野外智能導航系統(tǒng)

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(tǒng)

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(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)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(fā)了一套野外智能導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過各類傳感器采集使用者體溫、脈搏及環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，經(jīng)藍牙傳輸?shù)绞褂谜叩氖謾C上進行顯示，采用百度API實現(xiàn)精確導航及定位，同時具有組隊功能，實現(xiàn)位置共享及路線記憶等功能，并提供景點查詢功能。該系統(tǒng)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(chǎn)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(xiāng)鎮(zhèn)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(yè)巨頭NEC開發(fā)的NEC909E手機中的大地領(lǐng)航者軟件可實現(xiàn)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(shè)備。

而本系統(tǒng)的出發(fā)點就是針對喜歡進行野外活動的人群，幫助使用者實時監(jiān)測自身的情況及定位信息，準確掌握隊友行蹤。相對于傳統(tǒng)的導航系統(tǒng)[1]，該導航系統(tǒng)是在實現(xiàn)基本功能的基礎(chǔ)上，新增加了一些更實用的功能，如：個性化路線指南系統(tǒng)，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(shè)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(shù)主流導航設(shè)備所暫缺的，這就是設(shè)計本系統(tǒng)的意義所在。

2.系統(tǒng)概述

本系統(tǒng)基于Android開源移動應用平臺[2]，為實現(xiàn)精確定位和導航，采用了百度API[3]，云端數(shù)據(jù)庫[4]等，結(jié)合軟硬件實現(xiàn)實時監(jiān)測方向，人體體溫，環(huán)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(jiān)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(fā)生，是一款實用性強、市場潛力大的智能導航系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)詳細設(shè)計與實現(xiàn)

整個導航系統(tǒng)主要是由硬件部分和軟件部分組成。

硬件分為指南針、環(huán)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(shè)備體積小，易操作。為使用者方便攜帶，本系統(tǒng)將所用硬件與使用者的帽子縫合，實時準確地監(jiān)測環(huán)境和人體情況，方便了使用者，同時軟硬件的結(jié)合使結(jié)果顯示在同一終端上，系統(tǒng)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(tǒng)的服務器端主要通過Bomb的云平臺實現(xiàn)，客戶端用戶界面設(shè)計則通過Andriod實現(xiàn)，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(xiàn)相應的功能。界面簡單，易操作。

3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

本系統(tǒng)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(tǒng)硬件框架圖

其中，環(huán)境溫度檢測由DS18B20數(shù)字溫度傳感器實現(xiàn)，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(huán)境溫度，使用者能正確、合理判斷該地環(huán)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(shù)值，根據(jù)脈搏數(shù)據(jù)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(huán)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(shù)快速、準確地測量出人的體溫。相對于傳統(tǒng)水銀、電子體溫計等，使用方便，不需接觸身體就能測溫，既衛(wèi)生，又安全，并且具有高靈敏度、高精度、低功耗的優(yōu)點。

另外，利用現(xiàn)代智能手機自帶的指南針即可快速實現(xiàn)方向指南，不需額外增加硬件。

本系統(tǒng)將所有相關(guān)設(shè)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(shù)值，通過藍牙模塊與手機相連，將數(shù)值發(fā)送到Android手機端App，手機接收數(shù)據(jù)后可顯示在App上，使用者可自行選擇是否查看和顯示數(shù)據(jù)。操作簡單，適合大多數(shù)野外探險人群使用，使整個系統(tǒng)走向大眾化。

3.2 系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計功能由服務器端和客戶端相結(jié)合實現(xiàn)。軟件部分主要是對用戶界面五大模塊的設(shè)計，如圖2所示為本系統(tǒng)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(huán)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(zhí)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(shù)據(jù)庫，寫入用戶數(shù)據(jù)和讀取用戶信息實現(xiàn)。登錄時查詢?User表輸入用戶名和密碼與該表的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(lián)網(wǎng)即可。綜合考慮，我們采用兩者結(jié)合方式，即可準確、快速地實現(xiàn)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(fā)，不斷移動位置時，短時間內(nèi)將不斷更新經(jīng)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(fā)生，如圖4所示。該功能主要通過對云端數(shù)據(jù)庫中相應數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改、查找等操作實現(xiàn)。使用共享位置功能之前，需要創(chuàng)建隊伍、加入隊伍。實質(zhì)上，每創(chuàng)建一個隊伍，即是在后臺創(chuàng)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(guān)用戶的信息。為能查詢當前用戶所加入的隊伍，云端數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)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(zhuǎn)到該隊伍相關(guān)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(xiàn)“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(jīng)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(jīng)緯度的數(shù)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?！凹虞d隊員位置”可實時查詢當前隊伍表中的所有用戶的經(jīng)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(tǒng)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(xiàn)大眾化需求。其中共享位置功能更人性化，實現(xiàn)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(fā)生隊員掉隊，迷路等意外。

4.結(jié)論

本論文采用開源的安卓（Android）系統(tǒng)，百度API，云端數(shù)據(jù)庫等，結(jié)合軟硬件的使用，實現(xiàn)實時監(jiān)測方向，人體體溫，環(huán)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(tǒng)功能單一，不靈活等缺陷，本論文這款智能導航系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子科技大學，2014.

[2]黃宏程，胡敏，陳如松.Android移動應用設(shè)計與開發(fā)[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(gòu)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫與云端數(shù)據(jù)庫比較分析[J].電腦知識與技術(shù)，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(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[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(shè)計、智能控制、控制理論與控制工程、郵箱：78061687@qq.com。