基于智能手机客户端与服务器的儿童定位追踪系统设计

张艳红，刘建炜

(福建幼儿师范高等专科学校 人文科学系，福建 福州 350013)

由于受生理和心理发展条件的限制，儿童无法判断潜在的危险，自我保护能力不足，被拐、被骗等丢失及误入危险区域死亡的事件时有发生[1].儿童作为弱势社会群体，保障其安全，不仅要从法律、制度上提供基本保障，也需要利用先进技术手段和设备来监护儿童的安全.利用设备和技术手段帮助儿童监护者实时了解儿童位置，对降低儿童被拐骗等类似事件的发生可起到很大的帮助.通讯技术、定位技术、地理信息技术与计算机技术的发展，为基于位置服务的儿童监护提供了技术保障[2-5].近年来，智能手机越来越普及，开发基于智能手机的儿童定位追踪的监护系统，只要在儿童端和监护者端的智能手机安装相应的应用程序，企业、机构或者政府架设服务器，提供基于位置的服务，家庭不需要增加额外的设备，即可满足对儿童的基于位置服务的监护功能.本文阐述这种基于智能手机客户端与服务器的儿童定位追踪系统的总体设计，以及各个部分的组成与需要实现的功能，并探讨该模式的系统应用方式与存在的主要问题.

1 系统总体设计

该模式的儿童定位追踪系统由儿童与监护者智能手机客户端和提供位置服务的服务器构成，整个系统的物理架构如图1所示.儿童端智能手机的软硬件实现儿童位置的实时测定，并通过通讯网络传输到服务器；服务器负责存储和管理被监护对象的位置与轨迹信息、提供基于地图的位置服务、负责用户的管理、儿童监护功能的实现；监护者端的智能手机或平板电脑通过安装客户端监护程序，利用客户端程序查看儿童的实时位置、历史轨迹，并可对监护功能进行设置.

图1 系统物理架构

2 客户端

2.1 儿童客户端

(1)硬件设备.作为儿童端的智能手机，除了具备移动数据通讯模块外，还需要具备基本的定位模块GPS(Global Position System)或AGPS(Assisted GPS)等.此外，如果具备WiFi(Wireless Fidelity)模块和用于惯性测量的微型机械传感器(磁力计、陀螺仪、加速度计等)，采用混合定位的方式，可进一步提高定位的速度、精度和环境的适应性[6].

(2)儿童端智能手机应用软件.儿童端应用软件由后台服务程序及图形用户界面程序两大模块构成，各模块相应子功能如图2所示.在智能手机开机时自动启动后台服务，启动定位、系统运行监测、定位结果发送和短信监听功能，并将实时定位结果通过数据通讯传输到指定的服务器.图形用户界面子系统部分，可由操作者根据需要启动和关闭.

后台服务中的定位软件模块主要根据客户端的硬件配置选择定位方式并获取最优定位结果.软件模块首先启动卫星导航定位模块进行定位，如果较长时间无法接收到卫星信号则采用通讯基站进行定位，获得较粗的定位结果.如果具备WiFi模块，还可以将WiFi的定位信息发送到定位服务器，由定位服务器返回定位结果.在存在多种定位方法进行定位时，该软件模块将获得一个最优结果；系统运行监测子模块负责监测客户端后台服务的运行状况及客户端设备传感器的启用情况，如果发现所需传感器和服务被关闭，监测模块将调用指令生成与执行模块，开启相应的传感器和后台服务；短信监听与解析模块可实现由监护者发送短信到儿童手机，对儿童手机系统进行设置和获取儿童手机当前位置的功能.模块负责对接收到的短信进行判断，首先判断是否是监护者发送来的短信，如果是则启动短信解析功能，解析短信的请求与相关参数，调用指令生成与执行模块进行参数设置或者进行定位并将结果发送到监护者.

图2 儿童端应用程序功能

图形用户界面子系统主要包括的功能如图2所示，其中查看自身位置与一键导航功能需要导航地图服务，该服务可以采用百度、谷歌或者高德等企业提供的公众电子地图服务，并利用其提供的SDK(Software Development kits)进行开发[7-8]；系统参数设置主要包括服务器地址、监护者手机号码、定位频率、一键短信的短信内容和一键导航的目的地等设置.

2.2 监护者客户端

(1)硬件设备.作为监护者客户端的智能手机，除了具备移动数据通讯模块外，如果具备WiFi模块可通过其接入网络，提高数据的访问速度.一般智能手机都具备这些基本硬件配置，只需在其中安装监护者客户端应用软件，并进行注册与适当的设置即可实现对儿童的实时监护.

(2)监护者客户端智能手机应用软件.监护者客户端应用软件通过网络连接到服务器，获取服务器上儿童的实时位置及历史轨迹数据，在应用程序的地图界面显示实时位置与轨迹信息.其具体功能如图3所示.

监护者客户端应用程序需要实现的最主要功能为位置追踪、轨迹回放与地理围栏设置.位置追踪可以显示儿童的实时位置与轨迹；轨迹回放可以选择一个历史时间段，显示这段时间内的儿童活动轨迹，方便发现儿童的活动规律与异常行为；地理围栏通过设置一些多边形区域，将其上传存储到服务器，如果儿童的位置超出或者进入这些区域(地理围栏可以设置为两种类型，一种为禁区，防止儿童靠近的地区，另一种为活动区，即儿童的正常活动范围)，服务器会给监护者的手机发送预警短信或者向监护者客户端软件发送信息，启动提示功能.软件其他的一些常规功能有地图操作(移动地图、放大缩小地图)、系统设置(声音提示、震动提示、是否接受推送消息、定位频率)与信息注册(注册监护者信息、添加儿童端设备)等.

图3 监护者客户端应用程序功能

3 服务器

根据功能的不同，服务器可细分为Web服务器、DB服务器、定位服务器与GIS(Geographical Information System)服务器等.服务器端的体系结构如图4所示，通过服务器端的LBS(Location Base Services)应用提供基于位置的服务，可以存储、管理、显示地图及儿童端的位置与轨迹，并具备账户权限管理功能，管理监护者查看儿童端实时位置与轨迹的相关权限；通过LBS接口，儿童端应用可以将定位数据实时传输到服务器端进行存储，监护者端的应用可以调用服务器端的数据与服务，在监护者客户端手机上实时显示基于地图的儿童位置与历史轨迹.

图4 服务器端体系结构

4 总结与展望

基于客户端服务器模式的儿童定位追踪系统中，儿童端定位系统的精度与环境适应性是很重要的一个性能指标，直接影响整个系统的最终性能，由于目前的各种移动定位系统各有其使用的最佳环境，难有一种定位技术可以适应儿童活动室内外交替进行的情形，建议采用混合定位的技术，如采用GPS与移动通讯网络、WiFi、惯性导航中的一种或者几种进行组合定位，提高定位结果的可靠性.服务器可以由政府或企业进行构建，并开发相应的服务器端应用，建议国家或地方政府进行投资建设，免费提供给广大家庭使用，这也有利于监护者与被监护者的信息不被泄露或非法使用.

基于位置的儿童定位与追踪系统可以让监护者实时了解儿童的位置，并分析儿童的历史活动规律，对于预防儿童丢失、协助寻找丢失儿童及分析儿童的行为特征可以起到辅助的作用.

参考文献：

[1]璐张.儿童安全问题及专业社会工作者的介入[J].经济视角,2013(12):205-206.

[2]郑宗苗,王国明.基于移动定位的云平台方案的研究与实现[J].计算机与现代化,2013(04):180-183,205.

[3]邬群勇,张爱国,许其凤,等.GPS移动定位与移动网络定位精度的分析[J].全球定位系统,2010(05):33-37,53.

[4]张凡,陈典铖,杨杰.基于移动定位技术的关爱业务研发[J].移动通信,2013(19):81-85.

[5]LIU J,CHEN R,PEI L,et al.A Hybrid Smartphone Indoor Positioning Solution for Mobile LBS [J].Sensors,2012,12(12):17208-17233.

[6]刘兴川,吴振锋,林孝康.基于自适应加权算法的WLAN/MARG/GPS组合定位系统[J].清华大学学报(自然科学版),2013,53(07):955-960.

[7]袁冠远,罗林,刘生建.C/S架构应用程序集成百度地图方案研究[J].软件导刊,2014,13(1):39-42.

[8]周宇林,付忠良.基于Google地图API的空间信息发布[J].计算机应用,2011,31(5):1450-1452.