基于Android 空投物資搜索系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

康 靜，胡海燕，郭鐘劍，沈 玲，孫 林

（北方信息控制研究院集團(tuán)有限公司，南京 211153）

0 引言

高科技條件下的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜多變，地面防空武器多，戰(zhàn)斗十分迅猛，物資消耗量大，對(duì)空降行動(dòng)提出更高的要求。由于空降作戰(zhàn)中空降人員隨身攜帶的裝備有限，很多裝備需要通過空投的方式保障部隊(duì)作戰(zhàn)的需要。由于受到地形、氣候等因素影響，傳統(tǒng)不借助任何輔助設(shè)備的人工搜索方法存在著盲目性大、效率低等缺點(diǎn)，不能滿足物資落地后快速發(fā)現(xiàn)、迅速集結(jié)的要求［1］。因此，需要輔助裝備幫助搜索人員快速有效地找到空投物資。

Android 是Google 推出的一款基于Linux 的開源操作系統(tǒng)，主要適用于智能手機(jī)、平板等移動(dòng)設(shè)備，近幾年得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)采用Android 作為移動(dòng)終端操作系統(tǒng)開發(fā)物資搜索系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空投物資快速搜索和信息掃描獲取功能。

1 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)組成包括目標(biāo)終端、搜索終端和指揮終端3 部分，示意圖如下頁圖1 所示。目標(biāo)終端附著固定在空投物資箱上，負(fù)責(zé)采集物資箱位置信息和將位置信息回傳到指揮中心。目標(biāo)終端通過GPS 定位衛(wèi)星獲取自身位置即物資箱位置，利用自身北斗通信模塊通過通信衛(wèi)星將位置傳回指揮終端。搜索終端通過GPS 定位衛(wèi)星獲取自身位置信息，通過4G LTE移動(dòng)寬帶通信網(wǎng)將自身位置傳回指揮終端。指揮終端獲取物資箱和搜索終端位置后根據(jù)距離遠(yuǎn)近、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)等因素進(jìn)行合理路徑分析，然后將每個(gè)搜索終端的目標(biāo)物資箱位置和規(guī)劃的路徑推送到搜索終端，搜索員根據(jù)推送的路徑進(jìn)行物資搜索，搜索到物資后，可通過掃描箱體上的標(biāo)識(shí)信息快速獲取箱內(nèi)物資信息。目標(biāo)終端沒有人機(jī)交互界面，只具備簡單的位置信息采集和上報(bào)功能，不在本文研究范圍內(nèi)。本文設(shè)計(jì)的搜索系統(tǒng)安裝在指揮終端和搜索終端上，下面對(duì)指揮終端和搜索終端進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖1 系統(tǒng)組成示意圖

2 指揮終端

2.1 硬件系統(tǒng)構(gòu)成

終端主控模塊采用聯(lián)芯科技有限公司LC1860處理器，該處理器采用28 nm 制程工藝，六核ARM A7 CPU，主頻2.0 GHz，集成了標(biāo)準(zhǔn)RS-232 串口、外部存儲(chǔ)器電路等，顯示屏采用5 in.TFT 液晶屏，電容式觸摸屏。操作系統(tǒng)采用谷歌公司的Android。終端硬件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 終端硬件結(jié)構(gòu)

LC1860 具備領(lǐng)先的LTE Soc 芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)，覆蓋GSM、TD-SCDMA、TD-LTE、LTE FDD 和WCDMA 5 種模式，最高下行速度可實(shí)現(xiàn)150 Mb/s，符合本系統(tǒng)指揮終端和搜索終端間交互態(tài)勢(shì)信息、路徑規(guī)劃信息等數(shù)據(jù)量較大的通信要求。

北斗模塊用于指揮終端和目標(biāo)終端之間通信。由于指揮終端與目標(biāo)終端距離較遠(yuǎn)，目標(biāo)終端采用衛(wèi)星通信的方式將位置信息發(fā)送到指揮終端。衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn)是在衛(wèi)星的覆蓋范圍內(nèi)兩點(diǎn)間的通信與距離無關(guān)，可進(jìn)行全天候的通信且可靠性高。終端采用XN636 北斗1 代模塊實(shí)現(xiàn)通信功能，信息以串口方式輸出，波特率定為9 600 b/s，實(shí)現(xiàn)北斗短報(bào)文收發(fā)功能。

GPS 和其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)相比，其特點(diǎn)主要有全球范圍全面覆蓋、實(shí)時(shí)定位速度快、高精度低成本等［2］。本系統(tǒng)GPS 定位模塊采用中科微的ATGM332D，該模塊具有靈敏度高、功耗低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到車用導(dǎo)航、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

指揮終端負(fù)責(zé)獲取所有物資箱和搜索終端的位置信息，根據(jù)物資箱和搜索人員位置信息、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，綜合考慮路段通行性、距離等各種因素后進(jìn)行合理路線分析和規(guī)劃，然后將規(guī)劃的路徑信息推送到各搜索終端。系統(tǒng)功能框架圖如圖3所示。

圖3 指揮終端軟件功能框圖

1）串口配置功能：終端由主控模塊、GPS 定位模塊、北斗通信等模塊組成。定位模塊和通信模塊均由串口與主控模塊交互信息，所以軟件需具備串口配置功能。本系統(tǒng)采用多線程串口通信方法，在主線程中完成串口設(shè)備初始化，然后創(chuàng)建并啟動(dòng)串口監(jiān)控線程，由它完成串口數(shù)據(jù)的監(jiān)控，并將收到的信息通知到主線程，由主線程進(jìn)行下一步邏輯處理。

2）通信功能：通信功能主要包括兩方面，一方面是負(fù)責(zé)接收目標(biāo)終端發(fā)送來的北斗短消息并進(jìn)行譯碼工作，從短消息中獲取目標(biāo)定位信息等有用信息提供給系統(tǒng)使用；另一方面通過移動(dòng)寬帶通信網(wǎng)與搜索終端進(jìn)行通信。指揮終端與搜索終端通信的內(nèi)容包括兩部分，一是搜索終端上報(bào)的位置信息；二是指揮終端將路徑分析結(jié)果推送到各搜索終端，以便引導(dǎo)搜索人員進(jìn)行搜索。

3）地圖顯示功能：通過地圖顯示功能，指揮員可快速直觀地觀察目標(biāo)終端和搜索終端地理位置。SuperMap iMobile 是北京超圖地理信息技術(shù)有限公司開發(fā)的一款基于Android、IOS 等移動(dòng)系統(tǒng)的組件式GIS 軟件，平臺(tái)打造的軟件開發(fā)包提供了操作簡單、功能齊全的開發(fā)接口。該平臺(tái)開發(fā)方便，能實(shí)時(shí)讀取終端的位置數(shù)據(jù)，并能在地圖上進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新和顯示，為移動(dòng)終端的定位、路徑規(guī)劃等功能提供了強(qiáng)有力的支撐［3］。本系統(tǒng)采用超圖SDK 進(jìn)行開發(fā)，系統(tǒng)通過調(diào)用SDK 接口，可訪問超圖地圖服務(wù)和數(shù)據(jù)，構(gòu)建功能豐富的地圖類應(yīng)用程序。

4）態(tài)勢(shì)信息查詢功能：通過態(tài)勢(shì)信息查詢功能，指揮員可獲知空投地區(qū)實(shí)際戰(zhàn)場(chǎng)情況，例如道路有無毀壞、敵軍分布等信息，為搜索人員能夠快速安全地進(jìn)行物資搜索提供路徑分析依據(jù)。

5）路徑規(guī)劃功能：根據(jù)物資箱位置信息和搜索終端位置信息，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際態(tài)勢(shì)情況，計(jì)算出合適的搜索路徑，并下發(fā)到各搜索終端，使搜索人員能夠直觀地查看物資相對(duì)于自己的分布位置，協(xié)助搜索人員快速有效地找到物資。

程序執(zhí)行流程如圖4 所示。

圖4 指揮終端軟件流程圖

3 搜索終端

搜索終端主要負(fù)責(zé)兩方面工作：物資搜索和物資信息查詢。搜索終端硬件結(jié)構(gòu)相比指揮終端，減少了北斗通信模塊，增加了攝像頭模塊以便進(jìn)行二維碼掃描，這里不再贅述。系統(tǒng)軟件功能框圖如圖5所示。

圖5 搜索終端軟件功能框圖

3.1 物資搜索

搜索終端物資搜索功能獲取自身位置信息并將信息上報(bào)到指揮終端，接收指揮終端的路線分析結(jié)果并在終端上進(jìn)行顯示，由以下4 個(gè)功能模塊組成：

1）串口配置功能：終端由主控模塊、GPS 定位等模塊組成。定位模塊由串口與主控模塊交互信息，所以軟件需具備串口配置功能。本系統(tǒng)采用的串口通信方法與指控終端相同，這里不再贅述。

2）通信功能：通信功能主要負(fù)責(zé)搜索終端與指揮終端之間進(jìn)行通信，包括兩部分工作內(nèi)容，一是向指揮終端上報(bào)自身位置信息；二是接收指揮終端發(fā)送的路徑分析結(jié)果，解析后在地圖上顯示。

3）地圖顯示功能：此功能與指揮終端類同。

4）路徑顯示功能：解析指揮終端發(fā)送的路徑數(shù)據(jù)，并在地圖上進(jìn)行路徑顯示。代碼如下：

3.2 物資信息查詢

隨著全球信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，二維碼技術(shù)被引入到移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，形成了以移動(dòng)終端為載體，將代表的信息以二維碼圖片形式呈現(xiàn)的業(yè)務(wù)。物資信息查詢功能實(shí)現(xiàn)在不開箱的情況下能夠通過二維碼掃描的方式快速獲取空投箱內(nèi)物資信息。

物資信息查詢由3 個(gè)功能模塊組成：

1）二維碼生成：Zxing 是一個(gè)開源Java 類庫，可用于Android 應(yīng)用中生成和解析各種格式的二維碼。利用MultiFormatWriter 類中的encode 接口可根據(jù)物資編號(hào)生成二維碼，考慮到戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，空投箱上二維碼采用激光打標(biāo)機(jī)打印在鋼片上，確保二維碼區(qū)域不會(huì)因環(huán)境作用而發(fā)生磨損或銹蝕。

2）二維碼掃描：系統(tǒng)通過調(diào)用搜索終端上的攝像頭采集功能對(duì)空投箱上的二維碼圖形進(jìn)行掃描，通過調(diào)用MultiFormatReader 類中的decodeWithState接口對(duì)獲取的二維碼圖像進(jìn)行解碼，得到物資編號(hào)。

3）物資信息顯示：系統(tǒng)通過二維碼解碼得到的物資編號(hào)查詢物資數(shù)據(jù)庫獲取物資詳細(xì)信息，包括設(shè)備名稱、配屬單位、配屬編組、物資組成和物資箱外觀圖片路徑信息，然后將這些信息通過布局文件顯示出來。

4 系統(tǒng)測(cè)試

本測(cè)試系統(tǒng)由兩個(gè)指揮終端和一個(gè)搜索終端組成，其中一個(gè)指揮終端充當(dāng)目標(biāo)終端固定在物資箱上，指揮終端和搜索終端之間通過移動(dòng)寬帶通信網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)互通。測(cè)試步驟如下：

1）目標(biāo)終端向指揮終端發(fā)送物資箱位置信息，在指揮終端上能夠顯示物資箱位置；

2）搜索終端向指揮終端發(fā)送自身位置信息，在指揮終端上能夠顯示搜索終端位置；

3）指揮終端根據(jù)物資箱和搜索終端位置信息進(jìn)行路徑分析，路徑分析結(jié)果在地圖上能夠成功標(biāo)繪，測(cè)試結(jié)果如圖6 所示，圖中紅線即為規(guī)劃路線，可指引搜索員找到物資箱；

4）在指揮終端上點(diǎn)擊發(fā)送路徑規(guī)劃結(jié)果到搜索終端，搜索終端能夠接收并顯示路徑規(guī)劃信息；

5）根據(jù)搜索終端上的路徑規(guī)劃信息，搜索人員能夠搜尋到物資箱；

6）用搜索終端掃描附著在物資箱上的二維碼信息，能夠在搜索終端上顯示物資箱內(nèi)物資信息，測(cè)試結(jié)果如圖7 所示。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，本系統(tǒng)具有較高的時(shí)效性及穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

本文主要討論了基于Android 平臺(tái)物資搜索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，從軟件應(yīng)用開發(fā)方面詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的開發(fā)方法和過程，并對(duì)其進(jìn)行反復(fù)調(diào)試和測(cè)試。經(jīng)測(cè)試該系統(tǒng)可充分滿足空投物資搜索的要求，并可在不開箱的前提下能夠快速獲取箱內(nèi)物資信息，適用于空降作戰(zhàn)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等場(chǎng)合。該系統(tǒng)無論在軍用還是民用領(lǐng)域都具有良好的應(yīng)用前景。

圖6 搜尋路徑規(guī)劃結(jié)果

圖7 裝備二維碼掃描