周　安，王　忠，馬瓊?cè)A

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

Android智能求救系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周安，王忠，馬瓊?cè)A

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

摘要:針對(duì)人們遇到突發(fā)事件得不到及時(shí)救助的難題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于Android的智能求救系統(tǒng)。該系統(tǒng)由穿戴式智能手環(huán)和Android客戶端組成，融合藍(lán)牙4.0和移動(dòng)通信技術(shù)。通過智能手環(huán)激活手機(jī)應(yīng)用程序，利用移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)送求救信息，使用百度地圖進(jìn)行定位、興趣點(diǎn)搜索、路徑規(guī)劃。利用藍(lán)牙4.0技術(shù)設(shè)計(jì)智能手環(huán)，降低了功耗和成本；基于百度地圖API開發(fā)客戶端，提供了準(zhǔn)確、及時(shí)的位置服務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)可靠，提供了求救和自救雙重保障，可以有效減少突發(fā)事故造成的傷亡，對(duì)生命安全保障具有重要意義。

關(guān)鍵詞:救助；藍(lán)牙4.0；百度地圖；Android應(yīng)用開發(fā)

隨著生活水平的提高，人身安全問題成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。在日常生活當(dāng)中，意外事故時(shí)有發(fā)生，不管是自然因素還是人為因素造成的突發(fā)事件，對(duì)于事故者來說，能得到及時(shí)的救護(hù)是保證其人身安全的首要條件[1]。移動(dòng)通信的迅速發(fā)展使智能手機(jī)成為人們生活中必不可少的工具，面向智能手機(jī)的個(gè)人緊急救護(hù)服務(wù)也越來越受到重視[2]。

相比專用的求救通信設(shè)備，本文所設(shè)計(jì)的Android智能救護(hù)系統(tǒng)不需要專用設(shè)備[3]，降低了成本，而且攜帶方便、操作簡單，受自身因素和環(huán)境因素的制約也比較少。自身因素比如手機(jī)持有者是聾啞人士、老人或者小孩；環(huán)境因素如情況危急或所處的環(huán)境嘈雜等。

本文在深入了解Android原理、百度地圖和藍(lán)牙4.0技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合求救系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種基于Android智能終端的救護(hù)系統(tǒng)[4]。該系統(tǒng)具有求救和自救雙重保障。發(fā)生意外時(shí)，特殊人群可以通過按下藍(lán)牙手環(huán)求救按鈕激活手機(jī)APP端的發(fā)送求救信息模塊，自動(dòng)向預(yù)先綁定的救護(hù)人員發(fā)送求救信息。同時(shí)，普通人群還可以利用百度地圖，搜索附近的目標(biāo)地點(diǎn)，并進(jìn)行路徑規(guī)劃，以達(dá)到自救的目的。該系統(tǒng)能為求救者提供及時(shí)的幫助，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要由穿戴式手環(huán)和智能終端手機(jī)APP兩部分構(gòu)成[5]。手環(huán)主要針對(duì)緊急情況和特殊人群，求救者只需要按下手環(huán)求救按鈕就能達(dá)到一鍵求救的目的；手機(jī)APP包含自我定位、求救消息發(fā)送、實(shí)時(shí)追蹤、興趣點(diǎn)搜索以及路徑規(guī)劃功能。系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)框架圖

1.1手環(huán)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)考慮到求救對(duì)象是特殊人群，如老人、小孩或者重傷者等，他們不便操作移動(dòng)設(shè)備時(shí)，可以通過手環(huán)激活該軟件，發(fā)送求救信息。該手環(huán)主要由藍(lán)牙4.0通信模塊和低功耗單片機(jī)構(gòu)成。藍(lán)牙4.0集傳統(tǒng)藍(lán)牙技術(shù)、高速技術(shù)和低耗能技術(shù)于一體，最大的優(yōu)點(diǎn)就是極低的運(yùn)行和待機(jī)功耗，而且成本也低[6-7]。藍(lán)牙4.0通信模塊系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2　藍(lán)牙4.0通信模塊系統(tǒng)框圖

傳感器節(jié)點(diǎn)板/擴(kuò)展板模塊負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)，藍(lán)牙射頻收發(fā)模塊負(fù)責(zé)無線發(fā)射，發(fā)射的無線信號(hào)再由其他藍(lán)牙射頻收發(fā)模塊接收處理，從而實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙的無線通信。

1.2自我定位

Android平臺(tái)提供兩種定位技術(shù)，一種是基于GPS全球定位，一種是基于網(wǎng)絡(luò)定位(基于蜂窩或者基于WiFi技術(shù))[8-9]。GPS定位準(zhǔn)確度較高，但定位速度慢，耗電量大，受環(huán)境影響大，且從GPS模塊啟動(dòng)到獲取第一次定位數(shù)據(jù)，需要比較長的時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)定位在室內(nèi)可以接收到定位結(jié)果，但是精確度較低。該系統(tǒng)采用了百度地圖API中的定位SDK進(jìn)行定位，如圖3所示。在定位過程中采取了WiFi、基站和GPS相結(jié)合的手段，提高了定位的準(zhǔn)確性。當(dāng)應(yīng)用程序向定位SDK發(fā)起定位請(qǐng)求時(shí)，定位SDK會(huì)根據(jù)當(dāng)前的GPS、基站、WiFi信息生成相對(duì)應(yīng)的定位依據(jù)，然后定位SDK會(huì)根據(jù)定位依據(jù)來進(jìn)行定位。

圖3　百度SDK定位原理圖

1.3實(shí)時(shí)追蹤

求救者發(fā)出求救信息后，實(shí)時(shí)追蹤功能可以定時(shí)向求護(hù)人員更新求救者的位置并記錄其行蹤路線，便于救護(hù)人員準(zhǔn)確找到求救者進(jìn)行及時(shí)救護(hù)。求救者移動(dòng)時(shí)，監(jiān)聽其位置的變化，如果移動(dòng)距離超過預(yù)先設(shè)置的最小距離，就獲取求救者當(dāng)前的位置坐標(biāo)，存入數(shù)據(jù)庫中，并在地圖上畫上標(biāo)記點(diǎn)，作為求救者的行蹤軌跡。結(jié)合定時(shí)器TimerTask，定時(shí)觸發(fā)發(fā)送信息模塊，將求救者的位置信息發(fā)送給救護(hù)人員，達(dá)到實(shí)時(shí)追蹤的目的。

1.4信息發(fā)送模塊

求救者觸發(fā)信息發(fā)送模塊時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)先采用彩信形式發(fā)送求救者的信息，因?yàn)榈貓D圖片能更加詳細(xì)地展示求救者的位置信息，當(dāng)手機(jī)信號(hào)不好時(shí)，彩信發(fā)送時(shí)間過長或失敗，就以短信形式再次發(fā)送求救信息。發(fā)送求救信息的過程包括求救信息的自動(dòng)采集、編輯和發(fā)送，求救信息包括定位地圖截屏和詳細(xì)地址信息、短信正文(如：我遇到麻煩了，請(qǐng)幫助我……)，然后通過通信模塊，把求救信息發(fā)送到預(yù)先綁定的救護(hù)人員手機(jī)上。

1.5興趣點(diǎn)搜索與路徑規(guī)劃

求救者通過百度地圖興趣點(diǎn)搜索功能，搜索附近的興趣點(diǎn)，比如醫(yī)院、診所，然后進(jìn)行路徑規(guī)劃，可以得到自駕、公交、步行三種路線，選擇最適合的路徑到達(dá)目的地，以達(dá)到自救的目的。

2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1智能手環(huán)實(shí)現(xiàn)

穿戴手環(huán)藍(lán)牙模塊采用TI公司推出的兼容藍(lán)牙4.0低功耗標(biāo)準(zhǔn)的CC2540芯片[12]。藍(lán)牙4.0基于BLE藍(lán)牙協(xié)議棧，CC2540器件通過OSAL操作系統(tǒng)可以單芯片實(shí)現(xiàn)BLE藍(lán)牙協(xié)議棧的所有組件，包括任務(wù)注冊(cè)、任務(wù)間消息交換、任務(wù)同步、中斷處理、定時(shí)器管理、存儲(chǔ)管理等。程序初始化流程如圖4所示。

圖4　藍(lán)牙通信程序框圖

Android手機(jī)與藍(lán)牙模塊通信的實(shí)現(xiàn)：

1)打開藍(lán)牙。通過BluetoothAdapter.getDefaultAdapter得到藍(lán)牙適配器，調(diào)用enable()方法打開手機(jī)藍(lán)牙設(shè)備。使用藍(lán)牙時(shí)，需要設(shè)置相關(guān)的權(quán)限，包括BLUETOOTH和BLUETOOTH_ADMIN等。

2)搜索藍(lán)牙模塊建立連接。使用BluetoothAdapter的startDiscovery()方法搜索藍(lán)牙設(shè)備。在搜索過程中，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送以下三個(gè)廣播：ACTION_DISCOVERY_START(開始搜索)、ACTION_DISCOVERY_FINISHED(搜索結(jié)束)、ACTION_FOUND(找到設(shè)備)。ACTION_FOUND包含BluetoothDevice和BluetoothClass對(duì)象。搜索到藍(lán)牙模塊后，可以從BluetoothDevice對(duì)象中獲取設(shè)備的名稱和地址。當(dāng)智能手機(jī)與藍(lán)牙模塊在同一個(gè)RFCOMM channel下分別擁有一個(gè)連接的BluetoothSocket，即可實(shí)現(xiàn)配對(duì)。已配對(duì)的藍(lán)牙模塊再次激活時(shí)，不需要重新配對(duì)。

3)進(jìn)行通信。通過BluetoothSocket的getInputStream()和getOutputStream()方法獲取InputStream和OutputStream，使用read(bytes[])和write(bytes[])方法分別進(jìn)行讀寫操作。該系統(tǒng)以手機(jī)作為客戶端，不需要?jiǎng)?chuàng)建服務(wù)端，只需不斷監(jiān)聽并讀取對(duì)方消息。

2.2地圖定位實(shí)現(xiàn)

該救護(hù)系統(tǒng)中軟件APP部分結(jié)合Google Android平臺(tái)和百度地圖SDK在Eclipse上進(jìn)行開發(fā)。利用百度地圖Android SDK進(jìn)行開發(fā)時(shí)，本設(shè)計(jì)需要從百度LBS開放平臺(tái)上申請(qǐng)一個(gè)百度地圖API Key，然后把百度地圖API開發(fā)包引入到工程中。

使用Android自帶的LocationManager和Location獲取位置的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)有獲取location為null。針對(duì)這種情況，系統(tǒng)采用了百度地圖API中的定位SDK，定位SDK提供了一套簡單高效的運(yùn)用于LBS服務(wù)的接口，在定位的過程中采取WiFi、基站和GPS相結(jié)的手段，可以準(zhǔn)確獲取求救者的位置。

系統(tǒng)在定位前需在主線程中初始化LocationClient類，它的參數(shù)類型為Context，在onCreate方法中注冊(cè)監(jiān)聽函數(shù)，通過LocationClientOption對(duì)象設(shè)置定位SDK參數(shù)，如定位位模式、返回坐標(biāo)類型、是否打開GPS等，然后通過調(diào)用LocationClient的實(shí)例方法requestLocation()發(fā)起定位請(qǐng)求，請(qǐng)求過程是異步的，定位結(jié)果通過監(jiān)聽函數(shù)LocationListener中的onReceiveLocation()方法進(jìn)行獲取。

2.3自定義圖層顯示實(shí)現(xiàn)

在該系統(tǒng)中，當(dāng)前位置和方向的顯示是通過使用MyLocationOverlay類來實(shí)現(xiàn)的。通過實(shí)例劃一個(gè)MyLocationOverlay類，并給它傳入應(yīng)用程序的上下文和目標(biāo)MapView，再把該實(shí)例添加到MapView的覆蓋列表中，然后通過該實(shí)例調(diào)用enableComapss()和enableMylocation()方法來啟動(dòng)羅盤和位置標(biāo)記。地圖還設(shè)置了縮放和顯示當(dāng)前位置的控件，方便求救者操作地圖。求救者移動(dòng)時(shí)，當(dāng)其位置與上一個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的距離等于預(yù)先設(shè)定的距離時(shí)，就會(huì)將此點(diǎn)的坐標(biāo)取出并存到SQLite中，并在該位置畫下一個(gè)點(diǎn)作為標(biāo)記。標(biāo)記點(diǎn)實(shí)現(xiàn)如下：

1)創(chuàng)建Geometry對(duì)象，設(shè)置點(diǎn)的坐標(biāo)和樣式，生成Graphic對(duì)象；

2)將Graphic對(duì)象以參數(shù)傳入GraphicsOverlay實(shí)例的setData()方法中；

3)調(diào)用 MapView.getOverlays().add()方法，添加GraphicsOverlay實(shí)例到mapview中；

4)執(zhí)行地圖刷新MapView.refresh()方法使其生效。

2.4發(fā)送求救信息實(shí)現(xiàn)

求救者按下手環(huán)求救按鈕或者手機(jī)APP求救按鈕時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送求救信息，分短信和彩信兩種模式。實(shí)現(xiàn)短信功能首先需添加發(fā)送短信的權(quán)限SEND_SMS，然后創(chuàng)建一個(gè)SmsManager對(duì)象，最后通過調(diào)用該對(duì)象的sendTextMessage()方法完成發(fā)送，其中sendTextMessage()方法中的5個(gè)參數(shù)依次為收件人地址、發(fā)送地址、正文、發(fā)送服務(wù)和送達(dá)服務(wù)。彩信功能可以通過自定義和調(diào)用系統(tǒng)界面兩種方式實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)通過調(diào)用系統(tǒng)界面方式實(shí)現(xiàn)，以下為其關(guān)鍵代碼。

/*創(chuàng)建MMS Intent對(duì)象*/

Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_SEND)；

/*默認(rèn)的跳轉(zhuǎn)類型，將Activity放到一個(gè)新的Task中*/

intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK)；

intent.putExtra("address"， phone_num)；

intent.putExtra("subject"， "subject： sos")；

intent.putExtra("sms_body"， "content ：：XXXX")；

intent.putExtra("compose_mode"， false)；

intent.putExtra("exit_on_sent"， true)；

/*載入圖片*/

intent.putExtra(Intent.EXTRA_STREAM， Uri.parse(url))；

intent.setClassName("com.android.mms"，"com.android.mms.ui.ComposeMessageActivity")；

/*設(shè)置附件文件格式*/

intent.setType("image/*")；

startActivity(intent)；

2.5興趣點(diǎn)搜索功能和路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)

興趣點(diǎn)搜索功能和路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)MKSearch實(shí)例對(duì)象，然后初始化搜索模塊、注冊(cè)搜索事件監(jiān)聽。興趣點(diǎn)搜索通過poiSearchNearBy("醫(yī)院"， p， 5000)方法實(shí)現(xiàn)，表示在周圍5 km范圍內(nèi)查找醫(yī)院，結(jié)果在MKSearchListener中的onGetPOIResult()方法中得到。地圖上興趣點(diǎn)搜索結(jié)果的顯示是通過PoiOverlay類實(shí)現(xiàn)的，把搜索到的結(jié)果數(shù)據(jù)傳到PoiOverlayOverlay類的實(shí)例中，再把該實(shí)例添加到MapView的覆蓋列表中，然后刷新MapView。

當(dāng)求救者點(diǎn)擊任意一個(gè)目標(biāo)地點(diǎn)時(shí)，將會(huì)彈出該位置的相關(guān)信息和路徑顯示按鈕，點(diǎn)擊路徑顯示按鈕，將在地圖上默認(rèn)顯示步行線路，路線可以通過地圖上的公交、自駕、步行按鈕進(jìn)行選擇，三種路徑結(jié)果分別在MKSearchListener中的onGetWalkingRouteResult()，onGetTransitRouteResult()，onGetDrivingRouteResult()方法中得到。

3系統(tǒng)測試結(jié)果

系統(tǒng)測試過程中，采用Android4.1版本的智能手機(jī)和藍(lán)牙4.0通信模塊進(jìn)行。經(jīng)過多次測試，系統(tǒng)展現(xiàn)了良好的可靠性和實(shí)時(shí)性。

在Android智能手機(jī)上運(yùn)行該軟件，系統(tǒng)首先進(jìn)入到用戶定位界面，界面如圖5所示。點(diǎn)擊連接手環(huán)按鈕，搜索藍(lán)牙模塊并建立連接。通過按下藍(lán)牙模塊的求救按鈕或者定位界面的求救按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入到信息發(fā)送界面并定時(shí)發(fā)送求救信息到救護(hù)人手機(jī)上，如圖6所示。用戶還可以通過興趣點(diǎn)搜索對(duì)附近的醫(yī)院進(jìn)行搜索，搜索結(jié)果如圖7所示。最后，用戶進(jìn)行路徑選擇，通過按鈕查看路徑節(jié)點(diǎn)信息，如圖8所示。

圖5　用戶定位界面圖(截圖)

圖6　發(fā)送信息界面圖(截圖)

圖7　興趣點(diǎn)搜索結(jié)果圖(截圖)

圖8　路徑規(guī)劃圖(截圖)

4結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android智能終端的救護(hù)系統(tǒng)，有效地解決了用戶遇到突發(fā)事故時(shí)得不到及時(shí)救護(hù)的難題。系統(tǒng)結(jié)合藍(lán)牙4.0技術(shù)和百度API接口，提供了求救和自救的雙重保障。當(dāng)用戶遇到緊急情況無法操作手機(jī)時(shí)，利用藍(lán)牙智能手環(huán)可以便捷地激活該救護(hù)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)送求救信息。同時(shí)用戶還可以操作手機(jī)APP搜索附近的醫(yī)院或診所，選擇便捷路徑，達(dá)到及時(shí)自救的目的。該系統(tǒng)操作簡單，擁有友好的用戶界面，而且成本和功耗都較低，具有較高的推廣價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。

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周安(1990— )，碩士生，主研無線與移動(dòng)通信、GPS、現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)；

王忠(1964— )，碩士生導(dǎo)師，主研GPS理論及應(yīng)用、無線與移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信理論與技術(shù)等；

馬瓊?cè)A(1990— )，女，碩士生，主研現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、NFC技術(shù)與應(yīng)用。

責(zé)任編輯：時(shí)雯

Design and realization of intelligent help-seeking system based on Android

ZHOU An，WANG Zhong，MA Qionghua

(SchoolofElectricalEngineeringandInformation，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)

Abstract:To solve the issue that emergencies in daily life can not be rescued in time， an intelligent help-seeking system based on Android smartphone is specifically designed and implemented. The system consists of a wearable smart band and an Android mobile phone client，Both Bluetooth 4.0 technology of smartphone and mobile communication technologies are employed in this system. The mobile application can be activated by touching the wearable smart band， the distress signals can be sent by means of mobile communication technologies， the functions of position， interest points searching and path planning can be implemented by using Baidu map. Smart band can reduce the power consumption and cost by using Bluetooth 4.0 technology. Accurately and timely location services are provided by Android client which developed based on API interface of Baidu map. The experimental results shows that this system is reliable and timely， which providing double guarantee of both help-seeking and self-help， and reducing casualties caused by emergency incidents effectively. It play an important role in life security assurance as well.

Key words:rescue；Bluetooth 4.0；Baidu map；Android application development

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.06.008

基金項(xiàng)目：航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20100119004)

作者簡介：

收稿日期：2015-12-12

文獻(xiàn)引用格式：周安，王忠，馬瓊?cè)A.Android智能求救系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電視技術(shù)，2016，40(6)：39-43.

ZHOU A，WANG Z，MA Q H.Design and realization of intelligent help-seeking system based on Android[J].Video engineering，2016,40(6)：39-43.