野外智能导航系统

蔡树豪 洪彩珊 朱雪玲 邱金兰 张秋晶（通讯作者）(广东石油化工学院 广东 茂名 525000)

野外智能导航系统

蔡树豪 洪彩珊 朱雪玲 邱金兰 张秋晶（通讯作者）(广东石油化工学院 广东 茂名 525000)

随着现代科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对野外探险的兴趣越来越高，本文针对其需求开发了一套野外智能导航系统，该系统通过各类传感器采集使用者体温、脉搏及环境温度等数据，经蓝牙传输到使用者的手机上进行显示，采用百度API实现精确导航及定位，同时具有组队功能，实现位置共享及路线记忆等功能，并提供景点查询功能。该系统功能丰富，给使用者带来很大的便利。

导航GPS路线；记忆共享位置；Android

1.研究背景及意义

随着人们生活水平的提高，人们越来越热衷于到各地的旅游景点游玩，甚至是到深山、野外或原始森林进行探险，因此安全问题格外重要。目前各类导航产品琳琅满目，如百度、高德等地图导航软件，虽能为居住在城市乡镇的人们提供便捷贴心的服务，但在荒凉野外却有所欠缺。而日本IT行业巨头NEC开发的NEC909E手机中的大地领航者软件可实现野外导航，但导航功能单一，皆无法成为探险者心目中完善的野外探险的导航安全设备。

而本系统的出发点就是针对喜欢进行野外活动的人群，帮助使用者实时监测自身的情况及定位信息，准确掌握队友行踪。相对于传统的导航系统[1]，该导航系统是在实现基本功能的基础上，新增加了一些更实用的功能，如：个性化路线指南系统，只要是智能手机都能使用指南针准确判别当前所在位置的方向。新增的路线记忆功能，能有效记忆当前使用者走过的路途，帮助使用者走出迷途。另外，还设有队友组队、共享队员位置功能，能有效的解决队友掉队问题，时刻查询队友行踪，便于队伍进行分地探险活动。而新增景点信息推广功能，即可为探险的人群提供附近已知景点，为人群提供探险去处。以上这些都是目前大多数主流导航设备所暂缺的，这就是设计本系统的意义所在。

2.系统概述

本系统基于Android开源移动应用平台[2]，为实现精确定位和导航，采用了百度API[3]，云端数据库[4]等，结合软硬件实现实时监测方向，人体体温，环境温度，定位导航，路线记忆，共享位置和景点信息等功能，其主要针对的是喜欢进行野外活动的人群，能帮助使用者实时监测自身的情况及定位信息，能有效避免队员丢失，迷失方向等意外的发生，是一款实用性强、市场潜力大的智能导航系统。

3.系统详细设计与实现

整个导航系统主要是由硬件部分和软件部分组成。

硬件分为指南针、环境温度、人体脉搏、人体体温四部分，主要硬件有：DS18B20，PulseSensor，TN901等，这些设备体积小，易操作。为使用者方便携带，本系统将所用硬件与使用者的帽子缝合，实时准确地监测环境和人体情况，方便了使用者，同时软硬件的结合使结果显示在同一终端上，系统简单化，用户体验更好。

而软件部分则分为服务器端和客户端，本系统的服务器端主要通过Bomb的云平台实现，客户端用户界面设计则通过Andriod实现，主要分为五大模块：登录注册，定位导航，路线记忆，共享位置和景点信息。点击相应模块，即可实现相应的功能。界面简单，易操作。

3.1 系统的硬件设计

本系统主要使用DS18B20，PulseSensor，TN901等硬件，整体硬件框架图如图1所示。

图1系统硬件框架图

其中，环境温度检测由DS18B20数字温度传感器实现，此传感器耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，实时准确检测环境温度，使用者能正确、合理判断该地环境情况。

人体脉搏由光电反射式模拟传感器—PulseSensor测出，使用者将其佩戴于手指或耳垂等处，光电变换器的电信号变化周期就是脉搏率。通过导线连接可将采集到的模拟信号传输给MCU，简单的计算得出脉搏数值，根据脉搏数据得出身体的大致情况；而另一指标：体温，则使用不需与人体接触的TN901红外测温仪，通过热电堆测量出环境温度以及辐射物体的全波长热辐射确定物体的辐射温度，采用温度补偿技术快速、准确地测量出人的体温。相对于传统水银、电子体温计等，使用方便，不需接触身体就能测温，既卫生，又安全，并且具有高灵敏度、高精度、低功耗的优点。

另外，利用现代智能手机自带的指南针即可快速实现方向指南，不需额外增加硬件。

本系统将所有相关设备都与使用者的帽子缝合，采用STC12C5A60S2[5]和Arduino[6]单片机读取传感器的数值，通过蓝牙模块与手机相连，将数值发送到Android手机端App，手机接收数据后可显示在App上，使用者可自行选择是否查看和显示数据。操作简单，适合大多数野外探险人群使用，使整个系统走向大众化。

3.2 系统的软件实现

本系统的软件设计功能由服务器端和客户端相结合实现。软件部分主要是对用户界面五大模块的设计，如图2所示为本系统App的运行流程图。

图2App运行流程图

当用户打开App时，首先进入用户登录页面，若未注册，则点击注册按钮进入注册页面进行注册，再返回登录页面。登录成功后，进入用户主界面视图，该视图有八个选项可供选择，分别是指南针、环境温度、人体脉搏、人体体温、GPS定位、路线记忆，共享位置和景点信息，通过选择相应项执行相应功能，下面主要对软件的各个模块进行分析：

（1）登录注册：将手机App安装后，进入登录页面，若没注册，则先注册后登陆。此功能主要使用Bmob后端云数据库，写入用户数据和读取用户信息实现。登录时查询¬User表输入用户名和密码与该表的数据项匹配一致，则完成登录，进入主界面，如图3所示。

图3登录注册及主界面图

（2）GPS定位导航：利用目前百度地图，高德地图提供的免费接口及部分开源代码，我们可通过GPS、Internet实现定位。单独使用GPS定位，需要打开手机的GPS定位，适用于室外。单独采用Internet，只要联网即可。综合考虑，我们采用两者结合方式，即可准确、快速地实现定位功能。

（3）路线记忆：在进行野外导航时，为便于识别正确的方向，不易迷失，需要用到记忆路线功能。使用时打开定位，点击“开始记录”。当从定点出发，不断移动位置时，短时间内将不断更新经纬度信息，并与更新前一点相连，形成路线。只要位置更新，则不断连线，直到点击“停止记录”，所得到的路线信息将保存在SD卡文件中。点击“历史记录”，则可通过读取相应文件查看保存的路径，辅助使用者记忆路线。

（4）共享位置：探险活动中，组队探险很普遍，因此掌握队员位置信息很重要。利用好共享位置功能，可避免队员掉队等意外的发生，如图4所示。该功能主要通过对云端数据库中相应数据的增加、删除、修改、查找等操作实现。使用共享位置功能之前，需要创建队伍、加入队伍。实质上，每创建一个队伍，即是在后台创建一个新的属于自己队伍的表（自定义命名，如：Test），用于存放相关用户的信息。为能查询当前用户所加入的队伍，云端数据库中创建了一张存放每个用户加入的队伍信息的队伍列表teamArray。

在主界面中，每次点击进入“共享位置”，首先都会加载最新所在队伍的信息，即查询teamArray表，列出当前用户所有已加入的队伍，如图4-A所示。点击队伍名，即可跳转到该队伍相关信息的界面中，如图4-B所示。若点击“队员”，则可查询队伍中队员信息，如图4-C所示。而点击查看“队友位置分享”，即可实现“共享我的位置”和“加载队员位置”的功能。如图4-D、图4-E所示，分别展示了两种视图下队员所在的位置信息。

在图4-D或图4-E中，点击选择“共享我的位置”，即将当前自己位置的经纬度实时上传到该队伍对应的表中，若位置移动，则不断更新表中经纬度的数值，而此时其他队员就可以通过加载队员位置来获取到对方的当前位置，停止共享，则会停留在最新共享的位置。“加载队员位置”可实时查询当前队伍表中的所有用户的经度、纬度字段，获取到这些字段值和相对应的昵称字段值，在地图上将该坐标点标记并显示出来。

（5）景点信息：进行野外活动时，了解附近景点，能更好的帮助用户进行路线计划。在主界面点击“景点信息”后，可选择想要查询的城市查找附近景点，也可通过直接定位到当前城市查询景点相应信息，通过使用此功能，可以有效的帮助使用者找到最近的景点，计划探险路线，少走弯路。

本系统软件部分主要通过App界面进行操作，界面清晰明了，用户使用简单方便，主要适用于Android平台，实现大众化需求。其中共享位置功能更人性化，实现组队功能的同时，可共享队员位置，时刻掌握队员位置，给进行野外探险活动的队伍带来莫大的帮助，以免发生队员掉队，迷路等意外。

4.结论

本论文采用开源的安卓（Android）系统，百度API，云端数据库等，结合软硬件的使用，实现实时监测方向，人体体温，环境温度，定位导航，路线记忆，共享位置和景点信息等功能，着重介绍路线记忆，共享位置两大特色功能，能有效解决当前导航系统功能单一，不灵活等缺陷，本论文这款智能导航系统具有较高的实用价值，非常实用于喜欢户外运动的野外探险人群，方便携带，简单易操作，具有很大的市场潜力。

[1]吴欢.智能手机导航系统设计与实现[J].电子科技大学，2014.

[2]黄宏程，胡敏，陈如松.Android移动应用设计与开发[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[3]百度地图API.百度地图开放平台[EB/OL].http://baike. baidu.com/view/119320.htm.

[4]张振勇，文静华，基于架构的关系数据库与云端数据库比较分析[J].电脑知识与技术，2009.25.

[5]林倩，严桂林.基于STC12C5A60S2单片机的SD卡读写[J].新特器件应用，2010.04.

[6]汪婉君.基于Android/Arduino平台的智能蓝牙引路系统的设计与实现[J].西安电子科技大学，2014.

TP272

A

1009-5624（2016）06-0001-03

张秋晶 （1982-10）、女、苗族、湖南吉首人、工学博士、讲师、研究方向为：模拟集成电路设计、智能控制、控制理论与控制工程、邮箱：78061687@qq.com。