群體使用者意識較為清醒時使用，系統(tǒng)會自動生成指導(dǎo)用戶回家的建議線路，以指引用戶自主尋找回家路線。

如圖6，系統(tǒng)自動提供了“黃古山路口”到“湖南科技學(xué)院公交車站”的路線建議。

（3）撥打求助電話

受監(jiān)護(hù)端用戶單擊“撥打求助電話”，可電話呼叫主控端號碼或其它預(yù)設(shè)號碼。

發(fā)送求助信息后，也許主控端手機(jī)關(guān)機(jī)或者沒帶在身邊。這時需要通過電話進(jìn)行聯(lián)系，一旦呼叫無應(yīng)答、用戶關(guān)機(jī)等情況出現(xiàn)，該呼叫將自動變更為呼叫公共求助電話或者其他備用號碼（這里設(shè)置為110）。

5 結(jié)束語

隨著中國進(jìn)入老齡化社會，對弱勢群體的及時監(jiān)護(hù)救助顯得十分迫切。本課題所采用方案，實(shí)際測試過程中取得了良好的效果。系統(tǒng)分解成基本版本和增強(qiáng)版本，可滿足不同規(guī)模層次的應(yīng)用場合。方案采用純軟件方式實(shí)現(xiàn)，可方便地部署到現(xiàn)有智能手機(jī)平臺，無需額外的硬件投入。

限于篇幅，本文僅對基本版本進(jìn)行了介紹說明。各大運(yùn)營商目前都主推千元以下智能手機(jī)，智能手機(jī)普及率大為提高，這必將增大本系統(tǒng)的市場接受程度。對于大規(guī)模應(yīng)用，可以專門定制簡易版移動終端，因為只需要SMS、GPS功能，硬件成本也極為低廉。

[1]中國人口撫養(yǎng)比將出現(xiàn)拐點(diǎn)[J].法制與社會,2010,(13): 5-5.

[2]中華人民共和國國家統(tǒng)計局.2010年第六次全國人口普查主要數(shù)據(jù)公報[R].2011-4-28.

[3]蔡昉.中國的人口紅利還能持續(xù)多久[J].經(jīng)濟(jì)學(xué)動態(tài),2011(6):3-7.

[4]ETSI(European Telecommunications Standards Institute).Technical Realization of the Short Message Service[S].1992.

[5]Google.Google Maps API Document[Z].2010.

[6]Baidu.Baidu Maps API Document[Z].2010.