基于GPS和iBeacon的智能校园信息发布平台设计与实现

贾庆瑞++宋丽红++董静

摘要：基于GPS和iBeacon实现智能校园信息发布平台。学生持手机进入校园后，服务器会实时获取学生的位置信息，向学生推送校园内各区域信息。新生入学，服务器发送报到流程中各位置的信息，新生到达指定位置时，推送帮助消息，提高了报到效率，节省了大量人力和时间。

关键词：iBeacon；Android系统；PHP；位置服务

DOIDOI：10.11907/rjdk.161562

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文

章编号：16727800（2016）009006903

基金项目基金项目：2015年地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目（201510070005）

作者简介作者简介：宋丽红（1975-），女，天津人，博士，天津财经大学理工学院副教授，研究方向为软件工程、智能信息系统；董静（1975-），女，天津人，博士，天津财经大学理工学院讲师，研究方向为软件工程。

0引言

很多高校发布信息时大多还是公告板、电话或者群发，学生由于不能及时获取信息而错过活动。信息收发途径是否便捷、及时，以及受众面的大小直接决定了信息的广泛性和时效性。新生报到时，大多数学校还是由学生和教师组成志愿者队伍进行引导和服务，付出很大的精力和时间但效率不高，研究适合校园的高效可靠低成本智能信息发布平台迫在眉睫。

“你在哪里？你身边有什么资源？”由美国学者Schilit在1994年首次提出，即基于位置服务LBS（Location Based Services）。本文根据学生位置推送与该位置相关的信息，学生也可以主动获取信息，设计并实现了基于GPS和iBeacon的校园信息发布系统，

1系统设计

1.1系统功能设计

本系统基于学生位置，推送各类信息，如学术活动、社团活动、图书馆新书信息、食堂优惠信息等；新生进入校园，系统推送报到流程，新生到达指定区域时推送报到导航信息，取代了人工导引的繁琐工作。

系统功能：①具有良好的人机交互界面，符合用户使用习惯，便于推广；②定位学生位置，根据位置推送相关信息；③记录某一时刻进入某区域的人数，方便管理监控；④学生可主动获取信息。系统分组管理学生，向学生群组及时发布信息。

系统结合GPS和蓝牙技术获取位置信息，以主动推送信息和学生端主动获取信息为功能主线，实现校园低成本便捷信息发布平台，有效提高效率。

1.2定位技术

校园内定位技术分为室外和室内定位技术。

1.2.1室外定位技术

目前主流的室外定位技术是全球定位系统GPS[1]。GPS是美国国防部所属陆海空三军于上世纪70年代开始联合研制，以卫星为基础的无线电三维导航系统。在应用基础研究、应用领域开拓、硬件和软件开发等方面都得到蓬勃发展。GPS和地图应用相结合，可以很好地解决校园室外定位问题[2]。

1.2.2室内定位技术

近年来，国内外学者致力于解决室外导航定位“最后一公里”瓶颈问题[3]，涌现出大量相对成熟的室内定位技术，包括伪卫星技术、辅助全球卫星定位系统、超宽带技术、WiFi定位技术、蓝牙定位技术、射频识别技术、地磁定位技术等。经过对比研究，选择适合校园室内移动用户的蓝牙定位技术。

相比于WiFi，蓝牙信息发射器iBeacon成本很低，易于部署，定位准确，在校园的食堂，报告厅、教室等区域部署iBeacon非常方便。系统架构如图1所示。

2系统设计与实现

2.1系统设计

如图2所示，系统由基于GPS定位iBeacon感应及信息推送系统组成，其工作流程如下：

（1）触发。①当学生在校园室外活动时，基于GPS调用百度地图实现定位；②当学生接近或进入教学楼、图书馆、食堂等相对封闭的区域，进入iBeacon基站覆盖范围时，系统会接收基站的相关信息。

（2）服务器解析。APP在接收到GPS位置信息或iBeacon基站信息后，将位置和基站信息打包，通过WiFi或数据网络发送给Web服务程序。

（3）消息推送。对APP发送的信息解析，确定学生的位置，检索该区域消息，推送到学生手机。

2.2系统实现

2.2.1基于GPS的百度地图定位

（1）申请秘钥。百度地图接口API需要申请开发者密钥，将申请到的密钥放到Android项目的配置文件中[17]。

（2）环境配置。声明百度定位所需要的主要权限，包括访问互联网、网络定位、GPS定位、读取手机当前状态等，写入扩展存储卡权限，用以写入离线定位数据。

（3）实现过程。应用百度的定位功能核心类LocationClient类完成定位[5]。LocationClient对象的创建需要在线程中完成，以应用程序上下文getApplicationConext作为参数，全局有效。根据校园定位要求，将定位模式设置为高精度模式。根据设计，设定发起定位请求的时间间隔。

发出定位请求后，百度服务器异步返回定位结果，回调预先指定的监听函数。在回调函数中，将获取的位置信息记录下来，存到本机SQLite数据库，判断位置是否发生变化，将变化的位置信息提交给服务器。

2.2.2搜索iBeacon设备

（1）权限设置。声明使用蓝牙BLUETOOTH权限：

声明扫描设备或者操作蓝牙BLUETOOTH_ADMIN权限：

指定设备支持BLE，声明uses-feature：

required为true，则应用只能在支持BLE的Android设备上安装运行；required为false，Android设备均可正常安装运行，需要运行时判断设备是否支持BLE feature。[4]

if （！getPackageManager（）.hasSystemFeature（PackageManager.FEATURE_BLUETOOTH_LE））{

finish（）；

}

（2）启动蓝牙。获取BluetoothAdapter：

BluetoothAdapter是Android系统中所有蓝牙操作都需要的，它对应本地Android设备的蓝牙模块，这里通过使用getSystemService获取BluetoothManager，再通过BluetoothManager获取BluetoothAdapter，BluetoothManager在Android4.3以上支持（API level 18）获取[16]。 final BluetoothManager bluetoothManager =

（BluetoothManager） getSystemService（Context.BLUETOOTH_SERVICE）；

mBluetoothAdapter = bluetoothManager.getAdapter（）；

判断是否支持蓝牙，并打开蓝牙：

获取到BluetoothAdapter之后，还需要判断是否支持蓝牙，以及蓝牙是否打开[6]。如果没打开则要让用户打开蓝牙：

private BluetoothAdapter mBluetoothAdapter；

if （mBluetoothAdapter == null || ！mBluetoothAdapter.isEnabled（）） {

Intent enableBtIntent = newIntent（BluetoothAdapter.ACTION_REQUEST_ENABLE）；

startActivityForResult（enableBtIntent， REQUEST_ENABLE_BT）；

}

（3）搜索BLE设备。通过调用BluetoothAdapter的startLeScan（）搜索BLE设备。调用此方法时需要传入BluetoothAdapter.LeScanCallback参数。

需要实现BluetoothAdapter.LeScanCallback接口，BLE设备的搜索结果将通过回调函数返回。

为减少搜索时的功耗，找到对应设备后立即停止扫描；为每次搜索设置了适合的时间限制，避免循环搜索，避免消耗电量。

系统设定10秒后停止扫描：

mHandler.postDelayed（new Runnable（） {

public void run（） {

mScanning = false； mBluetoothAdapter.stopLeScan（mLeScanCallback）； }

}， 100000）；

mScanning = true； mBluetoothAdapter.startLeScan（mLeScanCallback）；

设定回调接口，编写回调函数调用网络服务。

Private BluetoothAdapter.LeScanCallback mLeScanCallback =new BluetoothAdapter.LeScanCallback（） {

@Override

public void onLeScan（final BluetoothDevice device， int rssi， byte[] scanRecord） {

final iBeacon iBeacon =iBeaconClass.fromScanData（device，rssi，scanRecord）；

runOnUiThread（new Runnable（） {

@Override

public void run（） {

SendToServer（iBeacon ）；

}

}）；

}

}；

2.2.3服务器端位置解析及消息推送

手机客户端和服务器远程数据交换，采用XML数据格式[67]。XML已经被业界广泛的使用[15]，在编码的可读性及编码的手写难度上更加简单，在服务器端和Android端都可以解析。

消息推送机制采用MQTT协议。MQTT协议简单，最小的头部只需2个字节，特别适合于嵌入式，很多企业都使用MQTT作为Android手机客户端与服务器端推送消息的协议[89]。

当地理位置发生变化或扫描到新的iBeacon时，Android端将百度地图位置信息或iBeacon的UUID进行XML格式序列化，通过HTTP请求发送到服务器。服务器解析，根据位置或iBeacon的UUID查询位置信息，数据层根据用户ID、位置ID及时间等，查询当前位置今日没有发送给用户的信息，将其封装成XML，推送回手机，手机端以列表方式显示。

发送请求时，调用Android Asynchronous Http Client一个回调式的Android网络请求库。使用它的原因在于：操作简便，能异步发送HTTP请求，在回调函数中处理HTTP请求过程，线程池管理并发送，支持GET/POST请求，针对不同的网络连接对重试次数进行智能优化等。

public static void getNewsList（int

uuid，AsyncHttpResponseHandler handler） {

RequestParams params =

new RequestParams（）；

params.put（"uuid"，uuid）；

ApiHttpClient.get（"action/api/news_list"， params， handler）；

}

服务器端推送消息采用php语言，实现过程如下：

引入指定文件

require（SAM/php_sam.php）；

创建一个新的连接对象：

$conn = new SAMConnection（）；

初始化连接对象：

$conn->connect（SAM_MQTT， array（SAM_HOST => 127.0.0.1， SAM_PORT => 1883））；

创造一个新的shell命令输出MQTT消息体：

$msgCpu = new SAMMessage（“数据”）；

发送消息：

$conn->send（topic：//.$_REQUEST[target]， $msgCpu）；

断开连接：

$conn->disconnect（）；

2.3移动终端主动请求数据

数据库部署在服务器上，学生可以主动查询信息。

在移动终端进行数据请求时，首先通过HttpURLConnection方式向服务器url发送HttpPost请求[1213]，在服务器端接受请求并执行数据查询后，将查询结果封装为XML格式的数据并返回给客户端。客户端接受到XML后，解析XML中的数据信息，并在界面上将其以列表方式输出。

2.4新生报到校园导航

新生报到时，用户以账号登录后，百度地图导航信息监测到新生进入校园，服务器将带有报到信息的校园地图发送到学生手机，随学生位置的变化，将报到点的信息及时发送到手机，实现结果如图4所示。

3结语

本文基于GPS和iBeacon实现了智能校园信息发布平台解决方案，应用Java和PHP实现了系统功能。

本研究成果可推广到基于位置服务有需求的场所，如大型厂区、会展中心、大型购物中心、景点等，可以方便管理人员控制区域内进出人数，提供预警信息，防止出现拥挤甚至踩踏事件。方便用户通过手机了解区域内的各类信息，如景点介绍、展厅内促销信息等，提供了良好的用户体验，有很好的实用性和应用前景。

参考文献参考文献：

[1]马守瑞.GPS技术的发展及应用现状[J].华北国土资源，2012（4）：142143.

[2]孟祥锐，费龙，程彬.GPS技术在手机中的应用浅析[J].长春师范学院学报：自然科学版，2008（6）：7578.

[3]杨立荣.基于ZigBee的室内定位算法研究及优化[D].济南：山东大学，2014.

[4]SAVAGE F MORGAN.Android4.3 蓝牙BLE初步[EB/OL].http：//www.cnblogs.com/savagemorgan/p/3722657.html.

[5]百度开发者.Androidlocsdk/guide/v50 Wiki [EB/OL].http：//developer.baidu.com/map/wiki/index.php？title=androidlocsdk/guide/v50.

[6]徐丽仙.Eclipse开发环境中Android应用程序获取蓝牙设备过程研究与实现[J].扬州职业大学学报， 2014（4）：3133.

[7]梁书婷.基于Android平台的远程桌面控制系统的设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

[8]黄河清，陈文.Android平台消息推送服务的实现[J].电脑编程技巧与维护， 2014（18）：5355.

[9]姜妮，张宇，赵志军.基于消息队列遥测传输的推送系统[J].计算机工程，2015（9）：5355.

[10]陆奕帆，郭晓金，陈沉，等.基于Android的露营信息系统设计与实现[J].电视技术，2015（14）：99102.

[11]陈静涵， 邢健， 殷旭东.Android智能导游应用开发技术研究[J].无线互联科技，2015（7）：6164.

[12]陈燕， 刘至洋， 杨雪君.基于Android平台的博客客户端设计与实现[J].才智，2013（5）：281282.

[13]乌铮.基于Android平台的手游社交应用客户端的设计与实现 [D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.

[14]李宗骍.基于RSSI和地磁场特征融合的室内定位算法设计与研究[D].南京：南京理工大学，2015.

[15]王海波，耿晖，姜吉发，等.基于XML的数据交换的实现[J].计算机应用， 2001（4）：6768.

[16]李黎国，张辉，程号.基于Android健康服务终端蓝牙传输软件的设计[J].电子科技， 2012（5）：115118.

[17]李骁.百度地图API在Android中的配置和应用[J].计算机光盘软件与应用，2015（2）：3738.

责任编辑（责任编辑：杜能钢）