基于Android平台的弱势群体监护系统设计与实现

张 平 张新林

（湖南科技学院 计算机与通信工程系，湖南 永州 425100）

1 引言

国务院参事马力在“2010中国人口与发展咨询会”上发表的题为《中国劳动力变动趋势及其判断》报告时指出，我国人口抚养比将在2013年出现拐点。人口抚养比是指总体人口中，非劳动年龄人口数与劳动年龄人口数之比[1]。

中国社科院人口与劳动经济研究所所长蔡昉表示，中国人口红利的最大化时期是抚养比2013年降到最低点之前达到的，并且于2013年之后迅速消失[2]。

最新发布的第六次全国人口普查数据显示[3]，人口抚养比快速攀升，同时家庭呈现小型化趋势，这更进一步加剧了对弱势群体的监护抚养难度。老人出走，小孩失踪之类的消息常见诸各大媒体平台，如何制定切实有效的方案，及时监控弱势群体行踪，关键时刻为其提供求救平台以降低搜救难度，显得现实而迫切。

本课题就是在这样的背景形势下提出的。弱势群体，这里既包括非劳动年龄人口（如老人，小孩），也包括劳动年龄中伤残等劳动能力缺失人员。

2 系统结构

本弱势群体救助管理系统整体框架结构如图1所示，分为基本版本和增强版本。

基本版由一个主控端和一个或者多个受监护端组成。主控端由监护人持有，负责接收求救信息，解释信息后，在地图上标注求助人员的当前位置。

受监护端，由弱势群体用户持有，配备GPS模块和通信模块，及时采集当前准确坐标信息，并依照设置，或周期性自动发送，或用户主动按求助按钮自助发送，用户坐标信息被发往主控端，以便主控端及时作出相应处理。

增强版本在基本版本的配置之外，还包括一个专门的救助管理中心。该中心平台可对辖区内所有配备受监护端软件的弱势群体进行监控，并在警戒条件触发（如某用户脱离其对应的预设安全区域）或者收到求助信息时，及时根据需要与图中的其他三方一个或者多个取得联系，进行妥善处理。

限于篇幅，本文仅对基本版本的相关成果进行介绍。增强版本核心算法与关键技术同基本版本大体上保持一致，以方便版本间的切换与兼容。

3 系统模块的实现

本系统基本版本主要包括受监护端和主控端两部分，分别由受监护对象（如弱势群体）和监护人持有。

3.1 受监护端核心算法如下：

Step1：受监护端获取到新的GPS数据

对于GPS数据采集动作，可由位置变化量、时间变化量两个参数进行组合来控制采集时机。

Step2：评估GPS数据质量

分别从时效性、精度级别、来源可信度等层面对GPS数据质量进行评价。

限于篇幅，这里对质量评估算法不做展开，相关内容笔者将在其他论文中论述。

Step3：用最新评估合格的GPS数据更新当前位置坐标

Step4：检查当前位置是否处于安全区域之内

安全区域定义为受控终端与预先设置的住所位置间直线距离少于设定值。

Step5：对于下列情形之一，将进入位置信息发送环节。

A、跨离安全区域之时

B、处在安全区域之外，且离最近汇报时间点时差达到汇报周期要求。

C、受监护端用户单击按钮发送求助信息

D、主控端用户主动查询受监护端坐标信息

Step6：发送最新的有效位置信息到主控端数据发送之前进行编码、加密等操作。

3.2 主控端核心算法：

主控端核心逻辑较为简单，主要完成数据的解密解码、地图标注以及人性化提醒等任务，具体过程如下所示。

为提升用户体验、减少手持设备的计算量以提高续航时间，主控端软件采用底层服务的方式予以实现。软件安装过程中，将对系统底层进行适当配置修改，故而用户无需预先启动本软件，一旦接收到求助信息，系统将自动加载相关模块完成后续处理工作。

3.3 主控端与受监护端的通信

主控端和受监护端之间通信问题包括数据编码、数据安全、数据传输等方面内容。

3.3.1 数据编码

编码格式：

力控末端执行器的传感器一般安装于恒力补偿作动部件与工具头之间，其检测反馈信号为恒力补偿作动部件与工具头之间的相互作用力，而非工具头与工件之间的相互作用力，这两者存在一定的差值，并主要受工具头和动力部件重力和惯性力的影响。因此，为提高工具头与工件间作用力的控制精度和响应速度，一方面应研发具有高功率质量比的动力部件，减小运动部件的质量，另一方面应开展工具头和动力部件的重力和惯性力补偿技术研究，其中包括利用多轴加速度计或陀螺仪等反馈信号解算力控末端执行器的姿态和质量力的补偿算法等关键技术。

XXBeginXX，标志位，时间，经度，维度，XXEndXX

其中，时间为GPS模块获取数据时，包含在数据中的时间，这里我们使用UTC时间参与编码。经度维度信息采用十进制表示方式。

例如，笔者某次测试时生成的数据如下：

XXBeginXX, 00, 1321660800000, 111.60873005, 26.22377883,XXEndXX

3.3.2 数据安全

位置数据在公共网络上采用明文传输，安全问题必然无法保证。在具体实现时，在进入各运营商网络之前，先对编码后的数据，进行加密操作；接收端对接收到的数据先行解密，然后解码。加密解密相关技术已非常成熟，这里不做展开。

3.3.3 数据传输

基于成本因素和实现难度等考虑，本项目我们舍弃2.5G、3G等数据业务，直接采用短信方式（SMS：ShortMessagingService短消息服务）进行信息传递[4]。

对于手持移动终端的应用，续航能力是评价实用性的重要标准。因为SMS是基本的功能，待机状态时并不增加额外功耗，因而并不降低移动终端原有的续航能力。

4 功能测试

为验证本方案的可行性和有效性，我们分别在Android、WinMobile等多个平台对该方案进行了实现。限于篇幅，本文仅对Android平台下的效果进行展示。

4.1 测试平台

测试在三台Android智能手机上进行，详细参数如下表所示：

?

4.2 测试效果

本项目主控端和受监护端，主界面分别如图2和图3所示。本项目开发过程中使用了谷歌地图和百度地图[5,6]。目前这两家公司都已经向开发人员提供API接口，在此表示感谢。

1、本机参数设置

系统首次使用需要输入注册码，并进行必要的参数设置。

点击“菜单”（位于硬键盘上）➜“设置”，进入设置界面，该界面可以设置主控端的手机号码和家庭住所的GPS坐标信息（进入“设置”界面后自动获取当前坐标，由用户决定保存（/更新）与否）。前者用以发送求助信息，后者可在弱势群体使用者迷路自助回家提供导航信息。

图4为受监护端的参数设置界面，我们将家庭住所的坐标参数设置为“湖南科技学院公交车站”的坐标。主控端界面基本类似。其他，如汇报周期、汇报模式、安全区域半径等参数存在默认值，用户也可在相关界面中进行更改。

2、远程参数设置

主控端可发送指令，主动对受监护端进行参数设置、位置查询等操作。基于安全考虑，受监护端在接受到此类信息后，需要进行身份认证，验证指令的来源。

3、查询受监护人位置

主控端用户点击“终端位置查询”按钮，位置查询指令将发送到受监护人手机。受监护软件接收到指令后，将采集本机当前坐标信息，编码后发送主控端。主控端监听该回复信息，完成信息解码、震动提醒、地图标注等相关工作。

图5中显示，进行此项测试时，受监护端用户所处的位置是“黄古山路口”。

若主控端手机也具备 GPS功能，则进行一定设置后，系统将会自动为主控端用户提供导航功能。如图 6，系统给出了主控端用户当前位置到被控端用户当前位置的路线提示。

4、受监护人紧急求助

受监护端用户单击“发送求助信息”，可以将自身的坐标信息发送给主控端手机。

为提升用户体验，软件安装过程中，已对系统底层进行必要设置。故而主控端无需事先打开本软件，一旦接受到求助信息，本软件相关模板会自动加载，完成信息解码、震动提醒、地图标注等相关工作。

此项功能，主控端接收消息，进行地图标注的效果，与第2项“查询受监护人位置”时完全相同，如图5、图6所示。

5、受监护端其他功能

（1）自助查看自身所处位置

受监护端用户单击“我现在在哪里”按钮，可使用地图方式自助查看自身所处位置。适合于弱势群体使用者意识较为清醒时使用，以便对自身所处位置有一个正确认识。

如图5，受监护端用户进行此项测试时，所处的位置是“黄古山路口”。

（2）自助导航回家

受监护端用户单击“请指引我回家”按钮，可使用地图方式自助查看回家的导航线路。适合于弱势群体使用者意识较为清醒时使用，系统会自动生成指导用户回家的建议线路，以指引用户自主寻找回家路线。

如图6，系统自动提供了“黄古山路口”到“湖南科技学院公交车站”的路线建议。

（3）拨打求助电话

受监护端用户单击“拨打求助电话”，可电话呼叫主控端号码或其它预设号码。

发送求助信息后，也许主控端手机关机或者没带在身边。这时需要通过电话进行联系，一旦呼叫无应答、用户关机等情况出现，该呼叫将自动变更为呼叫公共求助电话或者其他备用号码（这里设置为110）。

5 结束语

随着中国进入老龄化社会，对弱势群体的及时监护救助显得十分迫切。本课题所采用方案，实际测试过程中取得了良好的效果。系统分解成基本版本和增强版本，可满足不同规模层次的应用场合。方案采用纯软件方式实现，可方便地部署到现有智能手机平台，无需额外的硬件投入。

限于篇幅，本文仅对基本版本进行了介绍说明。各大运营商目前都主推千元以下智能手机，智能手机普及率大为提高，这必将增大本系统的市场接受程度。对于大规模应用，可以专门定制简易版移动终端，因为只需要SMS、GPS功能，硬件成本也极为低廉。

[1]中国人口抚养比将出现拐点[J].法制与社会,2010,(13): 5-5.

[2]中华人民共和国国家统计局.2010年第六次全国人口普查主要数据公报[R].2011-4-28.

[3]蔡昉.中国的人口红利还能持续多久[J].经济学动态,2011(6):3-7.

[4]ETSI(European Telecommunications Standards Institute).Technical Realization of the Short Message Service[S].1992.

[5]Google.Google Maps API Document[Z].2010.

[6]Baidu.Baidu Maps API Document[Z].2010.