基于物联网的智能校园导航系统的设计与实现

刘 红，饶 超，龚黄兵,叶世平，朱 玲

(上海电机学院 电子信息学院，上海 201306)

基于物联网的智能校园导航系统的设计与实现

刘 红，饶 超，龚黄兵,叶世平，朱 玲

(上海电机学院 电子信息学院，上海 201306)

利用带有全球定位系统功能的手机，结合软件技术和地理信息系统技术，以小型化的数据库系统作为后台支持，研究实现了基于物联网的智能校园导航系统。系统通过对校园内的建筑信息用二维QR码进行标注，并用Android系统的智能手机对相应的QR码进行扫描，来获得建筑的地理位置、历史、功能等相关信息，以实现对校园的智能导航和推介工作。

校园导航系统； 物联网； Android； 二维码； 地理信息系统

目前，我国各大高校为满足发展的需要，大多建立了新校区。对于偌大的大学校园，建立一个智能校园导航系统，在每年新生入学、校庆或节假日等场合，将会对初入校园的人员起到很好的宣传和指引作用。现代人更依赖电子产品和网络，智能校园导航系统的实现无疑是学校推广自己的一个更好的平台。一个优秀的校园导航系统对于学校对外宣传和有序化管理都有着深远意义[1-3]。

目前，校园智能导游产品大多位置固定，信息单一，有的甚至使用固定设备来播报介绍，这在到访人员多的情况下不太适用。本文研究的校园智能导航系统，硬件使用带有GPS功能的Android手机，同时借鉴了现有的导游系统，如清华导游、北大导游、江科大导游等软件[4-6]的一些功能，使用物联网的二维码技术将校园各建筑物的基本信息与坐标位置、历史、杰出校友等信息对应链接[7-12]，并在后端链接语音、视频、图片等详细的信息，这样通过手机扫码就可以方便地访问。本文设计的基于Android手机的校园导航系统以上海电机学院为实验案例，系统简洁、实用，能给初入校园的人员带来极大的方便，具有实际应用价值。

1 系统功能

系统实现的主要功能包括校园简介(校园概况、院系设置、师资力量、公共服务)、校园导航、学校周边景点介绍、公共服务等，并实现语音播报。实现的系统功能结构图，如图1所示。

图1 系统功能图Fig.1 System function diagram

本文设计的基于物联网的智能校园导航系统主要实现如下功能。

(1) 校内建筑物介绍。建立校内建筑物的二维码数据库，使每个建筑物对应一个二维码。该二维码链接后台建立的数据库，通过扫描该二维码即可获得该建筑物的大致方位、行政功能、历届校友名人等信息，可极大地方便在校学生办理相关业务等。

(2) 校内导航。通过对校内建筑物二维码的扫描，用户能快捷地取得该建筑物相应的位置信息，如建筑物名称、所处道路的名称等，也可以查询或选择要去的目的地路线。

(3) 学校周边情况介绍。介绍学校周边的生活环境，主要包括餐饮和住宿情况，还可以对学校周边的餐饮与景点信息等提供介绍和快捷链接。

2 系统设计

2.1 系统架构

本文研究的校园智能导航系统硬件使用带有GPS功能的智能手机。系统采用手机定位技术、移动通信技术和二维码技术，结合网络上的地理信息系统(Geographic Information System, GIS)云架构，以ArcGIS Online为服务器端平台链接服务器，进行客户端程序的开发，并利用GIS制作学校以及周边环境的图层；然后，结合二维码技术，将每个建筑物用二维码进行标识，利用Android手机的扫码功能，实现校园智能导航和特色介绍[13-16]。系统开发的校园导航系统有Android手机客户端、传输线路、服务器端3个部分组成。整体系统开发结构顺序如图2所示。

图2 系统开发流程图Fig.2 Flow chart of system development

2.2 数据库设计

本文运用SQL Sever2014数据库软件设计的系统数据库需满足以下条件：

(1) 用户扫描二维码获取校园建筑物二维码链接后从数据库中获得所要查询的建筑物信息，包括该建筑物的名称、功能介绍、图片等。表1给出了建筑物信息的数据结构表。

表1 建筑物信息的数据结构表

(2) 用户导航时需获得出发地和目的地的经、纬度位置，并对建筑物的经、纬度范围做限定。表2给出了建筑物位置的经、纬度数据结构表。

表2 建筑物的经、纬度数据结构表

本文数据库系统采用用户名+口令方式登录，用户名的权限为只能进行基本的增、删、改、查数据的功能[15]。

2.3 二维码与GIS、GPS结合的方案

GIS是一种空间上的信息系统，需要计算机硬件和软件的支持，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述[7-8]。GIS有5个核心内容：位置、条件、变化趋势、模式和模型。GIS与手机二维码联合使用可以实现定位导航。

本文中将二维码作为一种被赋予空间位置属性的标识，这样其所携带的信息是每个建筑物的位置信息，即每个建筑物拥有一个属于自己的二维码。通过智能手机的GIS服务与二维码所携带的建筑物信息相联合，手机用户就可以在校园地图中获取自己当前的位置信息。带有GPS功能的智能手机进行查询是通过移动客户端触发查询事件；然后，客户端通过网络通信，向服务器发送Get或Post类型的请求；服务器获知请求后，读取数据并生成动态的xml数据格式，传送回客户端。客户端接收服务器传回的xml数据并对其进行解析，将解析结果存放至数据库中，或以文字、图形的形式表现。通过定位和导航，辅助二维码到链接，用户扫码二维码就可以直接通过校园内推送的负载信息，在校园中根据提示牌或其他指示信息找到校园中的小目的地。

3 系统实现

3.1 电子地图精确定位实现

本文设计在Android手机上可进行电子地图浏览。系统利用Mapinfo7.0软件制作了上海电机学院电子地图。为使GPS定位与电子地图的坐标相匹配，确保定位的精确性，在制作电子地图时重点考虑了地图地理坐标的转换。其中，电子地图数据使用矢量结构，保证在地图缩放显示时，原图的各部分都能成比例缩放。

电子地图使用类似HTML map标签功能的Android组件Android Image Map：先用资源文件创建一个Bitmap对象，并加载一个自定义的视图View；然后，将视图View加入到Image Map标签中，其中，利用视图View设计了图片外边框、校徽位置、TXT文本位置；利用位置更改函数showPostion()，用圆点将查询的目标地点标识在地图上，并与bubble绑定来指定校园地理位置。

3.2 系统实现

实时地图数据依赖百度地图API，百度地图与校园地图链接需要完成以下步骤：

(1) 申请百度开发者账号。本文申请的API账号与手机上的百度APP绑定。

(2) 下载相应的软件开发工具包(Software Development Kit，SDK)，将定位应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)从Android SDK中剥离出来，单独下载。

(3) 在开发环境中添加下载的类库，将SO库文件复制到libsarmeabi目录下。

(4) 将地图类应用通过网络交互数据，并在AndroidManifest．xml文件中申明获取访问网络等的权限。

主控校园基站对进入校园的手机发送推送信息(推送信息中可以链接校园访问平台)，手机用户则使用WiFi链接等无线通信方式上网。当手机通过无线网络发出获取地图数据请求时，API接口校验key，若访问合法就发送地图数据至手机；手机获得地图数据后，通过界面视图MapView显示地图。MapView不仅具有视图控制按钮，还通过MapController的setZoom()方法实现了地图放大和缩小功能，以及通过MapStatusUpdate Factory方法实现对地图的位置中心点的显示更新。这样来访者的手机只要实现了Baidu Map正常加载，就可以查阅校园实时地图了。

4 真实环境模拟测试

来访者手机中的SIM卡可自动定位来访者的当前位置，或通过扫描建筑物的二维码获得自己当前所在建筑物的图片、语音、文字、视频等介绍信息。如果点击语音讲解，可用语音播报当前建筑的相关信息。

点击导航，就出现了校园内的目的地选项；选择目的地后，设计的校园导航系统中导入的地图就可以根据当前位置，查找到目的地的行进路线图3给出了真实环境下的模拟测试结果。该系统响应时间快，指路清晰。

图3 真实环境下的模拟测试结果Fig.3 Simulation test results in real environment

5 结 语

本文利用Android智能手机、结合软件技术和GIS技术，并与当下热门的物联网技术相结合，设计了基于物联网的智能校园导航系统。该系统使导航功能更加便捷，链接访问更加方便，实现了人与物更好的交互。运用该系统，当用户行至校园内某处，可用手机扫描建筑物二维码进行详细了解。该系统解决了来访者和新生的入校导游问题，提高了校园的信息化水平。

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Design and Implementation of Intelligent Campus Navigation System Based on Internet of Things

LIU Hong,RAO Chao,GONG Huangbing,YE Shiping,ZHU Ling

(School of Electronics Information, Shanghai Dianji University, Shanghai 201306, China)

An intelligent campus navigation system is designed and implemented by using GPS-enabled cell phones or tablet computers and geographic information system (GIS) software with a mini-database to process space information. The system is based on the Internet of Things. Visitors can learn history or geographic positions using an Android based smart phone to scan the QR code of the buildings, and obtain geographic and historic functions and other relevant information of campus buildings. Thus, intelligent guide and campus introduction are realized.

campus navigation system; internet of things; Android; QR code; geographic information system (GIS)

2016-07-01

上海电机学院重点学科资助(13XKJ01);上海市大学生科创项目(A1-5701-15-012-01-055)

刘 红(1978-)，女，副教授，博士，主要研究方向为物联网，E-mail：liuhong@sdju.edu.cn

2095-0020(2016)06-0344-04

TP 317

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