竇亞玲 ，謝旭偉

（1.湖南師范大學(xué)高性能計(jì)算與隨機(jī)信息處理省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.湖南師范大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)沙410081）

0 引言

中國(guó)運(yùn)動(dòng)人群基數(shù)不斷擴(kuò)大，運(yùn)動(dòng)健身已經(jīng)成為一種生活方式。湖南百里毅行是一項(xiàng)大型群眾性公益體育運(yùn)動(dòng)，每年舉辦兩次，每次參加人數(shù)達(dá)萬(wàn)人。全國(guó)各地類(lèi)似的毅行活動(dòng)也在如火如荼地開(kāi)展之中。由于百里毅行活動(dòng)參加人數(shù)多，毅行者的專(zhuān)業(yè)化程度要求不高，而活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，路線比較復(fù)雜，因此，對(duì)活動(dòng)的組織要求就變得很高。為了能讓百里毅行活動(dòng)安全、健康和順利地舉辦成功，除了活動(dòng)的組織方需要投入大量的人力、物力之外，還需要大量的志愿者參與服務(wù)。即便如此，每次活動(dòng)開(kāi)展下來(lái)，無(wú)論是活動(dòng)組織方還是各類(lèi)參與人員，都會(huì)感受到一些不如意之處。例如：組織方對(duì)毅行者到達(dá)服務(wù)點(diǎn)的密度無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)估，導(dǎo)致服務(wù)點(diǎn)資源準(zhǔn)備不足，擁擠現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；毅行者對(duì)前方服務(wù)點(diǎn)信息不了解，無(wú)法合理安排自己的毅行計(jì)劃，等等。因此，百里毅行活動(dòng)迫切需要一種先進(jìn)的信息化手段來(lái)彌補(bǔ)目前模式下的不足，提高活動(dòng)組織方的組織能力、降低成本、提升服務(wù)質(zhì)量和效率、改善毅行者的運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)等。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，與運(yùn)動(dòng)健身相關(guān)的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及手機(jī)App大量涌現(xiàn)。有利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行毅行活動(dòng)宣傳和報(bào)名的系統(tǒng)；有利用手機(jī)地圖發(fā)布毅行路線軌跡的App；更多的應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)注的是運(yùn)動(dòng)者個(gè)體的運(yùn)動(dòng)信息的采集、記錄與展現(xiàn)。但到目前為止還沒(méi)有一個(gè)針對(duì)百里毅行活動(dòng)全過(guò)程支撐的應(yīng)用系統(tǒng)。

本文研究的應(yīng)用系統(tǒng)主要是一個(gè)手機(jī)App系統(tǒng)，旨在建立百里毅行組織方、毅行者和贊助商三者之間互相連接與信息交換的系統(tǒng)：一方面方便毅行者定位導(dǎo)航、獲取自身健康狀況、求助、接收組織方推送的消息以及贊助商提供的服務(wù)信息;另一方面幫助組織方獲取毅行者的實(shí)時(shí)位置、安全和健康等信息，有利于有序調(diào)度資源，保障活動(dòng)順利完成；同時(shí)，為商家提供潛在的需求資訊。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本應(yīng)用系統(tǒng)采用三層客戶機(jī)/服務(wù)器架構(gòu)[1-3]，如圖1所示。

各手機(jī)App客戶端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到應(yīng)用服務(wù)器，由應(yīng)用服務(wù)器完成用戶認(rèn)證、信息的交換與共享等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)功能，并將信息存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中。管理PC客戶端通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)Web服務(wù)器，主要負(fù)責(zé)用戶管理、信息發(fā)布和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與顯示等功能。由于管理PC客戶端的主要功能與手機(jī)App類(lèi)似，后面就不再單獨(dú)描述了。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

1.2 手機(jī)App總體結(jié)構(gòu)

手機(jī)App客戶端總體結(jié)構(gòu)分為四層，包括UI(用戶界面層)、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層四個(gè)部分[1,4]?？蛻舳丝傮w結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 手機(jī)App客戶端總體結(jié)構(gòu)圖

（1）用戶界面層

系統(tǒng)中的XML布局文件可用于對(duì)界面進(jìn)行描述，可用來(lái)繪制系統(tǒng)自帶的UI組件。用戶也可以引用App環(huán)境中的圖片、顏色、樣式等資源自定義組件并在XML布局文件中描述，Activity用setContentView方法即可引用該XML布局文件。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層

開(kāi)發(fā)者在Activity中引用XML布局文件后，即可在Activity中對(duì)邏輯業(yè)務(wù)功能進(jìn)行處理。用適配器（Data Adapter）完成UI控件與數(shù)據(jù)之間的綁定。用Intent實(shí)現(xiàn)多個(gè)Activity之間的通信。用Event Listener處理捕捉用戶點(diǎn)擊觸摸等事件。

（3）數(shù)據(jù)持久層

由于App不但需要從本系統(tǒng)服務(wù)端獲取數(shù)據(jù)，還要調(diào)用百度地圖接口，從百度地圖服務(wù)器獲取云數(shù)據(jù)，同時(shí)，為了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，節(jié)約流量以及斷網(wǎng)時(shí)還能使用本系統(tǒng)的基本功能，本地也有數(shù)據(jù)的緩存機(jī)制。本層提供與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)交換中的數(shù)據(jù)封裝和解析處理以及與本地緩存數(shù)據(jù)之間的協(xié)調(diào)應(yīng)用等功能。

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)來(lái)源于用戶的錄入操作、手機(jī)端設(shè)備的采集以及百度地圖定位服務(wù)（LBS）提供的云數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)最終都將存儲(chǔ)到網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。

1.3 手機(jī)App功能設(shè)計(jì)

活動(dòng)組織方、毅行者和贊助商登錄手機(jī)App后都有自己權(quán)限內(nèi)的功能。由于贊助商手機(jī)App的功能主要是信息發(fā)布和反饋意見(jiàn)收集和統(tǒng)計(jì)，故不在本文中詳細(xì)描述。

（1）組織方手機(jī)App功能設(shè)計(jì)

組織方手機(jī)App功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 組織方手機(jī)App功能模塊結(jié)構(gòu)圖

注冊(cè)登錄：組織方的所有人員都需要先注冊(cè)（除PC端的系統(tǒng)管理員外），由PC端的系統(tǒng)管理員審核后激活其賬戶并分配給合適的權(quán)限。系統(tǒng)權(quán)限主要分為志愿者、現(xiàn)場(chǎng)組織者、管理者等。激活后的用戶可以使用權(quán)限內(nèi)的功能。

信息發(fā)布瀏覽統(tǒng)計(jì)：由管理者發(fā)布原始信息，所有用戶能瀏覽信息并可在該消息后反饋信息；系統(tǒng)自動(dòng)將信息發(fā)布情況、反饋情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分類(lèi)別顯示出來(lái)。

路線制定：管理者將本次毅行活動(dòng)的分組、規(guī)模及路線規(guī)劃信息，標(biāo)注到百度地圖上，并提供軌跡數(shù)據(jù)的下載服務(wù)。

資源管理：管理者可錄入、修改本次活動(dòng)的所有資源，包括志愿者、現(xiàn)場(chǎng)組織者、醫(yī)護(hù)人員、飲食、車(chē)船等交通工具、垃圾桶、廁所、休息點(diǎn)、帳篷、住宿等的信息，對(duì)這些資源在毅行路線上的分配給出方案，并在百度地圖上標(biāo)記，提供與軌跡數(shù)據(jù)一致的下載服務(wù)。志愿者、現(xiàn)場(chǎng)組織者能對(duì)所在區(qū)域的資源變化情況提交修改請(qǐng)求，由管理者審核后生效。

報(bào)名與繳費(fèi)管理：管理者對(duì)毅行者的報(bào)名情況、組隊(duì)情況以及繳費(fèi)情況進(jìn)行審核，給出是否通過(guò)的意見(jiàn)。

檢錄簽到及退賽管理：通過(guò)掃描毅行者手機(jī)顯示的二維碼，完成對(duì)應(yīng)的功能，并將毅行者信息、掃碼時(shí)間和地點(diǎn)、操作者信息、當(dāng)前操作的事項(xiàng)等記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

物資及獎(jiǎng)證發(fā)放：通過(guò)掃描毅行者手機(jī)顯示的二維碼，自動(dòng)核對(duì)其信息（包括是否符合條件以及是否已發(fā)等）后完成對(duì)應(yīng)的功能，并記錄相關(guān)信息。

人員交互：包括人員查找、定位、呼叫以及文字交流等功能。

救援管理：接收求助請(qǐng)求（能顯示求助位置），救援方案生成與發(fā)布（相關(guān)人員將收到救援的提示信息），管理救援預(yù)案。

熱力圖與過(guò)程回放：顯示指定時(shí)刻或時(shí)間段的全局或指定區(qū)域的熱力圖或熱力圖變化；顯示主要的統(tǒng)計(jì)信息；回放指定人員的軌跡過(guò)程。

（2）毅行者手機(jī)App功能設(shè)計(jì)

毅行者手機(jī)App功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

報(bào)名登錄：毅行者填寫(xiě)完整的報(bào)名信息，通過(guò)審核后即可登錄，登錄之后確定分組和組隊(duì)情況。

登錄之后可以查看系統(tǒng)發(fā)布的信息，并可以反饋意見(jiàn)；可以下載路線軌跡及資源分布信息，以備脫網(wǎng)時(shí)仍可以在地圖上顯示與查看。在規(guī)定的檢錄點(diǎn)可以通過(guò)顯示本人實(shí)時(shí)生成的二維碼完成簽到、領(lǐng)取物資或獎(jiǎng)證的功能，也可提交退賽的請(qǐng)求。

個(gè)人狀態(tài)顯示功能與傳統(tǒng)的健身運(yùn)動(dòng)App的功能類(lèi)似，能顯示本人的位置、海拔、速度/步速、每公里速度、完成路程/步數(shù)、能量消耗等信息。

人員互動(dòng)功能將在地圖上顯示本隊(duì)人員的圖標(biāo)、名字與位置，點(diǎn)擊本隊(duì)人員的圖標(biāo)即可與之文字互動(dòng)。也可以點(diǎn)擊資源圖上志愿者、現(xiàn)場(chǎng)組織者、醫(yī)護(hù)人員的圖標(biāo)，向其發(fā)起文字互動(dòng)。

當(dāng)遇到緊急情況需要求助時(shí)，可以使用求助功能，系統(tǒng)將通過(guò)救援管理機(jī)制快速響應(yīng)。

熱力圖與過(guò)程回放：顯示當(dāng)前的全局熱力圖情況；回放自己和本隊(duì)指定人員的軌跡過(guò)程。

圖4 毅行者手機(jī)App功能模塊結(jié)構(gòu)圖

1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇MySQL作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。與毅行者用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)表主要包括用戶信息表、用戶注冊(cè)狀態(tài)表、用戶分組表，用戶軌跡表，用戶簽到表，用戶運(yùn)動(dòng)信息表，用戶事件表等；與活動(dòng)相關(guān)的信息表包括：毅行路線表、簽到點(diǎn)表、物資表、人力資源表、資源分配表、通知信息表、活動(dòng)事件表、互動(dòng)信息表等。

用戶信息表是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其具體定義如表1所示。其中，用戶ID是與其他表信息關(guān)聯(lián)的重要字段，而用戶權(quán)限UP決定了該用戶的角色是毅行者、志愿者、組織者還是管理者等。

表1 用戶信息表

2 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 手機(jī)定位功能

移動(dòng)定位技術(shù)就是將獲取到的手機(jī)或移動(dòng)終端的位置信息顯示在移動(dòng)終端的電子地圖上[5-7]。本系統(tǒng)利用百度地圖API提供的定位功能接口[8-9]，通過(guò)調(diào)用百度地圖開(kāi)發(fā)接口實(shí)現(xiàn)手機(jī)的定位功能。

將定位功能與方向傳感器結(jié)合起來(lái)，可以控制定位的圖標(biāo)方向，也即定位圖標(biāo)會(huì)隨著手機(jī)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)有方向定位的目的。方向傳感器可以監(jiān)測(cè)到手機(jī)在X，Y，Z軸方向上的偏移量，但由于手機(jī)一般是在一個(gè)平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以只需要用方向傳感器去實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)X軸方向的偏移量即可。當(dāng)X軸方向的當(dāng)前偏移值與上一次偏移值的絕對(duì)值超過(guò)一個(gè)臨界值時(shí)，就可以判定方向發(fā)生改變。

用戶輸入簽到點(diǎn)即可獲取百里毅行步行路線導(dǎo)航，也可點(diǎn)擊簽到點(diǎn)的標(biāo)志進(jìn)行導(dǎo)航到特定的簽到點(diǎn)。地圖定位及導(dǎo)航界面如圖5、圖6所示。

圖5 地圖定位

圖6 路線導(dǎo)航

使用百度地圖API之前需要到指定的網(wǎng)址http://lbsyun.baidu.com/apiconsole/key申請(qǐng) APIKey密鑰，然后把百度地圖開(kāi)發(fā)jar包復(fù)制到自己的工程app/libs目錄下，配置好后調(diào)用。

手機(jī)設(shè)備大都內(nèi)置了各種功能傳感器，開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)手機(jī)操作系統(tǒng)平臺(tái)提供的統(tǒng)一傳感器硬件抽象層接口來(lái)調(diào)用。下面以方向傳感器的調(diào)用為例說(shuō)明開(kāi)發(fā)方法（計(jì)步器等類(lèi)似）：

private SensorManagermSensorManager;

private SensormSensor;

public MyOrientationListener(Contextcontext)

{this.mContext=context;}

public voidstart()

{mSensorManager=(SensorManager)mContext.

getSystemService(Context.SENSOR_SERVICE);

if(mSensorManager!=null)//獲得傳感器服務(wù)

mSensor=mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE ORIENTATION);//獲得方向傳感器

if(mSensor!=null)

mSensorManager.registerListener(this,mSensor,SensorManager.SENSOR_DELAY UI);//注冊(cè)監(jiān)聽(tīng)器

}

@Override//方向改變判斷

public voidonSensorChanged(SensorEventevent)

{if(event.sensor.getType()==Sensor.TYPE_ORIENTATION)

{float x=event.values[SensorManager.DATA_X];

if(Math.abs(x-lastX)>1.0)

{if(mOnOrientationListener!=null)

mOnOrientationListener.onOrientationChanged(x);}}

lastX=x;}

2.2 實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)圖功能

實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)圖功能以JavaScript開(kāi)發(fā)技術(shù)為主，引入jQuery與Highcharts技術(shù)，實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大且美觀的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)圖表，包括曲線圖、柱狀圖、餅狀圖、散狀點(diǎn)圖、區(qū)域圖和綜合圖表[10-12]。實(shí)現(xiàn)的方法主要有以下兩步。

首先需要配置開(kāi)發(fā)環(huán)境，在HTML頁(yè)面引入jQuery與Highcharts庫(kù)，代碼如下:

然后從數(shù)據(jù)庫(kù)獲取需要的數(shù)據(jù)，加載并設(shè)置數(shù)據(jù)到頁(yè)面，調(diào)用highcharts(json)方法將數(shù)據(jù)傳入，最終實(shí)現(xiàn)Highcharts統(tǒng)計(jì)圖。其核心代碼如下：

var json={};

json.chart=chart;

json.title=title;

json.yAxis=yAxis;

json.tooltip=tooltip;

json.series=series;

json.plotOptions=plotOptions;

$('#container').highcharts(json);

其中一部分的實(shí)現(xiàn)效果如圖7至圖10所示。

圖7 毅行者年齡層次及男女比例分布圖

圖8 毅行者各簽到點(diǎn)人數(shù)及男女比例分布圖

2.3 消息推送功能

消息的推送采用個(gè)推推送技術(shù)實(shí)現(xiàn)[13-15]。首先，手機(jī)App端集成個(gè)推SDK，應(yīng)用服務(wù)器端集成個(gè)推服務(wù)器提供的推送API；然后，系統(tǒng)按照?qǐng)D11所示的順序進(jìn)行消息推送處理。

第一步：手機(jī)App調(diào)用個(gè)推SDK初始化接口，獲取推送標(biāo)識(shí)ClientID（簡(jiǎn)稱(chēng)CID）；

第二步：手機(jī)App將CID上傳到應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行保存。通常需要將該CID與相應(yīng)的用戶ID進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便后續(xù)針對(duì)特定用戶進(jìn)行消息推送；

第三步：應(yīng)用服務(wù)器需要給指定CID的設(shè)備發(fā)送透?jìng)鲾?shù)據(jù)（Payload）時(shí)，調(diào)用個(gè)推服務(wù)器消息推送接口，將消息下發(fā)給相應(yīng)手機(jī)App下的個(gè)推SDK后臺(tái)服務(wù)，進(jìn)而將Payload發(fā)送給手機(jī)App進(jìn)行后續(xù)處理。手機(jī)App可以實(shí)時(shí)接收到后臺(tái)發(fā)送的消息。

圖9 計(jì)步器數(shù)據(jù)顯示

圖10 毅行者平均步速動(dòng)態(tài)走勢(shì)圖

個(gè)推SDK服務(wù)在手機(jī)平臺(tái)上可以長(zhǎng)期后臺(tái)運(yùn)行。由于采用了特殊設(shè)計(jì)的省電省流量技術(shù)，后臺(tái)服務(wù)對(duì)手機(jī)設(shè)備的影響非常小。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時(shí)，個(gè)推SDK服務(wù)處于離線狀態(tài)，待網(wǎng)絡(luò)條件恢復(fù)后，會(huì)立即重連上線，并且重新接收在離線期間服務(wù)端推送的消息。圖12是手機(jī)App接收到的消息列表示意圖。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)全國(guó)越來(lái)越廣泛開(kāi)展的毅行活動(dòng)中缺乏有效的信息化管理與服務(wù)手段的問(wèn)題，以湖南百里毅行活動(dòng)中常見(jiàn)的需求為背景，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以手機(jī)App為主要操作客戶端的應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于成熟的手機(jī)App開(kāi)發(fā)技術(shù)，以百度地圖為支撐，通過(guò)調(diào)用智能手機(jī)傳感器以及集成個(gè)推推送技術(shù)，較好地滿足了設(shè)計(jì)要求。該應(yīng)用系統(tǒng)的功能較為完善，實(shí)現(xiàn)了百里毅行活動(dòng)的全程管理，能較好地提高百里毅行活動(dòng)組織方工作人員的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，輔助毅行者更好地完成百里毅行活動(dòng)以及為活動(dòng)贊助商提供一個(gè)有針對(duì)性的宣傳平臺(tái)。

圖11 個(gè)推推送的處理順序示意圖

圖12 手機(jī)APP接收到的推送消息列表

[1]劉亞秋，吳雙滿，韓大明，等.基于云計(jì)算的手機(jī)智能出租車(chē)呼叫系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2014，40(4):14-18.

[2]嚴(yán)武軍.基于Android校園活動(dòng)App系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2015（28）：70-71.

[3]王勇，李業(yè)芝，王瑛，等.基于工作流和智能手機(jī)的城市綜合管理平臺(tái)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2014,35(12):4390-4394.

[4]李佐彬.Android開(kāi)發(fā)入門(mén)與實(shí)戰(zhàn)體驗(yàn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[5]楊國(guó)林.GPS技術(shù)在導(dǎo)航電子地圖中的應(yīng)用研究[J].科技信息(學(xué)術(shù)版)，2006(3):70-71。

[6]李業(yè)芝，王勇，王瑛.基于GIS和智能手機(jī)的監(jiān)控與應(yīng)急指揮系統(tǒng).計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2014，35（9）：3326-3331.

[7]鄭偉.基于Android的百度地圖車(chē)輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2014.

[8]杜傳明.百度地圖API在小型地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息，2011，34(2):152-153.

[9]張凱，陳峰，杜警.城市公交實(shí)時(shí)位置手機(jī)查詢(xún)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，36(7):1296-1300.

[10]孫更新，賓晟，宮生文.Java程序開(kāi)發(fā)大全[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[11]Richard Monson-Haefel.J2EE Web Services[M].Addison-Wesley Longman Publishing Co.,Inc.,2003.

[12]張俊杰，張海燕，羅銳.基于Android平臺(tái)的移動(dòng)GIS研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2013,34(9):3322-3326.

[13]劉永玲，劉兀，郭克華.一種面向移動(dòng)終端的自適應(yīng)消息推送策略[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2013,35(12):114-119.

[14]姜妮，張宇，趙志軍.基于消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸?shù)耐扑拖到y(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程,2015,41(9):1-6.

[15]王克鋒.基于Android的信息推送管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2012.