基于物聯網的智能校園導航系統的設計與實現

劉 紅，饒 超，龔黃兵,葉世平，朱 玲

(上海電機學院 電子信息學院，上海 201306)

基于物聯網的智能校園導航系統的設計與實現

劉 紅，饒 超，龔黃兵,葉世平，朱 玲

(上海電機學院 電子信息學院，上海 201306)

利用帶有全球定位系統功能的手機，結合軟件技術和地理信息系統技術，以小型化的數據庫系統作為后臺支持，研究實現了基于物聯網的智能校園導航系統。系統通過對校園內的建筑信息用二維QR碼進行標注，并用Android系統的智能手機對相應的QR碼進行掃描，來獲得建筑的地理位置、歷史、功能等相關信息，以實現對校園的智能導航和推介工作。

校園導航系統； 物聯網； Android； 二維碼； 地理信息系統

目前，我國各大高校為滿足發展的需要，大多建立了新校區。對于偌大的大學校園，建立一個智能校園導航系統，在每年新生入學、校慶或節假日等場合，將會對初入校園的人員起到很好的宣傳和指引作用。現代人更依賴電子產品和網絡，智能校園導航系統的實現無疑是學校推廣自己的一個更好的平臺。一個優秀的校園導航系統對于學校對外宣傳和有序化管理都有著深遠意義[1-3]。

目前，校園智能導游產品大多位置固定，信息單一，有的甚至使用固定設備來播報介紹，這在到訪人員多的情況下不太適用。本文研究的校園智能導航系統，硬件使用帶有GPS功能的Android手機，同時借鑒了現有的導游系統，如清華導游、北大導游、江科大導游等軟件[4-6]的一些功能，使用物聯網的二維碼技術將校園各建筑物的基本信息與坐標位置、歷史、杰出校友等信息對應鏈接[7-12]，并在后端鏈接語音、視頻、圖片等詳細的信息，這樣通過手機掃碼就可以方便地訪問。本文設計的基于Android手機的校園導航系統以上海電機學院為實驗案例，系統簡潔、實用，能給初入校園的人員帶來極大的方便，具有實際應用價值。

1 系統功能

系統實現的主要功能包括校園簡介(校園概況、院系設置、師資力量、公共服務)、校園導航、學校周邊景點介紹、公共服務等，并實現語音播報。實現的系統功能結構圖，如圖1所示。

圖1 系統功能圖Fig.1 System function diagram

本文設計的基于物聯網的智能校園導航系統主要實現如下功能。

(1) 校內建筑物介紹。建立校內建筑物的二維碼數據庫，使每個建筑物對應一個二維碼。該二維碼鏈接后臺建立的數據庫，通過掃描該二維碼即可獲得該建筑物的大致方位、行政功能、歷屆校友名人等信息，可極大地方便在校學生辦理相關業務等。

(2) 校內導航。通過對校內建筑物二維碼的掃描，用戶能快捷地取得該建筑物相應的位置信息，如建筑物名稱、所處道路的名稱等，也可以查詢或選擇要去的目的地路線。

(3) 學校周邊情況介紹。介紹學校周邊的生活環境，主要包括餐飲和住宿情況，還可以對學校周邊的餐飲與景點信息等提供介紹和快捷鏈接。

2 系統設計

2.1 系統架構

本文研究的校園智能導航系統硬件使用帶有GPS功能的智能手機。系統采用手機定位技術、移動通信技術和二維碼技術，結合網絡上的地理信息系統(Geographic Information System, GIS)云架構，以ArcGIS Online為服務器端平臺鏈接服務器，進行客戶端程序的開發，并利用GIS制作學校以及周邊環境的圖層；然后，結合二維碼技術，將每個建筑物用二維碼進行標識，利用Android手機的掃碼功能，實現校園智能導航和特色介紹[13-16]。系統開發的校園導航系統有Android手機客戶端、傳輸線路、服務器端3個部分組成。整體系統開發結構順序如圖2所示。

圖2 系統開發流程圖Fig.2 Flow chart of system development

2.2 數據庫設計

本文運用SQL Sever2014數據庫軟件設計的系統數據庫需滿足以下條件：

(1) 用戶掃描二維碼獲取校園建筑物二維碼鏈接后從數據庫中獲得所要查詢的建筑物信息，包括該建筑物的名稱、功能介紹、圖片等。表1給出了建筑物信息的數據結構表。

表1 建筑物信息的數據結構表

(2) 用戶導航時需獲得出發地和目的地的經、緯度位置，并對建筑物的經、緯度范圍做限定。表2給出了建筑物位置的經、緯度數據結構表。

表2 建筑物的經、緯度數據結構表

本文數據庫系統采用用戶名+口令方式登錄，用戶名的權限為只能進行基本的增、刪、改、查數據的功能[15]。

2.3 二維碼與GIS、GPS結合的方案

GIS是一種空間上的信息系統，需要計算機硬件和軟件的支持，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述[7-8]。GIS有5個核心內容：位置、條件、變化趨勢、模式和模型。GIS與手機二維碼聯合使用可以實現定位導航。

本文中將二維碼作為一種被賦予空間位置屬性的標識，這樣其所攜帶的信息是每個建筑物的位置信息，即每個建筑物擁有一個屬于自己的二維碼。通過智能手機的GIS服務與二維碼所攜帶的建筑物信息相聯合，手機用戶就可以在校園地圖中獲取自己當前的位置信息。帶有GPS功能的智能手機進行查詢是通過移動客戶端觸發查詢事件；然后，客戶端通過網絡通信，向服務器發送Get或Post類型的請求；服務器獲知請求后，讀取數據并生成動態的xml數據格式，傳送回客戶端。客戶端接收服務器傳回的xml數據并對其進行解析，將解析結果存放至數據庫中，或以文字、圖形的形式表現。通過定位和導航，輔助二維碼到鏈接，用戶掃碼二維碼就可以直接通過校園內推送的負載信息，在校園中根據提示牌或其他指示信息找到校園中的小目的地。

3 系統實現

3.1 電子地圖精確定位實現

本文設計在Android手機上可進行電子地圖瀏覽。系統利用Mapinfo7.0軟件制作了上海電機學院電子地圖。為使GPS定位與電子地圖的坐標相匹配，確保定位的精確性，在制作電子地圖時重點考慮了地圖地理坐標的轉換。其中，電子地圖數據使用矢量結構，保證在地圖縮放顯示時，原圖的各部分都能成比例縮放。

電子地圖使用類似HTML map標簽功能的Android組件Android Image Map：先用資源文件創建一個Bitmap對象，并加載一個自定義的視圖View；然后，將視圖View加入到Image Map標簽中，其中，利用視圖View設計了圖片外邊框、校徽位置、TXT文本位置；利用位置更改函數showPostion()，用圓點將查詢的目標地點標識在地圖上，并與bubble綁定來指定校園地理位置。

3.2 系統實現

實時地圖數據依賴百度地圖API，百度地圖與校園地圖鏈接需要完成以下步驟：

(1) 申請百度開發者賬號。本文申請的API賬號與手機上的百度APP綁定。

(2) 下載相應的軟件開發工具包(Software Development Kit，SDK)，將定位應用程序編程接口(Application Programming Interface，API)從Android SDK中剝離出來，單獨下載。

(3) 在開發環境中添加下載的類庫，將SO庫文件復制到libsarmeabi目錄下。

(4) 將地圖類應用通過網絡交互數據，并在AndroidManifest．xml文件中申明獲取訪問網絡等的權限。

主控校園基站對進入校園的手機發送推送信息(推送信息中可以鏈接校園訪問平臺)，手機用戶則使用WiFi鏈接等無線通信方式上網。當手機通過無線網絡發出獲取地圖數據請求時，API接口校驗key，若訪問合法就發送地圖數據至手機；手機獲得地圖數據后，通過界面視圖MapView顯示地圖。MapView不僅具有視圖控制按鈕，還通過MapController的setZoom()方法實現了地圖放大和縮小功能，以及通過MapStatusUpdate Factory方法實現對地圖的位置中心點的顯示更新。這樣來訪者的手機只要實現了Baidu Map正常加載，就可以查閱校園實時地圖了。

4 真實環境模擬測試

來訪者手機中的SIM卡可自動定位來訪者的當前位置，或通過掃描建筑物的二維碼獲得自己當前所在建筑物的圖片、語音、文字、視頻等介紹信息。如果點擊語音講解，可用語音播報當前建筑的相關信息。

點擊導航，就出現了校園內的目的地選項；選擇目的地后，設計的校園導航系統中導入的地圖就可以根據當前位置，查找到目的地的行進路線圖3給出了真實環境下的模擬測試結果。該系統響應時間快，指路清晰。

圖3 真實環境下的模擬測試結果Fig.3 Simulation test results in real environment

5 結 語

本文利用Android智能手機、結合軟件技術和GIS技術，并與當下熱門的物聯網技術相結合，設計了基于物聯網的智能校園導航系統。該系統使導航功能更加便捷，鏈接訪問更加方便，實現了人與物更好的交互。運用該系統，當用戶行至校園內某處，可用手機掃描建筑物二維碼進行詳細了解。該系統解決了來訪者和新生的入校導游問題，提高了校園的信息化水平。

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Design and Implementation of Intelligent Campus Navigation System Based on Internet of Things

LIU Hong,RAO Chao,GONG Huangbing,YE Shiping,ZHU Ling

(School of Electronics Information, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China)

An intelligent campus navigation system is designed and implemented by using GPS-enabled cell phones or tablet computers and geographic information system (GIS) software with a mini-database to process space information. The system is based on the Internet of Things. Visitors can learn history or geographic positions using an Android based smart phone to scan the QR code of the buildings, and obtain geographic and historic functions and other relevant information of campus buildings. Thus, intelligent guide and campus introduction are realized.

campus navigation system; internet of things; Android; QR code; geographic information system (GIS)

2016-07-01

上海電機學院重點學科資助(13XKJ01);上海市大學生科創項目(A1-5701-15-012-01-055)

劉 紅(1978-)，女，副教授，博士，主要研究方向為物聯網，E-mail：liuhong@sdju.edu.cn

2095-0020(2016)06-0344-04

TP 317

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