劉 暢，張俊龍，薛靜怡，胡 楊，張 旭

（河南師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007）

一直以來，人們對于博物館、候機(jī)樓、大型倉庫等布局較為復(fù)雜的室內(nèi)場所的定位有著強(qiáng)烈的需求[1]。近些年WiFi定位技術(shù)發(fā)展十分迅速，Android手機(jī)也已成為人們生活的必備品，所以本文擬采用WiFi室內(nèi)定位技術(shù)與Android系統(tǒng)相結(jié)合開發(fā)一套更簡單化、人性化、全面化、精確化、智能化的大型博物館智能導(dǎo)航系統(tǒng)，以滿足游客的參觀需求。

1 Android平臺(tái)的介紹

由于Android的源代碼是對外開放的，且基本適用于便攜式的智能產(chǎn)品，所以很符合本實(shí)驗(yàn)的要求。Android操作系統(tǒng)采用的是分層結(jié)構(gòu)，如圖1所示，從架構(gòu)圖來看，Android一共劃分為4層，從低到高分別為Linux內(nèi)核層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層、應(yīng)用程序框架層和應(yīng)用程序?qū)覽2]。本文按照面向的人群和功能結(jié)構(gòu)將Android操作系統(tǒng)劃分為3部分。

應(yīng)用部分：在這個(gè)部分用戶可以選擇操作Android設(shè)備上的所有應(yīng)用程序，它是面向廣大用戶的部分。

核心部分：這個(gè)部分是面向開發(fā)者的，主要包括核心類庫、運(yùn)行時(shí)間、應(yīng)用的框架等。若要體現(xiàn)系統(tǒng)的核心功能，開發(fā)者就必須要以這部分為核心進(jìn)行應(yīng)用的開發(fā)。

底層部分：這部分是進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，但一般只有硬件廠商會(huì)接觸這一部分內(nèi)容，本實(shí)驗(yàn)并不涉及這一部分內(nèi)容，所以就不加以敘述。

2 WiFi定位的對比和選擇

由于近些年來許多學(xué)者都研究過基于WiFi的定位系統(tǒng)，越來越多的定位方式被開發(fā)，但根據(jù)定位算法的實(shí)現(xiàn)位置，可以將系統(tǒng)大致分為兩大類：基于單客戶端的結(jié)構(gòu)和基于服務(wù)器的結(jié)構(gòu)[3]。下面對這兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹和對比，并說明選擇的結(jié)構(gòu)和原因。

圖1 Android架構(gòu)

2.1 基于WiFi的兩種定位系統(tǒng)

2.1.1 單客戶端結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)是把所有的應(yīng)用程序和功能都在客戶端實(shí)現(xiàn)，主要是以智能手機(jī)為客戶端。從接收的信號強(qiáng)度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）的采集、地圖的導(dǎo)入、發(fā)送定位的請求、計(jì)算估計(jì)出用戶的位置、結(jié)果的顯示等這些功能，都是在用戶的智能終端獨(dú)立完成的。

該系統(tǒng)的三大優(yōu)勢是：（1）用戶僅需一臺(tái)智能手機(jī)即可完成，不需要額外的設(shè)備。（2）由于不需要連接服務(wù)器，網(wǎng)上的交互信息也會(huì)減少，這樣在一定程度上也保證了網(wǎng)絡(luò)的安全。（3）因?yàn)樗械乃惴?、定位等模塊都是在客戶端上進(jìn)行，不需要網(wǎng)絡(luò)通信，所以減小了手機(jī)的耗電速度。

該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是由于整個(gè)發(fā)送請求、計(jì)算、顯示都發(fā)生在客戶端，所以會(huì)占用較多的手機(jī)內(nèi)存，導(dǎo)致運(yùn)行速度較慢。

2.1.2 基于服務(wù)器的結(jié)構(gòu)

這個(gè)結(jié)構(gòu)對客戶端和服務(wù)端有不同的分工，需要兩者相互配合著完成定位。其結(jié)構(gòu)先在服務(wù)器端輸入去燥和定位的公式，由客戶端采集定位區(qū)域內(nèi)RSSI的信號強(qiáng)度，用戶在客戶端輸入定位請求后，再由客戶端將請求信息和收集來的RSSI信號強(qiáng)度值一并傳入服務(wù)器。最后服務(wù)端根據(jù)提前錄入的公式對信號進(jìn)行計(jì)算，并將定位結(jié)果發(fā)送到客戶端。

因?yàn)榭蛻舳送ǔＪ侵悄苁謾C(jī)，內(nèi)存較小，而進(jìn)行復(fù)雜的定位算法需要占用很大的空間，所以將數(shù)據(jù)傳入服務(wù)器中進(jìn)行計(jì)算可以節(jié)省客戶端的空間，從而使用戶能更快地得到位置信息，確保實(shí)效性。此外，這種結(jié)構(gòu)的推廣性很強(qiáng)，在遇到系統(tǒng)升級時(shí)，只要將服務(wù)器升級即可，不需要客戶端更新。

相對的，這種結(jié)構(gòu)也存在不足。比如，該結(jié)構(gòu)需要用戶通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行注冊和登錄，這樣就容易引發(fā)網(wǎng)絡(luò)安全方面的問題。再者，由于RSSI信號強(qiáng)度和運(yùn)算結(jié)果的顯示都需要通過網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)欠佳的地方就無法準(zhǔn)確地得到位置信息。同時(shí)，這樣會(huì)增加手機(jī)的耗電量。

2.2 結(jié)構(gòu)的選擇

通過對這兩種結(jié)構(gòu)的比較，基于服務(wù)器的結(jié)構(gòu)更加適合本文的設(shè)計(jì)理念。首先，從本系統(tǒng)運(yùn)用的環(huán)境來講，博物館是個(gè)客流量大的地方，選用此結(jié)構(gòu)游客可以更快地獲得位置信息，且由服務(wù)器統(tǒng)一運(yùn)算，由于手機(jī)型號的不同導(dǎo)致的誤差會(huì)減小。其次，大多數(shù)博物館的WiFi網(wǎng)絡(luò)覆蓋網(wǎng)全、速度快，不用擔(dān)心沒網(wǎng)的問題。即便這種結(jié)構(gòu)耗電較快，博物館休息區(qū)內(nèi)都有充電的地方，游客可以及時(shí)給手機(jī)充電。最后，本設(shè)計(jì)計(jì)劃的有用戶交流的版塊，大家注冊登錄后可以相互溝通，談?wù)剬Σ┪镳^或某件展品的看法。綜上，本文計(jì)劃用服務(wù)器的結(jié)構(gòu)來完成項(xiàng)目。

3 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

這款A(yù)PP是以Android系統(tǒng)為載體，博物館導(dǎo)覽為背景，Java為程序語言進(jìn)行編寫。除了WiFi定位功能外，還有展品的信息查詢以及用戶交流。游客可以根據(jù)喜好的展品類型和用戶評價(jià)提前規(guī)劃好路線。這樣不僅能節(jié)省游客的時(shí)間，博物館還能從用戶交流中更直觀地了解游客的感受，從而改進(jìn)不足。

APP的首頁由定位系統(tǒng)、展品介紹和展館平面圖3個(gè)部分組成，如圖2所示。

圖2 APP界面

（1）定位系統(tǒng)：基于位置指紋算法的WiFi室內(nèi)定位，根據(jù)客戶端發(fā)送的定位請求，推送出用戶的實(shí)時(shí)位置。

（2）展品介紹：當(dāng)用戶看到某個(gè)感興趣的展品時(shí)，可在界面內(nèi)輸入展品的名稱，點(diǎn)擊搜索便可得到展品的信息。這既能滿足游客的好奇心，又能學(xué)習(xí)知識(shí)。如圖3所示。

圖3 展品介紹

（3）展館平面圖：為游客提供宏觀的博物館地圖，以便游客進(jìn)行線路規(guī)劃。

有了這個(gè)導(dǎo)覽系統(tǒng)，游客在事先沒有計(jì)劃或沒用導(dǎo)游的情況下也可以自己規(guī)劃路線、了解展品的詳細(xì)信息，不用像以前那樣見到喜歡的展品也無從了解。

4 結(jié)語

科技改變生活，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在不斷地滲透到人們的生活中。本課題是物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)際停放博物館導(dǎo)覽范疇內(nèi)的應(yīng)用，目的是為參觀者節(jié)省尋找想要觀賞文物位置的時(shí)間、提高生活效率。本文將WiFi室內(nèi)定位技術(shù)與APP相結(jié)合，節(jié)省客戶時(shí)間以達(dá)成提高參觀效率這一目標(biāo)?？紤]到定位的精準(zhǔn)度，選擇了基于RSSI的指紋定位方法。根據(jù)博物館的客流量較大，選擇了基于服務(wù)器的結(jié)構(gòu)。有了這款A(yù)PP不但可以節(jié)省游客的時(shí)間，還可以讓游客了解到更多的展品信息，大大提高了游覽的效率。

[1]李亞南.基于Android手機(jī)的WiFi定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].青島：中國石油大學(xué)（華東），2015.

[2]倪紅軍.基于Android平臺(tái)的消息推送研究與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014（5）：96-100.

[3]賈海祎.基于WiFi網(wǎng)絡(luò)的智能手機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究[D].合肥：安徽工業(yè)大學(xué)，2016.