張　怡，李　辰，王喜斌，王　丹

(1. 河北工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，天津 300400；2. 北京空間機(jī)電研究所，北京 100083；3. 北華航天工業(yè)學(xué)院，河北 廊坊 065000)

基于安卓平臺的智能定位追蹤系統(tǒng)研究

張怡1，李辰2，王喜斌3，王丹3

(1. 河北工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，天津 300400；2. 北京空間機(jī)電研究所，北京 100083；3. 北華航天工業(yè)學(xué)院，河北 廊坊 065000)

摘要:針對目前社會上普遍關(guān)注的老人兒童安全監(jiān)護(hù)問題，設(shè)計(jì)了一套基于安卓平臺的智能定位追蹤系統(tǒng)，定位移動終端獲取地理位置信息并傳輸，安卓智能終端實(shí)現(xiàn)了實(shí)時監(jiān)控人員位置的功能。系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用測試，具有易攜帶、易操作、低功耗、低成本的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于智能定位追蹤及其他相關(guān)位置服務(wù)行業(yè)。

關(guān)鍵詞:北斗衛(wèi)星；低功耗；安卓智能終端

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在人們生活中發(fā)揮著巨大的作用，使人們的生活更加方便快捷。我國的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用設(shè)備，很大程度上依賴于美國GPS系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)并獨(dú)立運(yùn)行的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有一定的保密、抗干擾和抗摧毀能力[1]。比起其他的導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗的短報(bào)文通信服務(wù)具有較大的優(yōu)勢，從而可以使中心控制系統(tǒng)與用戶終端之間能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[2]。

老人和兒童是社會中的弱勢群體，缺少一定的自我保護(hù)能力，如果得不到及時監(jiān)護(hù)，就容易出現(xiàn)安全問題，一些媒體報(bào)道經(jīng)常出現(xiàn)老人兒童失蹤的新聞，因此，老人兒童的安全問題值得社會關(guān)注。針對這一安全監(jiān)護(hù)問題，本文設(shè)計(jì)了一套基于安卓平臺的智能定位追蹤系統(tǒng)，定位移動終端由北斗模塊獲取定位信息并通過GPRS模塊數(shù)據(jù)傳輸，安卓智能終端設(shè)備獲得定位信息并將位置顯示在地圖上。通過此系統(tǒng)，即使不在老人兒童身邊，也能及時得知他們所處的具體位置。

1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

此定位追蹤系統(tǒng)由三大部分組成，分別為定位移動終端和系統(tǒng)服務(wù)器以及智能終端組成。定位移動終端由老人和兒童等被定位的人員攜帶，安卓智能終端由老人和兒童的監(jiān)護(hù)人使用，系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體框架圖

定位移動終端主要用來獲取定位信息并向服務(wù)器進(jìn)行傳輸，具有一鍵呼救的功能。安卓智能終端用來從系統(tǒng)服務(wù)器獲取位置信息最后在地圖上顯示，能夠進(jìn)行實(shí)時跟蹤、歷史路線查詢、電子圍欄的設(shè)置等功能。系統(tǒng)服務(wù)器接收定位移動終端發(fā)送來的定位信息并處理、存儲下來，為安卓智能終端提供位置信息，系統(tǒng)服務(wù)器里有根據(jù)需求做好的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)定位信息根據(jù)地址發(fā)送到服務(wù)器后由數(shù)據(jù)庫來存儲數(shù)據(jù)。

安卓智能終端對定位移動終端主要是實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程的實(shí)際意義并不是距離遙遠(yuǎn)，而是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，由監(jiān)控端對被監(jiān)控端實(shí)施的監(jiān)控，通過有效的Internet資源和合理的軟件構(gòu)架就能實(shí)現(xiàn)。本文采用的是C/S構(gòu)架[3]，即客戶端/服務(wù)器構(gòu)架，當(dāng)客戶端發(fā)出請求后，服務(wù)器要做出響應(yīng)并給出回復(fù)。

2定位移動終端

定位移動終端主要實(shí)現(xiàn)定位信息的采集和傳輸，北斗模塊獲取當(dāng)前地理位置，時間等信息并將其傳送給處STM32處理器，經(jīng)過分析處理后，各種數(shù)據(jù)被傳送到GPRS通信部分，通過GPRS移動通信網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器[4]。定位移動終端的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主程序流程圖如圖3所示。

圖2　硬件結(jié)構(gòu)

圖3　主程序流程圖

2.1定位模塊

信息采集模塊采用北斗UM220-III模塊，它是目前市場上尺寸最小的完全國產(chǎn)化的BD/GPS模塊，集成度高，功耗低，非常適合北斗系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用的需求。它有3個可配置的串口，可以與處理器完成信息傳輸，它的輸出為&GNRMC語句，語句中包含時間、位置有效標(biāo)識、經(jīng)緯度、地面速率、地面航向等信息，消息格式如表1所示。

表1消息定義格式

消息格式MYM--RMC,time,status,Lat,N,Lon,E,spd,cog,date,mv,mvE,mode*cs例子MYMGNRMC,123400.000,A,4002.2178,N,11618.1057,E,0.026,181.631,180411E,A*2C

UM220通過串口輸出數(shù)據(jù)幀，也是通過串口與STM32完成數(shù)據(jù)通信，STM32使用中斷方式接收UM220模塊的數(shù)據(jù)幀。當(dāng)定位移動終端接收到定位指令后，設(shè)標(biāo)志位為1，當(dāng)檢測到標(biāo)識位為1時，STM32進(jìn)入接收中斷；當(dāng)定位移動終端接收到取消定位指令后，設(shè)標(biāo)志位為0，當(dāng)檢測到標(biāo)志位為0時，關(guān)閉接收中斷。

在數(shù)據(jù)接收的過程中，首先要判斷數(shù)據(jù)格式是否正確，如果不正確則不作處理繼續(xù)接收，如果正確則在數(shù)據(jù)中添加終端的號碼，用以區(qū)分不同用戶終端，然后將數(shù)據(jù)存儲到緩存區(qū)，最后判斷數(shù)據(jù)接收是否結(jié)束，如果結(jié)束則關(guān)閉中斷，否則繼續(xù)接收數(shù)據(jù)。

2.2通信模塊

通信模塊采用M35它是全球最小的四頻GSM/GPRS模塊，憑借超小尺寸，超低功耗和較寬溫度范圍，適用于車載、工業(yè)及PDA、個人跟蹤等，它提供完善的GSM/GPRS短信、數(shù)據(jù)傳輸及語音服務(wù)。此模塊用于與外部進(jìn)行信息傳輸及遠(yuǎn)程通信，可以按需換成3G等無線通信模塊。

M35模塊是定位移動終端和外界通信的樞紐，它能把數(shù)據(jù)打包傳送到系統(tǒng)服務(wù)器并且能夠把來自其他智能終端或服務(wù)器的指令發(fā)送給控制模塊。M35模塊功能的實(shí)現(xiàn)是通過STM32設(shè)置AT指令來實(shí)現(xiàn)的，通過指令初始化M35模塊，使其附著在GPRS網(wǎng)絡(luò)上，獲取IP地址并最終與服務(wù)器之間建立連接實(shí)現(xiàn)通信。其中主要設(shè)置工作如下：

1)設(shè)置串口通信波特率，AT+IPR=15 200；短消息模式設(shè)置為AT+CMGF=1，使短消息為文本模式。

2)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)注冊狀態(tài)，使用指令A(yù)T+CREG?，回復(fù)為+CREG：，格式，兩個參數(shù)分別從0和1開始，當(dāng)?shù)诙€參數(shù)為1或5，返回OK時，說明注冊成功。

3)判斷GPRS附著是否成功，使用指令A(yù)T+CGATT?，回復(fù)為+CGATT：格式，當(dāng)參數(shù)為1，返回OK時，說明GPRS附著成功。

4)建立TCP連接，使用指令A(yù)T+QIOPEN=TCP，114.112.169.125，6800，其中114.112.169.125表示服務(wù)器地址，6800為服務(wù)器端口號，返回OK事時，說明格式正確，連接成功。

3數(shù)據(jù)存儲和查詢

系統(tǒng)服務(wù)器中采用SQLServer數(shù)據(jù)庫來存儲和查詢數(shù)據(jù)，SQLServer數(shù)據(jù)庫中，可以使用HTTP直接訪問，它有一個開放的WebService接口，可以執(zhí)行SQL語句和調(diào)用函數(shù)和過程，查詢的結(jié)果可以用XML格式返回，通過WebService接口，安卓智能手機(jī)終端能方便的與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[5]。

SQLServer中主要有表、索引、視圖、函數(shù)和存儲過程幾種數(shù)據(jù)對象，本文中用到的是表，它是數(shù)據(jù)庫中最常見最常用的對象，主要用于數(shù)據(jù)的存儲。表中包含行字段和列字段，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫字段說明如表2所示。

由于只需要時間、經(jīng)緯度和狀態(tài)字段，所以要把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行字段提取，提取任務(wù)是在將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫的過程中完成的，并沒有在定位移動終端部分進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這種做法有效地降低了定位移動終端的功耗。

表2系統(tǒng)性能局域網(wǎng)測試表

4安卓智能終端

安卓智能終端可以是智能手機(jī)也可以是手持平板等智能設(shè)備，用戶首先登錄定位軟件，輸入正確的SIM卡號和密碼才能登錄系統(tǒng)，之后會進(jìn)入功能選單，用戶可以根據(jù)需求選擇，然后進(jìn)入界面去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。手機(jī)定位軟件UI設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

圖4　手機(jī)定位軟件UI設(shè)計(jì)框圖

4.1軟件設(shè)計(jì)

安卓手機(jī)終端上的定位系統(tǒng)軟件是基于Java語言編寫的，Java語言是用戶和設(shè)備的人機(jī)接口，提供用戶可以操作的各種各樣的應(yīng)用功能。編譯環(huán)境為eclipse，需要安裝JDK和對應(yīng)版本的AndroidSDK。AndroidSDK環(huán)境安裝完成后，就可以在SDK中建立工程并進(jìn)行調(diào)試了開發(fā)和調(diào)試了。電子地圖調(diào)用百度地圖SDK，百度地圖提供的Android定位SDK是為Android移動端應(yīng)用提供的一套簡單易用的LBS定位服務(wù)接口[6]。

創(chuàng)建工程后，在AndroidManifest中添加開發(fā)密鑰、所需權(quán)限等信息，在布局文件中添加地圖控件，在應(yīng)用程序創(chuàng)建時初始化SDK引用的Context全局變量，創(chuàng)建地圖Activity，管理地圖生命周期之后，就可以進(jìn)行地圖的開發(fā)應(yīng)用了[7]。

用戶界面的設(shè)計(jì)主要采用線性布局和相對布局方式，這樣設(shè)計(jì)屏幕適配性好，視覺上也比較美觀，界面間的切換由Intent實(shí)現(xiàn)。

實(shí)時定位和歷史軌跡功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過和服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，當(dāng)收到響應(yīng)指令后，就會開啟子線程，子線程開始部分為與服務(wù)器交互數(shù)據(jù)，通過采用HttpClient完成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通過POST實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，取得數(shù)據(jù)之后要對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行json數(shù)據(jù)解析。解析完成后，利用Hander對象構(gòu)造一個Runnable接口，Runnable接口的主要作用就是將子線程獲得的數(shù)據(jù)發(fā)送到主線程并更新UI，在本程序中的作用是將解析好的經(jīng)緯度在地圖上標(biāo)注出來，程序流程圖如圖5所示。電子圍欄的主要作用是把圍欄坐標(biāo)發(fā)送出去，當(dāng)監(jiān)聽到發(fā)送按鈕事件后，向移動定位終端發(fā)送圍欄對角坐標(biāo)，內(nèi)容為"rect："+begin.toString() + "-" +end.toString()。

圖5　程序流程圖

4.2測試結(jié)果

登錄成功后，根據(jù)需求選擇功能選單，選擇實(shí)時定位選單進(jìn)入相應(yīng)界面，實(shí)時定位界面如圖6所示；選擇電子圍欄選單，就可以進(jìn)行電子圍欄的設(shè)置，如果在定位過程中接收到的位置信息超出圍欄，定位移動終端就會向智能終端發(fā)送警報(bào)信息，電子圍欄設(shè)置界面如圖7所示；選擇歷史軌跡選單后，進(jìn)行歷史時間段的選擇，地圖就會播放該時間段被監(jiān)護(hù)人的運(yùn)行軌跡，歷史軌跡回放界面如圖8所示。

圖6　實(shí)時定位(截圖)

圖7　電子圍欄設(shè)置(截圖)

圖8　軌跡回放(截圖)

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一款基于安卓平臺的智能定位追蹤系統(tǒng)，利用我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行定位信息的獲取，利用百度地圖進(jìn)行定位顯示，應(yīng)用于老人和兒童的安全監(jiān)護(hù)。此系統(tǒng)包含信息的采集、傳輸和顯示三部分，通過精心的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件方面的優(yōu)化，具有簡單易操作，易攜帶，低成本和低功耗的特點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)測試，此系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行定位，能夠成功地對老人和兒童進(jìn)行安全監(jiān)護(hù)。

參考文獻(xiàn)：

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張怡(1989— )，女，碩士生，主研智能控制與智能系統(tǒng)；

李辰(1988— )，工程師，主研GIS與遙感信息處理；

王喜斌(1968— )，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樾畔⑴c控制系統(tǒng)；

王丹(1990— )，女，碩士生，主研航天測控技術(shù)。

責(zé)任編輯：時雯

StudyonsmartpositioningandtrackingsystembasedonAndroid

ZHANGYi1，LIChen2，WANGXibin3，WANGDan3

(1. School of Electronic Information Engineering，Hebei University of Technology， Tianjin 300400，China；2. Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity，Beijing 100083， China；3. North China Institute of Aerospace Engineering，Hebei Langfang 065000，China)

Abstract:In view of the present social common concern of the safety monitoring of the old and children， a set of personnel positioning and tracking system is designed based on Anroid. The positioning mobile terminal is used to obtain and transport the location information， and the function of real-time monitoring of personnel location is realized by the android intelligent terminal. Finally，the system realizes personnel positioning and tracking. Through practical application test，it is showed that the system is easy to carry and operate with low power consumption and low cost， which can be widely applied in smart tracking and positioning as well as other related position service industry.

Key words:beidou satellite； low power consumption； Android intelligent terminal

中圖分類號：TN876.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.04.010

基金項(xiàng)目：河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(ZD2014089)

作者簡介：

收稿日期：2015-11-13

文獻(xiàn)引用格式：張怡，李辰，王喜斌，等. 基于安卓平臺的智能定位追蹤系統(tǒng)研究[J].電視技術(shù)，2016，40(4)：48-51.

ZHANGY，LIC，WANGXB，etal.StudyonsmartpositioningandtrackingsystembasedonAndroid[J].Videoengineering，2016，40(4)：48-51.