基于北斗的高校新生助手APP

趙幸 李慧珍 張渤琳

摘 要：大學校園通常具有面積大、建筑布局分散、各類設施復雜等特點。本文利用北斗衛星導航系統，基于Android平臺以手機APP為主控模塊，同時結合室內定位傳感器設計了能夠為高校新生提供精準導航、校園信息查詢、一鍵求助等功能的一體化APP，幫助新生更高效地展開校園生活。

關鍵詞：北斗定位與導航;Android;校園助手APP

1.引言

對廣大高校新生來說，快速準確地前往教室是困擾新生的最大難題。隨著學生數量的增加，對教室進行精準室內導航的需求也在急劇增加。

近年來，室內定位與導航的研究與應用取得了較為顯著的成效。如Google Map從6.0版本開始增加了部分室內地圖，提供如商場、機場等大型室內建筑的地圖導航定位服務。國內如高德地圖、百度地圖和蜂鳥地圖等多家公司也已開始提供室內地圖生產、定位引擎和地圖引擎一整套室內地圖定位導航解決方案。但由于傳統衛星導航定位系統在室內空間無法使用、基站定位精度很難滿足室內空間需求[1]等多方面制約因素，室內定位導航技術尚未得到廣泛的推廣與應用。

現有的校園智能導航APP僅能夠為新生進行建筑物級別的粗略導航，不能進一步幫助新生準確抵達具體的教室。本文嘗試運用北斗定位技術，在Android平臺上基于高德地圖Android SDK設計一個包含建筑內部精準導航、校園設施介紹、一鍵求助功能的新生助手APP，以幫助新生盡快適應大學生活。

2.APP的框架與功能

APP使用高德地圖SDK接口獲取離線地圖，實現地圖的基本操作。通過連接北斗衛星定位系統，依托室內部署的WiFi傳感器，獲取位置信息并顯示在電子地圖上。最終通過移動手機終端APP實現定位與導航等功能。圖1即為APP系統構架。

2.1數據層

數據層包括常規地圖數據、精細化建筑內部地圖數據、路徑數據及各項校園設施數據。

常規地圖數據來自高德地圖，通過申請高德地圖API密鑰，下載高德地圖SDK的安裝包，即可使用高德地圖提供的離線地圖。

精細化建筑內部地圖數據通過人工采集數據構建路網生成。主要通過獲取原始CAD數據文件或規劃設計圖件數據，并采集室內通行設施等輔助信息，通過格式轉換轉換為制圖的矢量數據文件，并進行配準校正做到與室外地圖坐標系統的統一，形成點線面室內數據，構建導航路網數據集，完成室內地圖制作[2]。并將樓梯和電梯設施作為節點加入導航數據集模型的構建，解決跨樓層間的路徑規劃問題。

各項校園設施數據包括校園內全部建筑物的相關資料。

2.2服務層

服務層通過高德地圖提供的SDK接口，申請密鑰后可獲取校園離線地圖。通過北斗導航系統獲取用戶定位信息，返回Android平臺并在地圖上顯示。

2.3應用層

應用層即通過調用數據層和服務層，在Android端APP上實現具體的功能。如北斗定位、室內外導航、手機掃碼等。

3.功能詳解與具體實現

圖2為APP功能模塊示意圖。

3.1地圖展示

包含對地圖的放大、縮小、旋轉、漫游、導航、圖層切換等基本操作，能夠幫助用戶方便迅速地找到目的地，瀏覽校園的全景、掌握建筑物內部信息。該功能是利用高德地圖接口的地圖服務實現的。

3.2實時定位

主要是根據用戶使用手機的位置進行定位，分為室內定位和室外定位。

室外定位主要是利用北斗地基高精度差分定位。以手機的北斗模塊作為定位設備，北斗衛星通過北斗模塊獲取位置信息，最后通過相應算法將北斗衛星返回的經緯度信息轉換到高德地圖能識別的坐標系上，在離線地圖上顯示。

室內定位主要使用WiFi定位。它以網絡節點（無線接入點）的位置信息為基礎，通過無線接入點（包括無線路由器）組成的無線局域網絡，采用經驗測試和信號傳播模型相結合的方式，對已接入的設備進行位置定位。

3.3搜索導航

實現從起點A到目的地B的路徑規劃導航功能。目標點可從地圖上直接選擇，也可通過搜索框手動查詢獲取，進而進行路徑規劃導航。目的地除常規APP能夠選擇的單一建筑外，還可以對建筑物內具體目標如某間教室進行詳細導航。

高德地圖SDK接口對自有的室外地圖提供導航功能。而室內的導航，我們選擇FLOYD算法實現建筑內部路徑規劃。FLOYD算法是解決網絡圖中任意兩點最短路徑的算法，屬于多源路徑算法。該算法通過圖的權值矩陣求出圖中任意兩點間的最短距離，再將返回的路徑信息顯示在手機上。

3.4興趣查詢

用戶在地圖上選擇感興趣的建筑，長按建筑物（2s），彈出提示框，顯示建筑物的詳細信息。主要介紹建筑物的名稱、功能等。

3.5一鍵求助

該功能可以在緊急情況下獲取用戶的位置信息，并后臺發送給指揮系統與學校的保衛處取得聯系。求救信號會通過移動的4G或WiFi等無線網絡傳送到后臺求援中心管理系統，系統自動獲取該手機用戶的求救者信息，以及手機的北斗衛星定位信息，并可實時通過手機與求救者聯系，獲取相關信息[3]。同時，后臺管理系統會將求救地點的定位信息直接發送給校園保衛系統，從而可以調度相關安保人員，利用最短路徑算法，使救援人員以最快的速度到達現場，以最高效的手段實施救援。

4.主要創新點

當前市場上導航APP的導航功能只能精確到建筑，本應用程序通過構建室內路網數據模型，實現了室內導航。

5.結語

本文針對當前大學新生入學對校園不夠熟悉的問題，利用北斗導航系統，以Android為平臺，設計了集精準導航、興趣介紹等功能于一體的高校新生助手APP，以期能幫助新生更快地熟悉校園。

參考文獻：

[1] 許華燕等. 室內地圖應用現狀及展望 [J]. 測繪通報，2014， （09）： 119-121.

[2] 林富明等. 基于移動端的室內導航APP設計研究與實現 [J]. 測繪與空間地理信息，2018，41 （10） ： 61-62.

[3] 王健. 基于智能手機雙向定位的快速求救和施救系統 [J]. 物聯網技術，2018，（10） ： 15-18.

作者簡介：

趙幸（2000.03-），女，漢族，河南省南陽人，鄭州市高新區鄭州大學，地理信息科學專業本科生，研究方向：地理信息科學專業

李慧珍（1998.08-），女，漢族，河南省商丘人，鄭州市高新區鄭州大學，地理信息科學專業本科生，研究方向：地理信息科學專業

張渤琳（1999.01-），女，漢族，河南省唐山人，鄭州市高新區鄭州大學，地理信息科學專業本科生，研究方向：地理信息科學專業

（鄭州大學 地球科學與技術學院 ?河南 ?鄭州 ?450001）