基于Android平台的城市环境监督反馈系统设计与实现*

张 青， 任 宏

(沈阳航空航天大学 设计艺术学院，辽宁 沈阳 110136)

视频监控系统由于监控直观、使用方便，以及信息量大等优点，在交通、国防、公共安全等领域广泛应用.然而，传统视频监控技术对人力、物力乃至财力的要求都相对较大，且无法满足用户在临时场景以及应急场景等情况下的监控需求.随着智能手机等移动终端设备的迅速普及，以及其在计算性能、处理性能乃至存储性能上的优异表现，人们对于移动视频监控的需求日益强烈[1-4].其中，谷歌公司2007年推出Android开放源码，随后该操作系统迅速风靡全球[5].近年来，已经有一些研究人员研究并实现了基于Android平台的监控系统.其中，文献[6]设计了一款基于Android平台的多参数实时监测的家居环境监测系统.文献[7]设计了一款基于Android平台的手机远程监控系统.文献[8]基于Android的野外分布式监测系统分中心的实现，对整个分布式监测系统总体结构进行设计，介绍了监测区域和远端监控中心基本功能与构成；分析Android平台作为整个分布式监测系统的分中心，在系统网络通信系统中担任的桥梁作用，实现底层无线传感网络蓝牙串口通信，并利用自身丰富的网络资源实现入网，解决了系统网络协议转换及数据透明传输.

为了更加有利于环境保护，设计并实现了一套基于Android平台的城市环境监督反馈系统.该系统基于Android平台开发，利用JAVA语言和Android studio开发编辑工具，设计完成Android移动设备对城市环境数据的实时监控.本文设计了客户端，当用户登录客户端主界面的用户登录单元时填写账号和密码，即可完成登录直接使用该软件获取实时环境监测数据，并可在一定情况下进行反馈.实验证明，该系统能直观地将城市环境监控数据显示在Android移动客户端，有较强的实用性和推广应用前景.

1 系统软件的总体设计

整个系统的结构分为数据采集号、数据处理层和用户呈现层三个部分(见图1).其中，数据采集层利用布局在不同区域的传感器节点，将所收集的环境参数经由无线网络协议堆栈发送到终端的核心处理器.传感器节点使用单向数据传输技术来收集数据，保证应用系统的安全性.在将传感器节点收集的数据信息进行模数变换之后，数据处理层将数据信息传送给存储模块，以检测与数据存储装置同时的安全信息.确认数据库中预设的正常范围，并确认警报设备是否被触发.用户呈现层与Android智能终端的图形接口一起显示.终端用户通过该接口请求数据，最后将数据由数据库调出呈现给用户.

2 服务器端软件开发

为了实现基于Android平台的城市环境监督反馈系统的设计.首先要在搭建开发环境之前，进行主要功能需求分析，其中，服务器(安装Windows操作系统，CPU主频在1.8 GHz以上，配置2 GB以上内存)运行实时环境监测数据获取程序以及Web Service.为了及时将实时监测数据呈现给用户，通过WiFi无线网络向服务器发起JSON数据请求，采用JSON数据交换方式获取服务器端实时数据.当用户实现登录，服务器即可发送实时环境监测数据给用户，用户通过刷新获取Android移动设备上显示的实时环境监测数据，Android平台系统架构如图2所示.

计算机将无线传感器网络节点连接，并接收数据以用于查询和分析Web服务的服务器.服务器执行数据接收程序，收集城市实时环境监测数据，并将其存储在数据库中.数据接收程序使用VC++开发工具来开发.DAO模式可以将上层的业务逻辑与底层数据访问操作分开，作为标准J2EE设计模式之一，本文使用该模式构建数据库访问层.网络服务程序采用JAVA语言，使用DAO设计模式.

3 客户端设计实现

3.1 开发环境

本文构建了由“JDK( JAVA development kit) + Android studio +ADT( Android development tools) + Android SDK(software development kit)”组成的通用Dev开发环境.其中，JDK包括了JAVA工具和JAVA基础的类库以及JAVA运行环境.Android SDK是用于开发基于Android操作系统的第三方软件，是由Google提供的完全开放源代码的安卓专属软件开发工具包.Android studio是Android应用程序开发环境.ADT则是支持安卓工程和工具的通用插件.Android studio开发环境如图3所示.

3.2 客户端软件开发

在使用该客户端之前，用户需要先在登录单元进行账户注册，设置账号以及密码.用户登录时填写账号和密码，即可完成登录.系统采用嵌入式关系型SQLite 3数据库，该数据库保存了添加区域的经纬度信息.而添加区域地理信息是通过移动设备自带的GPS装置得到.程序中使用了高德地图SDK中的MyLocationListenner( )监听函数获取顶点处经纬度数据.

用户通过在主界面点击选择不同区域，在上方输入位置数据可实时添加传感器，再点击“确认选择”即显示该区域地图，并显示传感器位置标识及环境监测数据.该系统可随时添加新区域进行环境数据监测，当用户点击主界面中“区域添加”按钮，即可在出现的输入区域添加新的区域名称及地理数据，这样就完成了新区域的添加.如果用户想删除某个区域，只需点击“删除区域”按钮并选中该区域，系统就能删除该区域的地理数据.

为了客观反映实时的区域空气质量，本文使用模糊数学方法[9-10]进行空气质量综合评价.当实时监控数据显示出现污染现象，用户可随时发送指令给监管者，通过监管者反映给相关部门，达到及时处理的目的.模糊数学模型的建立分为确定权重集和确定隶属度向量两步：

(1) 确定权重集. 一般情况下各个因子Ui都要指定一个相应的权重ai(i=0,1,…,n)，并凭借该权重来构成权重向量A.ai=ai′/∑ai′，ai′=Ci/Csi，式中：Csi是因子Ui不同等级空气质量标准的算术平均值，Ci是因子Ui实际测量的浓度值.模糊权重集：A={a1,a2,…,ai,…,an}.

(2) 确定隶属度向量A. 如果空气质量分为m个等级，那么R=(1,2,…,m).假定隶属度函数是线性函数，用Xi来标记空气质量中要素的第i种污染物的实际测量值，而Xi在环境空气质量等级j的隶属函数可表示为如下形式：

采用隶属度函数进行空气质量评价，提高了评价的科学性.

4 实 验

为了验证提出系统的有效性，在沈阳航空航天大学周边街道安装并运行，测试环境网络架构见图4.验证表明，系统在可靠性和移动性等方面效果十分显著.采用华为荣耀手机设备，安装了Android 7.0版本的系统，本文设计的监测系统能兼容所有版本的Android系统.测试中，在运行Android系统华为荣耀手机设备上安装本文设计的移动实时监测APP.在安装该客户端软件之后，便可直观显示各传感器位置、街道地图及实时环境监测数据等内容.

5 结束语

随着智能手机等移动终端设备的迅速普及，以及其在计算性能、处理性能乃至存储性能上的优异表现，人们对于移动视频监控的需求日益强烈.本文设计并实现了一套基于Android平台的城市环境监督反馈系统，采用“JDK + Android studio + Android SDK + ADT”和SQLite3构建了系统的通用开发环境.该系统利用JAVA语言和Android studio开发编辑工具，设计完成Android移动设备对城市环境数据的实时监控.用户在其移动设备的客户端登录时，填写账号和密码，即可完成登录，直接使用该软件获取实时环境监测数据，并可在一定情况下进行反馈.实验证明，该系统能直观地将环境监控数据显示在Android移动设备上.