呂志花

摘 要：本文提出一種面向兒童的Android手機(jī)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)方案，首先對手機(jī)定位系統(tǒng)的開發(fā)背景進(jìn)行簡要分析，然后提出搭載Android平臺的手機(jī)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)要點(diǎn)，對定位技術(shù)、定位策略、系統(tǒng)框架、實(shí)現(xiàn)功能等方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：手機(jī)定位系統(tǒng);Android;兒童

中圖分類號：TN96 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 手機(jī)定位系統(tǒng)開發(fā)背景

在移動手機(jī)終端日益普及的背景下，各方人員開始積極探索與思考面向移動電話用戶群提供各類增值服務(wù)的方式與方法。搭載Android平臺的手機(jī)定位系統(tǒng)是指，建立在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上開發(fā)的應(yīng)用服務(wù)平臺向用戶提供移動電話定位服務(wù)，具有可靠性高、定位精度高的優(yōu)勢，能夠面向不同類型、不同群體用戶要求提供定位服務(wù)平臺。尤其在社會不斷發(fā)展，物質(zhì)生活水平持續(xù)提升的背景下，大眾對兒童的關(guān)愛日益增多，有關(guān)兒童安全的問題備受各方關(guān)注與重視。研制兒童Android手機(jī)平臺，完成定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)工作，有著非常重要的意義與價(jià)值。

手機(jī)定位是指，基于特定定位技術(shù)，對手機(jī)及其終端用戶的位置信息進(jìn)行獲取，并通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等相關(guān)技術(shù)形式與終端用戶相聯(lián)系，在定位基礎(chǔ)之上支持增值服務(wù)的系統(tǒng)技術(shù)。目前，基于Android平臺的手機(jī)定位技術(shù)包括三種類型：基站定位;Wi-Fi定位;衛(wèi)星定位。在面向兒童Android手機(jī)平臺進(jìn)行定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的過程中，靈活運(yùn)用上述定位技術(shù)，在獲得較高定位精度的前提下降低功耗，提高可靠性，有助于系統(tǒng)的順利商用[1]。

2 面向兒童的Android手機(jī)定位系統(tǒng)

2.1 定位技術(shù)

（1）LBS（基站）定位。這種技術(shù)根據(jù)兒童Android手機(jī)獲取的小區(qū)ID、位置區(qū)碼、國家移動區(qū)域碼、網(wǎng)絡(luò)碼來實(shí)現(xiàn)定位。小區(qū)ID是手機(jī)所在服務(wù)小區(qū)的唯一標(biāo)識;位置區(qū)碼（LAC）指示不同城市及其位置區(qū)域;國家碼（MCC）是所在國家的區(qū)域碼，中國的區(qū)域碼是460;運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)碼（MNC）是標(biāo)識不同運(yùn)營商的編碼。我國的MCC/MNC組合通常是46002、46000（中國移動）、46001、46006（中國聯(lián)通）、46003、46011（中國電信）。上述信息由小區(qū)系統(tǒng)廣播消息發(fā)送至兒童手機(jī)終端，終端根據(jù)上述信息查詢到位置結(jié)果。

這種方法要求手機(jī)始終處于小區(qū)駐留狀態(tài)，其定位精度與基站密度及基站的覆蓋面積有關(guān)。基站密度大，則每個(gè)基站的覆蓋面積小，定位準(zhǔn)確（如城市），相反則定位誤差較大（如鄉(xiāng)村）?；靖采w范圍通常為500～5 000m之間，因此，LBS定位的范圍也在500～5 000m之間。結(jié)合終端針對不同小區(qū)信號的測量結(jié)果，其精度可達(dá)200～2 000m。

（2）Wi-Fi定位：利用Wi-Fi搜尋功能進(jìn)行定位。終端搜索空間所有的Wi-Fi熱點(diǎn)信息（包括網(wǎng)絡(luò)名稱，MAC地址等），同時(shí)從服務(wù)器獲取對應(yīng)熱點(diǎn)MAC地址的坐標(biāo)，再根據(jù)不同熱點(diǎn)信號的強(qiáng)弱交叉計(jì)算出所在地與熱點(diǎn)的距離進(jìn)行定位。終端還可利用同時(shí)收到的多個(gè)熱點(diǎn)的信號強(qiáng)度差異提升定位精度。

Wi-Fi定位精度與Wi-Fi輻射半徑、覆蓋密度有關(guān)，精度在5～150m左右。相比基站定位技術(shù)，因其熱點(diǎn)密集，各個(gè)熱點(diǎn)覆蓋范圍小，因此定位精度較前者明顯提高，此外Wi-Fi信號變化靈敏，定位速度也較基站定位快。且定位過程中無須連接Wi-Fi熱點(diǎn)，沒有暴露用戶隱私的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）衛(wèi)星定位：根據(jù)設(shè)備衛(wèi)星芯片接收的衛(wèi)星信號定位。衛(wèi)星定位是目前精度最高的定位方式。目前衛(wèi)星定位導(dǎo)航的主流系統(tǒng)有美國的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，歐洲的伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)和我國的北斗系統(tǒng)等。

根據(jù)理論計(jì)算，只要終端接收到四顆或以上的衛(wèi)星發(fā)射的信號，就可以完成定位，其定位精度在100m以內(nèi)[2-4]。

以GPS系統(tǒng)為例，其優(yōu)劣如下：

優(yōu)勢：（1）精度高。GPS芯片輸出的定位經(jīng)緯度達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后5位，最高精度為5m。（2）成本低。GPS接收芯片技術(shù)成熟，集成化高，早已大規(guī)模量產(chǎn)，易于應(yīng)用。

劣勢：（1）受制于環(huán)境和位置，定位效果受天氣影響較大。當(dāng)天氣異常（如雷雨冰雹、厚云層及太陽風(fēng)爆發(fā)等）或存在高大建筑物阻擋時(shí)，信號接收不佳，定位誤差較大。室內(nèi)無法使用。（2）功耗大。GPS定位時(shí)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測衛(wèi)星信號，但GPS功耗大，降低了終端續(xù)航時(shí)間。（3）部分場景定位慢。GPS接收芯片有預(yù)熱時(shí)間，初次定位需要1～2min，預(yù)熱完成后定位很快（室外、天氣正常時(shí)10s以內(nèi)）。（4）受制于衛(wèi)星所有國的政策。在特殊時(shí)期，衛(wèi)星所有國可能出于國家利益考慮，調(diào)整衛(wèi)星參數(shù)，影響軍事及民用定位結(jié)果[5]。

2.2 兒童手機(jī)終端定位功能實(shí)現(xiàn)的策略

可以根據(jù)定位優(yōu)缺點(diǎn)和自身需求來選擇定位模式和策略，主要分為下面四種：

（1）高精度模式定位策略：同時(shí)使用上述三種定位方式（基站、Wi-Fi和衛(wèi)星定位），優(yōu)先返回最高精度的定位結(jié)果。

（2）低功耗模式定位策略：關(guān)閉衛(wèi)星定位功能，只使用網(wǎng)絡(luò)定位（Wi-Fi和基站定位）。

（3）設(shè)備模式定位策略：不連接網(wǎng)絡(luò)，只使用衛(wèi)星進(jìn)行定位，因此不支持室內(nèi)環(huán)境的定位。這種方式通常應(yīng)用于應(yīng)急場景（如兒童遇險(xiǎn)、SIM卡被拆卸、手機(jī)被外人強(qiáng)制關(guān)機(jī)時(shí)），仍可向外上報(bào)位置信息。

（4）衛(wèi)星定位結(jié)合傳感器感知的策略：網(wǎng)絡(luò)定位請求低于1s、或兩次定位之間設(shè)備位置變化非常小時(shí)返回，設(shè)備位移通過傳感器感知。

2.3 定位系統(tǒng)框架

定位系統(tǒng)包括家長控制終端;兒童終端;定位管理平臺服務(wù)器;地圖服務(wù)器;推送服務(wù)器等，如圖1所示。

家長控制終端：發(fā)送指令和地圖顯示兒童終端位置。

兒童終端：收到指令后，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，發(fā)送定位信息向地圖服務(wù)器查詢經(jīng)緯度信息和熱點(diǎn)信息。

定位管理平臺服務(wù)器：處理家長終端和兒童終端發(fā)送的信息，存儲數(shù)據(jù)庫，并通過推送服務(wù)器發(fā)送消息到終端。

地圖服務(wù)器：根據(jù)終端信息，定位模式，電子圍欄設(shè)置，處理請求信息，查詢數(shù)據(jù)庫，返回經(jīng)緯度、精度、海拔、速度、方向角、室內(nèi)定位建筑物ID、室內(nèi)定位樓層，地址描述等。

推送服務(wù)器：定位管理平臺主動發(fā)送消息給終端時(shí)，通過推送服務(wù)器發(fā)送。

2.4 功能及實(shí)現(xiàn)

（1）單次定位：家長通過http協(xié)議向定位管理平臺服務(wù)器發(fā)送定位請求，定位服務(wù)器通過推送服務(wù)器向兒童終端推送定位指令，兒童終端收到指令后，通過定位從地圖服務(wù)器獲取經(jīng)緯度及詳細(xì)地址信息，然后把信息通過http協(xié)議上報(bào)給定位平臺，定位平臺通過推送服務(wù)器把詳細(xì)地址信息發(fā)送給家長機(jī)客戶端，可通過地圖打點(diǎn)顯示或推送文字內(nèi)容顯示[6]。

（2）連續(xù)定位：家長設(shè)置定位開始時(shí)間和間隔，兒童機(jī)定位后上報(bào)位置信息。

（3）電子圍欄：家長可設(shè)置某段時(shí)間，某一范圍區(qū)域?？梢愿鶕?jù)用戶需求靈活定制圍欄策略，如圓形（用戶可在地圖設(shè)置圓心位置和半徑）、多邊形區(qū)域（在地圖上設(shè)置多于等于三個(gè)點(diǎn)）。同時(shí)，位于圍欄中心時(shí)自動降低定位頻率，接近圍欄區(qū)域時(shí)增加定位頻率，以降低功耗，同時(shí)精確完成圍欄位置檢測，進(jìn)出圍欄時(shí)主動通知家長。典型應(yīng)用場景是：家長設(shè)置學(xué)校為圍欄，學(xué)生來到學(xué)校時(shí)，兒童手機(jī)通知家長;當(dāng)學(xué)生離開學(xué)校時(shí)再次通知家長，隨后增加上報(bào)頻率，精確獲取兒童行動軌跡。

（4）設(shè)置電話白名單：終端通過服務(wù)器發(fā)送白名單給兒童機(jī)，兒童機(jī)設(shè)置后，只有白名單電話號碼可以撥打兒童終端，其余電話自動掛斷。

（5）電話號碼快捷鍵設(shè)置：兒童終端通過設(shè)置電話快捷鍵，設(shè)置按鍵可以直接撥打設(shè)置號碼。

3 結(jié)語

在社會信息技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，各行業(yè)不斷提升管理作業(yè)質(zhì)量與工作效率，基于對現(xiàn)有資源的充分應(yīng)用，以促進(jìn)資源增值，滿足效益最大化目標(biāo)。在這一背景下，搭載手機(jī)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)有著非常重要的意義與價(jià)值。將手機(jī)定位技術(shù)應(yīng)用于兒童手機(jī)終端，構(gòu)建基于Android平臺的手機(jī)定位系統(tǒng)，對保護(hù)兒童生命安全有非常重要的意義，其技術(shù)演進(jìn)、商用模式值得深入研究。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李思民，蔡成林，王亞娜，等.基于地磁指紋和PDR融合的手機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2018，31（1）：36-42.

[3] 佟為明，李方，王胤燊，等.ZigBee通信節(jié)點(diǎn)在室內(nèi)定位中的應(yīng)用[J].低壓電器，2012（15）：26-28.

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