基于二維碼的實驗儀器定位系統研究

李響 李英浩 趙桐 李春金 何東鋼

摘? 要：本文是利用二維碼定位來解決實驗室中實驗儀器定位及存放的問題，充分利用二維碼的高儲存容量、高可靠性、高準確度、高輸入效率等優點。通過二維碼存儲數據，設計了基于二維碼的實驗儀器定位系統，應用MapInfo軟件進行地圖的設計，并將搭建好的數據庫傳輸到服務器，實現準確的位置顯示。實驗表明，該系統極大的減少了實驗儀器存放帶來的麻煩。

關鍵詞：二維碼定位;數據庫;服務器;MapInfo

中圖分類號：TP391.44;TP399-C2? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）01-0168-04

Research on Positioning System of Experimental Instrument Based on

Two Dimensional Code

LI Xiang1，LI Yinghao1，ZHAO Tong2，LI Chunjin1，HE Donggang1

（1.School of Information Engineering，Dalian Ocean University，Dalian? 116023? China;

2.School of Information Science and Technology，Dalian Maritime University，Dalian? 116026，China）

Abstract：In this paper，two-dimensional code localization is used to solve the problem of locating and storing experimental instruments in the laboratory，making full use of the advantages of two-dimensional code，such as high storage capacity，high reliability，high accuracy and high input efficiency. The experimental instrument positioning system based on two-dimensional code is designed by storing data with two-dimensional code. MapInfo software is used to design the map，and the built database is transmitted to the server to realize accurate position display. Experiments show that the system greatly reduces the trouble caused by the storage of experimental instruments.

Keywords：two-dimensional code location;database;server;MapInfo

0? 引? 言

隨著移動互聯網的快速發展，基于位置的服務LBS被廣泛應用，如在個人的定位導航、貨物物流跟蹤和車載導航等各個領域[1，2]。定位技術在現在來看非常普遍（如全球衛星定位系統GPS），且技術較為成熟，但室內環境無法接收GPS的信號，這導致GPS定位技術在室內導航方面仍存在較大的缺陷。例如各大高校的實驗室地理位置信息復雜，導致人們在實驗室內不能準確獲得實驗儀器的方位，增加了其做實驗時的各種不便。如果可以在實驗室內進行定位并精準地獲取地理位置信息，同時提供準確的實驗儀器導航，那么將會給實驗帶來諸多的便利。

目前有三種常見的定位方法：鄰近信息法、場景分析法、幾何特征法。這三種方案衍生出了多種用于確定位置的技術，其中有射頻識別技術、紅外線技術、藍牙技術、GPS技術等[3]，而這些方法都要使用輔助節點進行定位，加大了實驗儀器定位的成本，并使得工序變得更加復雜?；诩t外線技術的室內定位較基于二維碼的室內定位，傳播距離短，不適合大范圍應用;基于無線射頻識別技術的室內定位較基于二維碼的室內定位[4]，因RFID標簽不提供信號強度信息，需進行手工估計，而難度和誤差較大，且工序復雜;結合被動RFID標簽和WiFi RSSI信號的定位方法較基于二維碼的室內定位[5，6]，因部署環境時需要安裝額外的RFID閱讀器[7]而成本提高，部署麻煩。相比之下本文基于二維碼的實驗儀器定位是一種將電子地圖結合起來的直觀的定位模式，其能夠快速定位、提高效率，為人們提供一個最便捷有效的定位方法。

本文采用基于二維碼的方法研究實驗儀器的定位，首先是由于二維碼的成本較低而且能夠存儲海量信息。其次是現代對于二維碼的應用已經非常普及，二維碼應用技術較為成熟，這為二維碼在實驗儀器定位的應用創造了良好的外部條件。最后，二維碼的部署樣式多種多樣，耳目一新的時代感為實驗儀器定位注入了活力。

1? 基于二維碼的實驗儀器定位系統的組成

基于二維碼的實驗儀器定位系統主要由四個模塊組成，如圖1所示。二維碼生成模塊，二維碼識別模塊，掃碼定位模塊，位置顯示模塊[8]。二維碼生成模塊是用于確定實驗室儀器位置，建立數據庫，生成實驗室儀器所對應的唯一的二維碼，此二維碼中含有實驗室儀器的相關信息。二維碼識別模塊是在確定實驗室儀器的位置時，用智能手機掃描識別二維碼，讀取其識別實驗儀器的相關信息。掃碼定位模塊：識別二維碼后獲取鏈接，并將其傳到服務器中;位置顯示模塊：用于確定實驗室儀器位置，根據傳到服務器以及空間數據庫中的定位，反饋輸出實驗儀器應該所處的位置[9]。

2? 基于二維碼的實驗儀器定位系統的工作原理

本系統首先使用筆記本電腦的應用Microsoft提供的Windows操作系統搭建一個Web服務器，其次應用MapInfo軟件地圖制作軟件，制作地理信息地圖[10]，然后導入數據庫中的地圖信息數據，來建立定位地圖，最后將數據傳遞到服務器中，獲取鏈接，從而使定位顯示在智能手機端，系統的原理流程如圖2所示。

2.1? 位置信息數據庫建立

2.1.1? 數據存儲結構

對于數據庫的建設需進行全方位多層面的考慮，要對整體數據存儲結構進行設計，實現數據的有序存儲，從而縮短存儲時間，實現存儲空間利用最大化，同時還要及時對存儲空間進行維護等。由于這些條件之間相互制約，所以存儲結構的選取應綜合考慮其他條件，權衡利弊之后再做決定，以此制定兼容性較好的解決方案。

本文的存儲結構為[11，12]：

（1）物理數據。物理數據是構成數據信息體系的最底層的邏輯，其可以對原始數據進行修整處理，實現對數據的儲存和修改，當實驗室儀器地理位置發生變化時，可以通過修改其物理數據來修正其位置。

（2）概念數據。概念模式是用戶直觀了解數據庫中數據的窗口。概念數據是主要的框架結構體系。從圖3數據庫結構可以看出，它是數據庫框架的中樞，是對數據庫的邏輯表達，體現了數據庫中數據的邏輯意義，標明了數據庫中數據間的邏輯關系，是數據存儲記錄的集合。它不包含物理情況的數據，只體現數據庫中概念數據的邏輯關系。用管理員身份可對其進行訪問使用。

（3）用戶數據。外模式是數據庫框架結構體系的基本組成部分。外模式是可以讓用戶了解數據庫框架結構的總視圖，每個用戶只能訪問其所對應的外模式中的數據，數據庫中的其余數據對其不可見。外模式在數據庫的應用可以保證數據庫的安全性和穩定性，防止數據庫出現錯誤或者被侵入。

2.1.2? 數據存儲路徑

因存儲路徑與檢索直接相關，為便于檢索，建立數據庫時應選擇合適的存儲路徑。數據存儲路徑大致有兩種：一是儲存在數據庫中對應的文件中，二是直接儲存在操作系統上。這兩種存儲路徑各有其優缺點，其優缺點比較如表1所示。

存儲路徑的選擇應基于實際應用的需要。本文的設計數據量不是很大，所以采用存儲在數據庫的方式。本文所建立的數據庫是基于Excel的數據庫，數據量小，管理方便。

2.1.3? 數據存儲位置

數據存儲位置的選擇對數據存儲十分關鍵。在進行數據存儲時，我們應該嚴格區分穩定的數據區域和不穩定的數據區域，以及使用頻率高的存儲區域和使用頻率低的存儲區域，重視存儲的重要性。為了建設使用效率較高的數據庫系統，在建設過程中我們應根據實際建設需要和數據實際應用的動態情況來選擇合適的數據存儲位置，從而建立一個穩定高效的數據庫，為室內定位打造一個數據基礎平臺。

2.2? 地理信息位置確立

相比于其他地圖制作軟件，如ArcGIS，MapInfo軟件不僅可以滿足本系統的地圖制作需要，構造體現數據的信息（如溫度、濕度），還可體現地理坐標，同時其還可以承載數據庫對外接口傳輸的地圖信息。除此之外，MapInfo軟件還具有其獨特優勢：強大的圖形表達、處理功能;實用的關系型數據庫功能;靈活的數據查詢分析功能;多樣化的數據可視表達方式;功能強大的系統開發工具;方便靈活的圖形輸入輸出功能;支持多種硬件操作平臺;快速、準確的GPS連接能力。因此本系統采用MapInfo軟件制作地圖。

采用MapInfo軟件制作好地圖，將地圖放入數據庫中，把每一個二維碼的數據一一對應到數據庫中相應的地理數據信息位置。之后通過掃描二維碼得到數據信息并將數據信息發送給服務器，服務器通過對信息解碼允許其訪問并通過接口連接到相對服務器中對應信息的位置，最后通過調取其中的信息傳輸到手機移動終端實現定位。

2.3? 數據庫服務器數據傳遞

隨著智能機的大規模應用，移動的訪問需求也越來越大，同時信息獲取方式也越來越多，小服務程序（Servlet）因其移動便利性，穩定性和易開發性，而在各領域被廣泛應用，其可以讓訪問端與服務端進行有效的交流并隨時產生動態的數據內容。其數據傳輸過程如圖4所示。

客戶端發送請求指令到服務器→服務器將請求信息發送到Servlet→Servlet生成響應內容并將內容傳遞給服務器→服務器將響應返回給客戶端。

3? 系統的實現與實際應用

準備工作完成后，進行測試并得出結果便可完成檢驗工作。具體操作步驟如下：首先，把二維碼固定在實驗室門口處。打開智能手機，將服務器上線，地圖確認完畢，網絡通信狀況良好;接著將手機掃碼功能打開，對準二維碼（如圖5所示）;隨后，使用智能手機對二維碼進行識別（如圖6所示）;識別后彈出相應鏈接，點擊進入（如圖7所示）。

最終得到對應地理位置信息，成功實現位置坐標標定，從而實現實驗儀器定位。（如圖8所示）。

對各個實驗儀器均進行實驗，得到的結果全部準確正常。考慮到光照等因素對室內定位的影響，筆者又對黑暗條件下的定位情況進行了檢驗，結果發現在不使用手機探照燈的情況下，定位依舊準確正常。至此，筆者對本文研究的室內定位系統的檢驗完成，結果令人滿意。由于二維碼本身的材質禁不住外部化學物品的侵蝕，所以當其應用于大型工廠廠房、醫院等場所時，會使維護管理變得更加復雜，但其應用前景不會受其微小缺陷的影響。

4? 結? 論

本文利用二維碼的高儲存容量、高可靠性、高準確度、高輸入效率等優點，來存儲數據，并設計了基于二維碼的實驗儀器定位系統。該系統采用MapInfo軟件建立地圖，并通過服務器傳輸數據，實現了準確的位置顯示。多次實驗對比顯示，該系統可以實現有效快捷地定位，減少尋找實驗室儀器時的麻煩，所以其應用前景廣泛。

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