張艷紅，劉建煒

(福建幼兒師范高等?？茖W(xué)校 人文科學(xué)系，福建 福州 350013)

由于受生理和心理發(fā)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(qū)域死亡的事件時有發(fā)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(shù)手段和設(shè)備來監(jiān)護兒童的安全.利用設(shè)備和技術(shù)手段幫助兒童監(jiān)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(fā)生可起到很大的幫助.通訊技術(shù)、定位技術(shù)、地理信息技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展，為基于位置服務(wù)的兒童監(jiān)護提供了技術(shù)保障[2-5].近年來，智能手機越來越普及，開發(fā)基于智能手機的兒童定位追蹤的監(jiān)護系統(tǒng)，只要在兒童端和監(jiān)護者端的智能手機安裝相應(yīng)的應(yīng)用程序，企業(yè)、機構(gòu)或者政府架設(shè)服務(wù)器，提供基于位置的服務(wù)，家庭不需要增加額外的設(shè)備，即可滿足對兒童的基于位置服務(wù)的監(jiān)護功能.本文闡述這種基于智能手機客戶端與服務(wù)器的兒童定位追蹤系統(tǒng)的總體設(shè)計，以及各個部分的組成與需要實現(xiàn)的功能，并探討該模式的系統(tǒng)應(yīng)用方式與存在的主要問題.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

該模式的兒童定位追蹤系統(tǒng)由兒童與監(jiān)護者智能手機客戶端和提供位置服務(wù)的服務(wù)器構(gòu)成，整個系統(tǒng)的物理架構(gòu)如圖1所示.兒童端智能手機的軟硬件實現(xiàn)兒童位置的實時測定，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器；服務(wù)器負責(zé)存儲和管理被監(jiān)護對象的位置與軌跡信息、提供基于地圖的位置服務(wù)、負責(zé)用戶的管理、兒童監(jiān)護功能的實現(xiàn)；監(jiān)護者端的智能手機或平板電腦通過安裝客戶端監(jiān)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(jiān)護功能進行設(shè)置.

圖1 系統(tǒng)物理架構(gòu)

2 客戶端

2.1 兒童客戶端

(1)硬件設(shè)備.作為兒童端的智能手機，除了具備移動數(shù)據(jù)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(huán)境的適應(yīng)性[6].

(2)兒童端智能手機應(yīng)用軟件.兒童端應(yīng)用軟件由后臺服務(wù)程序及圖形用戶界面程序兩大模塊構(gòu)成，各模塊相應(yīng)子功能如圖2所示.在智能手機開機時自動啟動后臺服務(wù)，啟動定位、系統(tǒng)運行監(jiān)測、定位結(jié)果發(fā)送和短信監(jiān)聽功能，并將實時定位結(jié)果通過數(shù)據(jù)通訊傳輸?shù)街付ǖ姆?wù)器.圖形用戶界面子系統(tǒng)部分，可由操作者根據(jù)需要啟動和關(guān)閉.

后臺服務(wù)中的定位軟件模塊主要根據(jù)客戶端的硬件配置選擇定位方式并獲取最優(yōu)定位結(jié)果.軟件模塊首先啟動衛(wèi)星導(dǎo)航定位模塊進行定位，如果較長時間無法接收到衛(wèi)星信號則采用通訊基站進行定位，獲得較粗的定位結(jié)果.如果具備WiFi模塊，還可以將WiFi的定位信息發(fā)送到定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器返回定位結(jié)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(yōu)結(jié)果；系統(tǒng)運行監(jiān)測子模塊負責(zé)監(jiān)測客戶端后臺服務(wù)的運行狀況及客戶端設(shè)備傳感器的啟用情況，如果發(fā)現(xiàn)所需傳感器和服務(wù)被關(guān)閉，監(jiān)測模塊將調(diào)用指令生成與執(zhí)行模塊，開啟相應(yīng)的傳感器和后臺服務(wù)；短信監(jiān)聽與解析模塊可實現(xiàn)由監(jiān)護者發(fā)送短信到兒童手機，對兒童手機系統(tǒng)進行設(shè)置和獲取兒童手機當(dāng)前位置的功能.模塊負責(zé)對接收到的短信進行判斷，首先判斷是否是監(jiān)護者發(fā)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(guān)參數(shù)，調(diào)用指令生成與執(zhí)行模塊進行參數(shù)設(shè)置或者進行定位并將結(jié)果發(fā)送到監(jiān)護者.

圖2 兒童端應(yīng)用程序功能

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

2.2 監(jiān)護者客戶端

(1)硬件設(shè)備.作為監(jiān)護者客戶端的智能手機，除了具備移動數(shù)據(jù)通訊模塊外，如果具備WiFi模塊可通過其接入網(wǎng)絡(luò)，提高數(shù)據(jù)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(jiān)護者客戶端應(yīng)用軟件，并進行注冊與適當(dāng)?shù)脑O(shè)置即可實現(xiàn)對兒童的實時監(jiān)護.

(2)監(jiān)護者客戶端智能手機應(yīng)用軟件.監(jiān)護者客戶端應(yīng)用軟件通過網(wǎng)絡(luò)連接到服務(wù)器，獲取服務(wù)器上兒童的實時位置及歷史軌跡數(shù)據(jù)，在應(yīng)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(jiān)護者客戶端應(yīng)用程序需要實現(xiàn)的最主要功能為位置追蹤、軌跡回放與地理圍欄設(shè)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(nèi)的兒童活動軌跡，方便發(fā)現(xiàn)兒童的活動規(guī)律與異常行為；地理圍欄通過設(shè)置一些多邊形區(qū)域，將其上傳存儲到服務(wù)器，如果兒童的位置超出或者進入這些區(qū)域(地理圍欄可以設(shè)置為兩種類型，一種為禁區(qū)，防止兒童靠近的地區(qū)，另一種為活動區(qū)，即兒童的正?；顒臃秶?，服務(wù)器會給監(jiān)護者的手機發(fā)送預(yù)警短信或者向監(jiān)護者客戶端軟件發(fā)送信息，啟動提示功能.軟件其他的一些常規(guī)功能有地圖操作(移動地圖、放大縮小地圖)、系統(tǒng)設(shè)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(jiān)護者信息、添加兒童端設(shè)備)等.

圖3 監(jiān)護者客戶端應(yīng)用程序功能

3 服務(wù)器

根據(jù)功能的不同，服務(wù)器可細分為Web服務(wù)器、DB服務(wù)器、定位服務(wù)器與GIS(Geographical Information System)服務(wù)器等.服務(wù)器端的體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，通過服務(wù)器端的LBS(Location Base Services)應(yīng)用提供基于位置的服務(wù)，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(quán)限管理功能，管理監(jiān)護者查看兒童端實時位置與軌跡的相關(guān)權(quán)限；通過LBS接口，兒童端應(yīng)用可以將定位數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)椒?wù)器端進行存儲，監(jiān)護者端的應(yīng)用可以調(diào)用服務(wù)器端的數(shù)據(jù)與服務(wù)，在監(jiān)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(wù)器端體系結(jié)構(gòu)

4 總結(jié)與展望

基于客戶端服務(wù)器模式的兒童定位追蹤系統(tǒng)中，兒童端定位系統(tǒng)的精度與環(huán)境適應(yīng)性是很重要的一個性能指標(biāo)，直接影響整個系統(tǒng)的最終性能，由于目前的各種移動定位系統(tǒng)各有其使用的最佳環(huán)境，難有一種定位技術(shù)可以適應(yīng)兒童活動室內(nèi)外交替進行的情形，建議采用混合定位的技術(shù)，如采用GPS與移動通訊網(wǎng)絡(luò)、WiFi、慣性導(dǎo)航中的一種或者幾種進行組合定位，提高定位結(jié)果的可靠性.服務(wù)器可以由政府或企業(yè)進行構(gòu)建，并開發(fā)相應(yīng)的服務(wù)器端應(yīng)用，建議國家或地方政府進行投資建設(shè)，免費提供給廣大家庭使用，這也有利于監(jiān)護者與被監(jiān)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(tǒng)可以讓監(jiān)護者實時了解兒童的位置，并分析兒童的歷史活動規(guī)律，對于預(yù)防兒童丟失、協(xié)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.

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