基于智能手機(jī)客戶(hù)端與服務(wù)器的兒童定位追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張艷紅，劉建煒

(福建幼兒師范高等專(zhuān)科學(xué)校 人文科學(xué)系，福建 福州 350013)

由于受生理和心理發(fā)展條件的限制，兒童無(wú)法判斷潛在的危險(xiǎn)，自我保護(hù)能力不足，被拐、被騙等丟失及誤入危險(xiǎn)區(qū)域死亡的事件時(shí)有發(fā)生[1].兒童作為弱勢(shì)社會(huì)群體，保障其安全，不僅要從法律、制度上提供基本保障，也需要利用先進(jìn)技術(shù)手段和設(shè)備來(lái)監(jiān)護(hù)兒童的安全.利用設(shè)備和技術(shù)手段幫助兒童監(jiān)護(hù)者實(shí)時(shí)了解兒童位置，對(duì)降低兒童被拐騙等類(lèi)似事件的發(fā)生可起到很大的幫助.通訊技術(shù)、定位技術(shù)、地理信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為基于位置服務(wù)的兒童監(jiān)護(hù)提供了技術(shù)保障[2-5].近年來(lái)，智能手機(jī)越來(lái)越普及，開(kāi)發(fā)基于智能手機(jī)的兒童定位追蹤的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，只要在兒童端和監(jiān)護(hù)者端的智能手機(jī)安裝相應(yīng)的應(yīng)用程序，企業(yè)、機(jī)構(gòu)或者政府架設(shè)服務(wù)器，提供基于位置的服務(wù)，家庭不需要增加額外的設(shè)備，即可滿(mǎn)足對(duì)兒童的基于位置服務(wù)的監(jiān)護(hù)功能.本文闡述這種基于智能手機(jī)客戶(hù)端與服務(wù)器的兒童定位追蹤系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，以及各個(gè)部分的組成與需要實(shí)現(xiàn)的功能，并探討該模式的系統(tǒng)應(yīng)用方式與存在的主要問(wèn)題.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該模式的兒童定位追蹤系統(tǒng)由兒童與監(jiān)護(hù)者智能手機(jī)客戶(hù)端和提供位置服務(wù)的服務(wù)器構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)的物理架構(gòu)如圖1所示.兒童端智能手機(jī)的軟硬件實(shí)現(xiàn)兒童位置的實(shí)時(shí)測(cè)定，并通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器；服務(wù)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和管理被監(jiān)護(hù)對(duì)象的位置與軌跡信息、提供基于地圖的位置服務(wù)、負(fù)責(zé)用戶(hù)的管理、兒童監(jiān)護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)；監(jiān)護(hù)者端的智能手機(jī)或平板電腦通過(guò)安裝客戶(hù)端監(jiān)護(hù)程序，利用客戶(hù)端程序查看兒童的實(shí)時(shí)位置、歷史軌跡，并可對(duì)監(jiān)護(hù)功能進(jìn)行設(shè)置.

圖1 系統(tǒng)物理架構(gòu)

2 客戶(hù)端

2.1 兒童客戶(hù)端

(1)硬件設(shè)備.作為兒童端的智能手機(jī)，除了具備移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊模塊外，還需要具備基本的定位模塊GPS(Global Position System)或AGPS(Assisted GPS)等.此外，如果具備WiFi(Wireless Fidelity)模塊和用于慣性測(cè)量的微型機(jī)械傳感器(磁力計(jì)、陀螺儀、加速度計(jì)等)，采用混合定位的方式，可進(jìn)一步提高定位的速度、精度和環(huán)境的適應(yīng)性[6].

(2)兒童端智能手機(jī)應(yīng)用軟件.兒童端應(yīng)用軟件由后臺(tái)服務(wù)程序及圖形用戶(hù)界面程序兩大模塊構(gòu)成，各模塊相應(yīng)子功能如圖2所示.在智能手機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)后臺(tái)服務(wù)，啟動(dòng)定位、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、定位結(jié)果發(fā)送和短信監(jiān)聽(tīng)功能，并將實(shí)時(shí)定位結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)街付ǖ姆?wù)器.圖形用戶(hù)界面子系統(tǒng)部分，可由操作者根據(jù)需要啟動(dòng)和關(guān)閉.

后臺(tái)服務(wù)中的定位軟件模塊主要根據(jù)客戶(hù)端的硬件配置選擇定位方式并獲取最優(yōu)定位結(jié)果.軟件模塊首先啟動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊進(jìn)行定位，如果較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法接收到衛(wèi)星信號(hào)則采用通訊基站進(jìn)行定位，獲得較粗的定位結(jié)果.如果具備WiFi模塊，還可以將WiFi的定位信息發(fā)送到定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器返回定位結(jié)果.在存在多種定位方法進(jìn)行定位時(shí)，該軟件模塊將獲得一個(gè)最優(yōu)結(jié)果；系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)子模塊負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)客戶(hù)端后臺(tái)服務(wù)的運(yùn)行狀況及客戶(hù)端設(shè)備傳感器的啟用情況，如果發(fā)現(xiàn)所需傳感器和服務(wù)被關(guān)閉，監(jiān)測(cè)模塊將調(diào)用指令生成與執(zhí)行模塊，開(kāi)啟相應(yīng)的傳感器和后臺(tái)服務(wù)；短信監(jiān)聽(tīng)與解析模塊可實(shí)現(xiàn)由監(jiān)護(hù)者發(fā)送短信到兒童手機(jī)，對(duì)兒童手機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和獲取兒童手機(jī)當(dāng)前位置的功能.模塊負(fù)責(zé)對(duì)接收到的短信進(jìn)行判斷，首先判斷是否是監(jiān)護(hù)者發(fā)送來(lái)的短信，如果是則啟動(dòng)短信解析功能，解析短信的請(qǐng)求與相關(guān)參數(shù)，調(diào)用指令生成與執(zhí)行模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置或者進(jìn)行定位并將結(jié)果發(fā)送到監(jiān)護(hù)者.

圖2 兒童端應(yīng)用程序功能

圖形用戶(hù)界面子系統(tǒng)主要包括的功能如圖2所示，其中查看自身位置與一鍵導(dǎo)航功能需要導(dǎo)航地圖服務(wù)，該服務(wù)可以采用百度、谷歌或者高德等企業(yè)提供的公眾電子地圖服務(wù)，并利用其提供的SDK(Software Development kits)進(jìn)行開(kāi)發(fā)[7-8]；系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置主要包括服務(wù)器地址、監(jiān)護(hù)者手機(jī)號(hào)碼、定位頻率、一鍵短信的短信內(nèi)容和一鍵導(dǎo)航的目的地等設(shè)置.

2.2 監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端

(1)硬件設(shè)備.作為監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端的智能手機(jī)，除了具備移動(dòng)數(shù)據(jù)通訊模塊外，如果具備WiFi模塊可通過(guò)其接入網(wǎng)絡(luò)，提高數(shù)據(jù)的訪問(wèn)速度.一般智能手機(jī)都具備這些基本硬件配置，只需在其中安裝監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端應(yīng)用軟件，并進(jìn)行注冊(cè)與適當(dāng)?shù)脑O(shè)置即可實(shí)現(xiàn)對(duì)兒童的實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù).

(2)監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端智能手機(jī)應(yīng)用軟件.監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端應(yīng)用軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器，獲取服務(wù)器上兒童的實(shí)時(shí)位置及歷史軌跡數(shù)據(jù)，在應(yīng)用程序的地圖界面顯示實(shí)時(shí)位置與軌跡信息.其具體功能如圖3所示.

監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端應(yīng)用程序需要實(shí)現(xiàn)的最主要功能為位置追蹤、軌跡回放與地理圍欄設(shè)置.位置追蹤可以顯示兒童的實(shí)時(shí)位置與軌跡；軌跡回放可以選擇一個(gè)歷史時(shí)間段，顯示這段時(shí)間內(nèi)的兒童活動(dòng)軌跡，方便發(fā)現(xiàn)兒童的活動(dòng)規(guī)律與異常行為；地理圍欄通過(guò)設(shè)置一些多邊形區(qū)域，將其上傳存儲(chǔ)到服務(wù)器，如果兒童的位置超出或者進(jìn)入這些區(qū)域(地理圍欄可以設(shè)置為兩種類(lèi)型，一種為禁區(qū)，防止兒童靠近的地區(qū)，另一種為活動(dòng)區(qū)，即兒童的正?；顒?dòng)范圍)，服務(wù)器會(huì)給監(jiān)護(hù)者的手機(jī)發(fā)送預(yù)警短信或者向監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端軟件發(fā)送信息，啟動(dòng)提示功能.軟件其他的一些常規(guī)功能有地圖操作(移動(dòng)地圖、放大縮小地圖)、系統(tǒng)設(shè)置(聲音提示、震動(dòng)提示、是否接受推送消息、定位頻率)與信息注冊(cè)(注冊(cè)監(jiān)護(hù)者信息、添加兒童端設(shè)備)等.

圖3 監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端應(yīng)用程序功能

3 服務(wù)器

根據(jù)功能的不同，服務(wù)器可細(xì)分為Web服務(wù)器、DB服務(wù)器、定位服務(wù)器與GIS(Geographical Information System)服務(wù)器等.服務(wù)器端的體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過(guò)服務(wù)器端的LBS(Location Base Services)應(yīng)用提供基于位置的服務(wù)，可以存儲(chǔ)、管理、顯示地圖及兒童端的位置與軌跡，并具備賬戶(hù)權(quán)限管理功能，管理監(jiān)護(hù)者查看兒童端實(shí)時(shí)位置與軌跡的相關(guān)權(quán)限；通過(guò)LBS接口，兒童端應(yīng)用可以將定位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒?wù)器端進(jìn)行存儲(chǔ)，監(jiān)護(hù)者端的應(yīng)用可以調(diào)用服務(wù)器端的數(shù)據(jù)與服務(wù)，在監(jiān)護(hù)者客戶(hù)端手機(jī)上實(shí)時(shí)顯示基于地圖的兒童位置與歷史軌跡.

圖4 服務(wù)器端體系結(jié)構(gòu)

4 總結(jié)與展望

基于客戶(hù)端服務(wù)器模式的兒童定位追蹤系統(tǒng)中，兒童端定位系統(tǒng)的精度與環(huán)境適應(yīng)性是很重要的一個(gè)性能指標(biāo)，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的最終性能，由于目前的各種移動(dòng)定位系統(tǒng)各有其使用的最佳環(huán)境，難有一種定位技術(shù)可以適應(yīng)兒童活動(dòng)室內(nèi)外交替進(jìn)行的情形，建議采用混合定位的技術(shù)，如采用GPS與移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)、WiFi、慣性導(dǎo)航中的一種或者幾種進(jìn)行組合定位，提高定位結(jié)果的可靠性.服務(wù)器可以由政府或企業(yè)進(jìn)行構(gòu)建，并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的服務(wù)器端應(yīng)用，建議國(guó)家或地方政府進(jìn)行投資建設(shè)，免費(fèi)提供給廣大家庭使用，這也有利于監(jiān)護(hù)者與被監(jiān)護(hù)者的信息不被泄露或非法使用.

基于位置的兒童定位與追蹤系統(tǒng)可以讓監(jiān)護(hù)者實(shí)時(shí)了解兒童的位置，并分析兒童的歷史活動(dòng)規(guī)律，對(duì)于預(yù)防兒童丟失、協(xié)助尋找丟失兒童及分析兒童的行為特征可以起到輔助的作用.

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