基于Android與百度地圖的智能報(bào)警系統(tǒng)

丁一，金華，李允俊

(延邊大學(xué) 工學(xué)院，延吉 133002)

基于Android與百度地圖的智能報(bào)警系統(tǒng)

丁一，金華，李允俊

(延邊大學(xué) 工學(xué)院，延吉 133002)

本文針對(duì)打電話報(bào)警的局限性，設(shè)計(jì)了一種基于Android的智能報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合Android SDK和百度地圖API，運(yùn)用定位技術(shù)和GPRS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了集定位、音視頻錄制、地圖顯示和搖一搖觸發(fā)報(bào)警等功能為一體的智能報(bào)警系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、結(jié)果準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

智能報(bào)警系統(tǒng)；Android；定位

引 言

報(bào)警是每個(gè)人生活中的基本生存技能之一,能夠及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)警，可以保障人身、財(cái)產(chǎn)安全，以及其他權(quán)利免受損失。目前報(bào)警方式以打電話為主，其局限性主要表現(xiàn)為3個(gè)方面：其一，突發(fā)事件地點(diǎn)隨機(jī)，通常無(wú)法準(zhǔn)確詳細(xì)地描述事件發(fā)生位置；其二，遇到綁架、搶劫、暴力等威脅時(shí)，受害人無(wú)法通過(guò)打電話報(bào)警；其三，難以及時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)法提供現(xiàn)場(chǎng)證據(jù)。

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)架圖

針對(duì)電話報(bào)警的局限性，本文設(shè)計(jì)了一種基于Android設(shè)備終端的報(bào)警系統(tǒng)。Android是一種基于Linux的開(kāi)源操作系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的應(yīng)用層API和傳感器控制功能[1]。選用Android終端進(jìn)行開(kāi)發(fā)，不僅使報(bào)警操作簡(jiǎn)便，而且還具有GPS定位、自動(dòng)撥打報(bào)警電話和錄制現(xiàn)場(chǎng)視頻的功能，從而在一定程度上避免了目前打電話報(bào)警的弊端。接警中心監(jiān)控屏幕上可以直觀顯示報(bào)警地點(diǎn)，方便警方出警。該系統(tǒng)也可以擴(kuò)展到其他應(yīng)用上，例如老人、小孩監(jiān)護(hù)和智能醫(yī)療救護(hù)等，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括報(bào)警客戶端和接警服務(wù)器端兩部分。當(dāng)用戶遇到危險(xiǎn)時(shí)，報(bào)警客戶端通過(guò)智能手機(jī)進(jìn)行定位。定位到經(jīng)緯度數(shù)據(jù)之后，以短信形式發(fā)送給接警中心，同時(shí)自動(dòng)撥打報(bào)警電話。接警服務(wù)器端監(jiān)聽(tīng)并接收?qǐng)?bào)警信息，同時(shí)在地圖上顯示事故發(fā)生位置，規(guī)劃出警路線，以便警務(wù)人員在第一時(shí)間做出反應(yīng)，提高出警效率。報(bào)警結(jié)束后，將此條報(bào)警記錄和電話錄音保存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。該智能報(bào)警系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件

報(bào)警客戶端采用具有GPS定位、GPRS通信和網(wǎng)絡(luò)連接功能的Android智能手機(jī)。接警服務(wù)器端的主控制臺(tái)采用基于S3C6410X核心板的Android 3G開(kāi)發(fā)平臺(tái)。S3C6410X含有多個(gè)強(qiáng)大的硬件加速器，適合音視頻、2D圖形、顯示運(yùn)算等應(yīng)用。通過(guò)對(duì)Android操作系統(tǒng)進(jìn)行裁減和移植，對(duì)不同模塊的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行配置，該平臺(tái)可以使用板載的DM9000A上網(wǎng)、擴(kuò)展Wi-Fi模塊和GSM/GPRS模塊，以及使用VGA接口連接投影，為接警服務(wù)器端的開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)大的硬件支持。

系統(tǒng)的擴(kuò)展硬件資源主要有：SIM300 GPRS模塊，通過(guò)RS-232接口與核心板連接，實(shí)現(xiàn)短信和通話的功能；TL-WN321G+Wi-Fi模塊，通過(guò)USB接口與核心板連接，為開(kāi)發(fā)板提供網(wǎng)絡(luò)支持。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 硬件結(jié)構(gòu)圖

接警服務(wù)器端的GPRS通信模塊采用的是SIM300，具有GSM/GPRS雙頻模塊，內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)語(yǔ)音、短信、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸[2]。SIM300提供了標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行接口，可以與Android 3G開(kāi)發(fā)平臺(tái)連接。Android 3G開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用16C550芯片擴(kuò)展串口來(lái)控制GPRS功能單元電路。使用GPRS通信模塊之前，需要在內(nèi)核中添加16C550設(shè)備驅(qū)動(dòng)支持，這樣Android 3G開(kāi)發(fā)平臺(tái)就可以通過(guò)串行口使用AT命令對(duì)SIM300進(jìn)行電話操作。本系統(tǒng)中用到的AT命令集如表1所列。

表1 AT命令集

Wi-Fi作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)之一，其主要特性表現(xiàn)為傳輸速度快、可靠性高、組網(wǎng)方便。本設(shè)計(jì)使用TL-WN321G+作為拓展的Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)卡模塊，對(duì)Linux系統(tǒng)上USB無(wú)線網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行分析和移植，使接警終端具備加載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接的功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 報(bào)警客戶端設(shè)計(jì)

緊急情況隨時(shí)都可能發(fā)生，這就要求應(yīng)用軟件必須兼顧穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性?？蛻舳藞?bào)警程序的設(shè)計(jì)分為普通報(bào)警和緊急報(bào)警兩種。在普通報(bào)警情形下，用戶主動(dòng)觸發(fā)該應(yīng)用程序，選擇適合的報(bào)警類型(例如火警、醫(yī)療救護(hù)等)進(jìn)行報(bào)警，也可以選擇是否進(jìn)行視頻錄制；在緊急報(bào)警(如綁架、搶劫等)的情形下，用戶來(lái)不及操作手機(jī)，這時(shí)用戶可以劇烈搖晃手機(jī)，程序監(jiān)測(cè)手機(jī)重力感應(yīng)器，當(dāng)重力加速度達(dá)到所設(shè)置的閾值后，自動(dòng)向110報(bào)警中心報(bào)警，并進(jìn)行視頻錄制。手機(jī)報(bào)警端軟件總體工作流程如圖3所示。

圖3 手機(jī)報(bào)警端軟件總體工作流程

3.2 接警服務(wù)器端設(shè)計(jì)

接警服務(wù)器端的工作主要包括監(jiān)聽(tīng)報(bào)警、接電話并錄音、讀取短信并解析經(jīng)緯度，以及在地圖上顯示報(bào)警地點(diǎn)等。后臺(tái)服務(wù)器一直在運(yùn)行，始終監(jiān)聽(tīng)報(bào)警信息。當(dāng)接到報(bào)警時(shí)，首先接警終端發(fā)出報(bào)警提示音，接聽(tīng)報(bào)警電話后，監(jiān)聽(tīng)通話內(nèi)容并錄音，然后讀取報(bào)警短信，解析出短信中的經(jīng)緯度信息，最后將經(jīng)緯度信息寫(xiě)入百度地圖中，在地圖上顯示出報(bào)警的具體位置。接警終端軟件總體工作流程如圖4所示。

圖4 接警終端軟件總體工作流程

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 定位技術(shù)在Android終端的實(shí)現(xiàn)

本報(bào)警系統(tǒng)采用百度地圖API進(jìn)行GPS定位操作和地圖操作。百度地圖API官網(wǎng)提供了已經(jīng)封裝好的SDK，其中包括定位和地圖相關(guān)的接口，利用設(shè)備當(dāng)前的GPS信息(GPS定位)、基站信息(基站定位)和Wi-Fi信息(Wi-Fi定位)共同完成定位。GPS定位精度最高，平均精度在10 m左右，但定位時(shí)間較長(zhǎng)，且受環(huán)境影響較大，例如有建筑物遮擋時(shí)終端就會(huì)由于搜索不到衛(wèi)星而定位失敗。

基站定位是利用基站對(duì)手機(jī)距離的測(cè)算來(lái)確定手機(jī)位置的，其定位精度很大程度上依賴于基站的密度[4]，平均精度為200 m，利用地面移動(dòng)基站對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行輔助，在某些衛(wèi)星信號(hào)較差的情況下，也能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)的快速捕獲和用戶的快速定位[5]。Wi-Fi定位是根據(jù)設(shè)備獲取的Wi-Fi信息進(jìn)行定位，平均精度為20 m。百度地圖SDK將這3種定位方法結(jié)合起來(lái)，使用戶無(wú)論在室內(nèi)還是室外都可以成功定位。使用百度地圖API，可以在報(bào)警端結(jié)合以上3種定位方式進(jìn)行定位，也可以實(shí)現(xiàn)接警端的地圖顯示功能，符合智能報(bào)警系統(tǒng)的需要。

使用地圖API之前首先要申請(qǐng)密鑰，進(jìn)行官方授權(quán)確認(rèn)。官方確認(rèn)需要聯(lián)網(wǎng)才能進(jìn)行，當(dāng)檢測(cè)到當(dāng)前終端未聯(lián)網(wǎng)時(shí)會(huì)給出相應(yīng)提示，然后設(shè)置客戶端定位選項(xiàng)，例如是否打開(kāi)GPS、設(shè)置坐標(biāo)類型等，最后開(kāi)始注冊(cè)監(jiān)聽(tīng)定位，利用百度地圖API中相應(yīng)方法，可以獲取緯度、經(jīng)度、當(dāng)前城市、當(dāng)前縣區(qū)和地址等信息。

接警服務(wù)器端不需要定位操作，只需在讀取到報(bào)警人的經(jīng)緯度后，將坐標(biāo)在地圖上標(biāo)記出來(lái)。這要用到百度地圖的控件MapView，并對(duì)地圖進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。經(jīng)緯度在地圖上顯示的實(shí)現(xiàn)方法如下：

MapController.animateTo(new GeoPoint(緯度, 經(jīng)度,...));

4.2 GPRS通信模塊的實(shí)現(xiàn)

Android SDK已經(jīng)對(duì)GPRS通信操作進(jìn)行了封裝，包括發(fā)送短信、打電話、發(fā)送Email等。短信功能和通話功能需要在AndroidManifest文件里添加相應(yīng)權(quán)限后，調(diào)用封裝好的相關(guān)函數(shù)。打電話功能采用了Android系統(tǒng)自帶的打電話Intent，通過(guò)Intent對(duì)象使用Intent.ACTION_CALL，直接從當(dāng)前活動(dòng)跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)通話界面，并用Uri.parse()方法將報(bào)警電話號(hào)碼帶入。

為了提高報(bào)警的準(zhǔn)確性，方便接警端對(duì)短信數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，本系統(tǒng)對(duì)短信的格式定義如下：

開(kāi)頭分隔符數(shù)據(jù)1分隔符數(shù)據(jù)2分隔符數(shù)據(jù)3分隔符結(jié)尾

短信格式的開(kāi)頭設(shè)計(jì)為字符“Alarm”，接警終端只接收以字符“Alarm”作為開(kāi)頭的短信，并對(duì)該類短信進(jìn)行解析，其他短信全部過(guò)濾掉，一定程度上可以解決短信誤報(bào)的問(wèn)題。數(shù)據(jù)1代表報(bào)警類型：“1”代表110報(bào)警中心，“2”代表120醫(yī)療救護(hù)中心，“3”代表119火警中心，“4”代表122交通事故中心。數(shù)據(jù)2代表定位后得到的緯度，數(shù)據(jù)3代表經(jīng)度。由于市場(chǎng)上有些手機(jī)發(fā)送短信會(huì)在結(jié)尾處加上一些默認(rèn)字符，為了防止這樣字符造成干擾，短信以字符“tail”作為結(jié)尾，接警服務(wù)器端只解析tail之前的字符，從而避免這一問(wèn)題。不同的數(shù)據(jù)之間采用“!”作為分隔符，將不同類型的數(shù)據(jù)分隔開(kāi)，接警服務(wù)器端可以通過(guò)split()函數(shù)把不同數(shù)據(jù)解析出來(lái)，方便處理。

4.3 通話錄音和視頻錄制

接警服務(wù)器端需要對(duì)報(bào)警電話內(nèi)容進(jìn)行錄制，存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)以備使用。通話錄音程序在后臺(tái)對(duì)電話進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，它需要TelephonyManager獲取手機(jī)狀態(tài)，然后在不同的手機(jī)狀態(tài)下用MediaRecorder做錄音處理。在監(jiān)聽(tīng)手機(jī)狀態(tài)之前，先通過(guò)File類創(chuàng)建錄音保存路徑和保存文件夾。電話打進(jìn)來(lái)時(shí)，等待錄音狀態(tài)；電話接聽(tīng)后，創(chuàng)建新的MediaRecorder，同時(shí)創(chuàng)建保存錄音信息的音頻文件；獲取MIC后，調(diào)用底層錄音設(shè)備，開(kāi)始錄音；當(dāng)電話掛斷時(shí)，停止并保存錄音，清除緩存。

報(bào)警客戶端要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視頻的錄制。由于目前我國(guó)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率依然較慢，在短信和電話報(bào)警的同時(shí)將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇泳耸遣滑F(xiàn)實(shí)的，因此將錄制的視頻保存在本地。首先在本地建立文件夾，然后設(shè)置視頻攝像頭和麥克風(fēng)資源，通過(guò)start()方法開(kāi)始視頻錄制。對(duì)視頻錄制模塊設(shè)置單獨(dú)的線程，使報(bào)警和視頻錄制并行實(shí)現(xiàn)。視頻錄制需要在AndroidManifest文件中聲明使用權(quán)限，并對(duì)額外使用的硬件屬性進(jìn)行聲明，例如：

和。

4.4 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性問(wèn)題

報(bào)警系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求很高，因此本設(shè)計(jì)采用多線程機(jī)制保證各子模塊及時(shí)并行完成任務(wù)。報(bào)警客戶端包括GPS定位線程、GPRS通信線程及視頻錄制線程。定位時(shí)間會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和信號(hào)強(qiáng)度的影響，例如在網(wǎng)絡(luò)連接不暢和手機(jī)信號(hào)較弱的情況下，定位時(shí)間較長(zhǎng)。為了防止定位還未成功就發(fā)送報(bào)警信息，需要對(duì)GPRS通信線程進(jìn)行延時(shí)操作。在獲得定位數(shù)據(jù)之前，GPRS線程處于阻塞狀態(tài)，繼續(xù)等待定位數(shù)據(jù)，此時(shí)GPS線程和視頻錄制線程交替呈現(xiàn)就緒和運(yùn)行狀態(tài)；獲取到定位數(shù)據(jù)后，GPS線程變?yōu)樽枞麪顟B(tài)，此時(shí)GPRS通信線程和視頻錄制線程交替呈現(xiàn)就緒和運(yùn)行狀態(tài)。報(bào)警端線程狀態(tài)如圖5所示。接警端與報(bào)警端類似，這里不再贅述。

圖5 報(bào)警端線程狀態(tài)

圖6 報(bào)警手機(jī)客戶端

5 測(cè)試與結(jié)果

筆者在Android智能手機(jī)和Android 3G開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行報(bào)警、接警測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖6和圖7所示。測(cè)試結(jié)果表明，在GPRS和3G網(wǎng)絡(luò)連接通暢的情況下，戶外報(bào)警平均精度達(dá)到10 m，室內(nèi)報(bào)警平均精度達(dá)到80 m，在有Wi-Fi連接的情況下，定位精度會(huì)進(jìn)一步提高。接警服務(wù)器端可以處理多個(gè)報(bào)警信息，地圖顯示準(zhǔn)確，路徑規(guī)劃顯示正常，通話錄音正常。

圖7 接警服務(wù)器端

結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Android終端的智能報(bào)警系統(tǒng)，將百度地圖API巧妙運(yùn)用到報(bào)警系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了定位和地圖的顯示；運(yùn)用Android SDK實(shí)現(xiàn)音視頻的錄制和存儲(chǔ)；運(yùn)用GPRS通信和網(wǎng)絡(luò)通信等手段，將報(bào)警端、接警端、PC后臺(tái)服務(wù)器三者相互聯(lián)系，實(shí)時(shí)通信。

[1] 耿東久,索岳,陳渝,等.基于Android手機(jī)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)和控制系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011,31(2):559-561.

[2] 陳滟濤,楊俊起,康潤(rùn)生,等.基于SIM300的短信傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2008,30(3):156-158.

[3] 郝真鳴,趙男,梁鐵,等.基于Wi-Fi的智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù),2013,32(10):87-89,92.

[4] 王勝波,張兵,孫亮,等.手機(jī)報(bào)警定位技術(shù)在警務(wù)中的應(yīng)用[J].警察技術(shù),2012(3):46-49.

[5] 劉成.LBS定位技術(shù)研究與發(fā)展現(xiàn)狀[J].導(dǎo)航定位學(xué)報(bào),2013(1):78-83.

丁一(碩士研究生)、金華(副教授)、李允俊(教授)，主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。

Intelligent Alarm System Based on Android and Baidu Map

Ding Yi,Jin Hua,Li Yunjun

(Institute of Technology,YanBian University,Yanji 133002,China)

Aiming at the limitations of the existing telephone alarm system,the article designs an intelligent alarm system based on Android.Combining the Android SDK and Baidu Maps API,the new intelligent alarm system achieves a set of functions such as positioning,audio and video recording,map display,shaking to trigger alarms through using positioning and GPRS technology.The test results show that the system is stable,accurate and has practical value.

intelligent alarm system;Android;position

TP319

A

?士然

2014-09-19)