基于智能手機客戶端與服務器的兒童定位追蹤系統設計

張艷紅，劉建煒

(福建幼兒師范高等?？茖W校 人文科學系，福建 福州 350013)

由于受生理和心理發展條件的限制，兒童無法判斷潛在的危險，自我保護能力不足，被拐、被騙等丟失及誤入危險區域死亡的事件時有發生[1].兒童作為弱勢社會群體，保障其安全，不僅要從法律、制度上提供基本保障，也需要利用先進技術手段和設備來監護兒童的安全.利用設備和技術手段幫助兒童監護者實時了解兒童位置，對降低兒童被拐騙等類似事件的發生可起到很大的幫助.通訊技術、定位技術、地理信息技術與計算機技術的發展，為基于位置服務的兒童監護提供了技術保障[2-5].近年來，智能手機越來越普及，開發基于智能手機的兒童定位追蹤的監護系統，只要在兒童端和監護者端的智能手機安裝相應的應用程序，企業、機構或者政府架設服務器，提供基于位置的服務，家庭不需要增加額外的設備，即可滿足對兒童的基于位置服務的監護功能.本文闡述這種基于智能手機客戶端與服務器的兒童定位追蹤系統的總體設計，以及各個部分的組成與需要實現的功能，并探討該模式的系統應用方式與存在的主要問題.

1 系統總體設計

該模式的兒童定位追蹤系統由兒童與監護者智能手機客戶端和提供位置服務的服務器構成，整個系統的物理架構如圖1所示.兒童端智能手機的軟硬件實現兒童位置的實時測定，并通過通訊網絡傳輸到服務器；服務器負責存儲和管理被監護對象的位置與軌跡信息、提供基于地圖的位置服務、負責用戶的管理、兒童監護功能的實現；監護者端的智能手機或平板電腦通過安裝客戶端監護程序，利用客戶端程序查看兒童的實時位置、歷史軌跡，并可對監護功能進行設置.

圖1 系統物理架構

2 客戶端

2.1 兒童客戶端

(1)硬件設備.作為兒童端的智能手機，除了具備移動數據通訊模塊外，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)模塊和用于慣性測量的微型機械傳感器(磁力計、陀螺儀、加速度計等)，采用混合定位的方式，可進一步提高定位的速度、精度和環境的適應性[6].

(2)兒童端智能手機應用軟件.兒童端應用軟件由后臺服務程序及圖形用戶界面程序兩大模塊構成，各模塊相應子功能如圖2所示.在智能手機開機時自動啟動后臺服務，啟動定位、系統運行監測、定位結果發送和短信監聽功能，并將實時定位結果通過數據通訊傳輸到指定的服務器.圖形用戶界面子系統部分，可由操作者根據需要啟動和關閉.

后臺服務中的定位軟件模塊主要根據客戶端的硬件配置選擇定位方式并獲取最優定位結果.軟件模塊首先啟動衛星導航定位模塊進行定位，如果較長時間無法接收到衛星信號則采用通訊基站進行定位，獲得較粗的定位結果.如果具備WiFi模塊，還可以將WiFi的定位信息發送到定位服務器，由定位服務器返回定位結果.在存在多種定位方法進行定位時，該軟件模塊將獲得一個最優結果；系統運行監測子模塊負責監測客戶端后臺服務的運行狀況及客戶端設備傳感器的啟用情況，如果發現所需傳感器和服務被關閉，監測模塊將調用指令生成與執行模塊，開啟相應的傳感器和后臺服務；短信監聽與解析模塊可實現由監護者發送短信到兒童手機，對兒童手機系統進行設置和獲取兒童手機當前位置的功能.模塊負責對接收到的短信進行判斷，首先判斷是否是監護者發送來的短信，如果是則啟動短信解析功能，解析短信的請求與相關參數，調用指令生成與執行模塊進行參數設置或者進行定位并將結果發送到監護者.

圖2 兒童端應用程序功能

圖形用戶界面子系統主要包括的功能如圖2所示，其中查看自身位置與一鍵導航功能需要導航地圖服務，該服務可以采用百度、谷歌或者高德等企業提供的公眾電子地圖服務，并利用其提供的SDK(Software Development kits)進行開發[7-8]；系統參數設置主要包括服務器地址、監護者手機號碼、定位頻率、一鍵短信的短信內容和一鍵導航的目的地等設置.

2.2 監護者客戶端

(1)硬件設備.作為監護者客戶端的智能手機，除了具備移動數據通訊模塊外，如果具備WiFi模塊可通過其接入網絡，提高數據的訪問速度.一般智能手機都具備這些基本硬件配置，只需在其中安裝監護者客戶端應用軟件，并進行注冊與適當的設置即可實現對兒童的實時監護.

(2)監護者客戶端智能手機應用軟件.監護者客戶端應用軟件通過網絡連接到服務器，獲取服務器上兒童的實時位置及歷史軌跡數據，在應用程序的地圖界面顯示實時位置與軌跡信息.其具體功能如圖3所示.

監護者客戶端應用程序需要實現的最主要功能為位置追蹤、軌跡回放與地理圍欄設置.位置追蹤可以顯示兒童的實時位置與軌跡；軌跡回放可以選擇一個歷史時間段，顯示這段時間內的兒童活動軌跡，方便發現兒童的活動規律與異常行為；地理圍欄通過設置一些多邊形區域，將其上傳存儲到服務器，如果兒童的位置超出或者進入這些區域(地理圍欄可以設置為兩種類型，一種為禁區，防止兒童靠近的地區，另一種為活動區，即兒童的正?；顒臃秶?，服務器會給監護者的手機發送預警短信或者向監護者客戶端軟件發送信息，啟動提示功能.軟件其他的一些常規功能有地圖操作(移動地圖、放大縮小地圖)、系統設置(聲音提示、震動提示、是否接受推送消息、定位頻率)與信息注冊(注冊監護者信息、添加兒童端設備)等.

圖3 監護者客戶端應用程序功能

3 服務器

根據功能的不同，服務器可細分為Web服務器、DB服務器、定位服務器與GIS(Geographical Information System)服務器等.服務器端的體系結構如圖4所示，通過服務器端的LBS(Location Base Services)應用提供基于位置的服務，可以存儲、管理、顯示地圖及兒童端的位置與軌跡，并具備賬戶權限管理功能，管理監護者查看兒童端實時位置與軌跡的相關權限；通過LBS接口，兒童端應用可以將定位數據實時傳輸到服務器端進行存儲，監護者端的應用可以調用服務器端的數據與服務，在監護者客戶端手機上實時顯示基于地圖的兒童位置與歷史軌跡.

圖4 服務器端體系結構

4 總結與展望

基于客戶端服務器模式的兒童定位追蹤系統中，兒童端定位系統的精度與環境適應性是很重要的一個性能指標，直接影響整個系統的最終性能，由于目前的各種移動定位系統各有其使用的最佳環境，難有一種定位技術可以適應兒童活動室內外交替進行的情形，建議采用混合定位的技術，如采用GPS與移動通訊網絡、WiFi、慣性導航中的一種或者幾種進行組合定位，提高定位結果的可靠性.服務器可以由政府或企業進行構建，并開發相應的服務器端應用，建議國家或地方政府進行投資建設，免費提供給廣大家庭使用，這也有利于監護者與被監護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可以讓監護者實時了解兒童的位置，并分析兒童的歷史活動規律，對于預防兒童丟失、協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.

參考文獻：

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