基于BLE的大型商场室内定位导航系统的设计与实现-硕士论文

发布时间:2021-06-18 10:09:49

工程硕士
硕士学位论文
论文题目:基于 BLE 的大型商场室内定位导航
系统的设计与实现
作者姓名 指导教师 学科专业 所在学院
提交日期 2015 年 10 月

浙江工业大学硕士学位论文
基于 BLE 的大型商场室内定位导航系统的设计与实现
作者姓名: 指导教师:
浙江工业大学信息工程学院 2015 年 10 月

Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technology for the Degree of Master
Design and Implementation of Shopping Mall Indoor Positioning and Navigation System Based
on BLE
Candidate: Advisor:
College of Information Engineering Zhejiang University of Technology
Oct 2015

浙江工业大学
学位论文原创性声明
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日期: 年 月 日 日期: 年 月 日

浙江工业大学硕士学位论文
基于 BLE 的大型商场室内定位导航系统的设计与实现
摘要
当前传统行业正面临着众多挑战,如何在信息化的今天拔得头筹,很大程度 上要依托科技的进步。大数据分析、精准营销、提高客户体验度等将会使传统行 业焕然一新,结合商业应用的室内定位导航技术,正是为众多传统行业的信息化 而打造。室内定位导航技术一直以来是导航技术的软肋,也是最能激发商业模式 的领域。随着低功耗蓝牙 4.0 的推出,相比于之前的 WiFi 定位技术,能够以更高 的精度、更低的功耗、更低的成本实现定位导航。同时由苹果公司主推的 ibeacon 协议,又将低功耗蓝牙 4.0 技术向商业化*淮蟛健
本文分析了当前室内定位导航技术的研究现状,采用低功耗蓝牙4.0技术,通 过手机APP感应布置在特定场地的低功耗蓝牙设备“云子”的广播信号,根据所在 坐标位置获取规划好的导航路径,并由手机获取坐标和导航路径,从而为广大用 户提供大型商场定位导航、反向寻车、消息推送、商场导购等服务。
本文的主要工作和创新点如下: (1)研究了室内定位导航系统实现过程中涉及到的关键技术,包括低功耗蓝 牙4.0技术、定位导航技术,以及Android开发*台。通过BLE技术实现室内的定位, 与传统的WiFi定位技术相比提高了定位的精度和响应时间。 (2)研究了目前室内大型商场在如何将商场活动信息及时精准推送给消费 者,以及帮助消费者尽快找到车辆、加快停车场的车辆周转等问题,给出了系统 的总体框架设计,并在此基础上进行了功能模块设计。 (3)在Android客户端实现了包括车位管理、反向寻车、商铺导航、商铺活动、 消息推送等功能。同时在服务器端实现商场地图编辑、精准数据统计及基础数据 维护等功能。 关键词:BLE,室内定位导航,大型商场,Android
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浙江工业大学硕士学位论文
DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SHOPPING
MALL INDOOR POSITIONING AND NAVIGATION
SYSTEM BASED ON BLE
ABSTRACT
Nowadays, the traditional industry is facing a lot of challenges. So, if it wants to take crown in the era of information, it is, to a large extent, depends on the progress of science and technology. While science and technology innovation such as big data anglytics, precision marketing, and improvement of users experience and so on will make the process of traditional industry to contribute in the future, the indoor positioning and navigation technology with commerical application is for the informationizationn of various traditional industries. Though having been a longtime weakness of navigation technology, indoor positioning and navigation technology can be the most efficient catalyst to stimulate a business model. Compared with the previous WiFi positioning technology, the low power-consumed bluetooth 4.0 is available to navigate with higher precision, lower power consumption and cost. In the meantime, the ibeacon agreement proposed by Apple Inc. will be in an immportant step forward in the commercialization of low power-consumed bluetooth 4.0.
This paper analyzes the research status of the current indoor positioning and navigation technology. It is that by using low power Bluetooth 4.0 technology and through inducing the broadcast signal of low power Bluetooth devices "cloud" arranged in specific sites by mobile phone App, the mobile phone can get the navigation path and coordinate, so as to provide customers with mall positioning and navigation service, reverse searching cars service, push messages service, shopping services and so on.
The main originalities of this paper as following: (1). Key technologies involved in the research process of indoor positioning and navigation system included the technology of low power-consumed bluetooth 4.0, positionong and navigation technology, and the Android development platform. Compared to the traditional WiFi positioning technology, the indoor localization based on BLE technology of low power-consumed bluetooth 4.0 has improved navigation accuracy and response time. (2). Problems such as how to transmit mall activities information to consumers accurately, and help consumers find the vehicle as soon as possible as well as speed up the parking lot vehicle flow are all be discussed. Based on the whole structure of system framework and design, the functional module design is presented. (3). Functions achieved in Android client contain parking management, VRLSMAN, store navigation, business activities, and push server,etc. Functions like mall map editor, accurate statistics, and basic data maintenance are involved in server.
Keywords: BLE, Indoor Positioning Navigation, Shopping Mall, Android
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目录
摘要........................................................................................................................................... i
第 1 章 绪论.......................................................................................................................- 1 -
1.1 引言...................................................................................................................................... - 1 1.2 室内定位的国内外研究现状..............................................................................................- 2 -
1.2.1 WiFi 定位技术...........................................................................................................................................- 2 1.2.2 UWB 定位技术..........................................................................................................................................- 3 1.2.3 RFID 定位技术...........................................................................................................................................- 3 1.2.4 ZIGBEE 定位技术.......................................................................................................................................- 3 1.2.5 蓝牙 4.0 定位技术...................................................................................................................................- 4 -
1.3 课题研究的目的及意义......................................................................................................- 4 1.4 本文的主要工作.................................................................................................................. - 5 1.5 论文组织结构...................................................................................................................... - 5 -
第 2 章 相关技术的介绍..................................................................................................- 7 -
2.1 定位技术............................................................................................................................. - 7 -
2.1.1iBeacon 技术.............................................................................................................................................. - 7 2.1.2 低功耗蓝牙基站—云子.......................................................................................................................... - 8 -
2.2 位置指纹定位技术.............................................................................................................. - 8 -
2.2.1 位置指纹定位原理...................................................................................................................................- 9 2.2.2 位置指纹定位算法.................................................................................................................................- 10 -
2.3 A*室内路径导航算法........................................................................................................- 11 2.4 Android *台...................................................................................................................... - 11 2.5 本章小结............................................................................................................................ - 13 -
第 3 章 大型商场室内定位导航系统需求分析......................................................... - 14 -
3.1 业务需求分析................................................................................................................... - 14 3.2 系统角色和用例分析........................................................................................................- 15 -
3.2.1 系统角色分析.........................................................................................................................................- 15 3.2.2 系统用例分析.........................................................................................................................................- 15 -
3.3 核心业务流程分析............................................................................................................ - 16 3.4 本章小结............................................................................................................................ - 18 -
第 4 章 大型商场室内定位导航系统设计..................................................................- 19 -
4.1 系统的架构设计................................................................................................................ - 19 4.2 Web 管理端设计................................................................................................................- 19 -
4.2.1 Web 管理端架构设计............................................................................................................................ - 19 -

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4.2.2 Web 管理端功能模块设计....................................................................................................................- 20 -
4.3 Android 客户端设计.......................................................................................................... - 26 -
4.3.1Android 客户端架构设计....................................................................................................................... - 26 4.3.2Android 客户端功能模块设计...............................................................................................................- 27 -
4.4 系统的数据库设计............................................................................................................ - 33 -
4.4.1 系统的 E-R 模型设计............................................................................................................................. - 33 4.4.2 系统的数据库表设计............................................................................................................................ - 34 -
4.5 本章小结............................................................................................................................ - 38 -
第 5 章 大型商场室内定位导航系统实现..................................................................- 39 -
5.1 Android 客户端模块.......................................................................................................... - 39 -
5.1.1 Android 客户端主界面.......................................................................................................................... - 39 5.1.2 停车管理模块........................................................................................................................................- 39 5.1.3 查看商铺模块........................................................................................................................................- 40 5.1.4 商铺导航模块........................................................................................................................................- 42 5.1.5 反向寻车模块........................................................................................................................................- 43 5.1.6 查看商铺活动模块................................................................................................................................- 44 5.1.7 查看优惠促销模块................................................................................................................................- 44 5.1.8 消息推送模块........................................................................................................................................- 45 -
5.2 Web 管理端模块................................................................................................................- 46 -
5.2.1 iBeacon 云子管理模块...........................................................................................................................- 46 5.2.2 车位管理模块.........................................................................................................................................- 46 5.2.3 商铺类别管理模块.................................................................................................................................- 47 5.2.4 商铺信息管理模块.................................................................................................................................- 47 5.2.5 场所类别管理模块.................................................................................................................................- 47 5.2.6 推送消息管理模块.................................................................................................................................- 48 5.2.7 区域地图管理模块.................................................................................................................................- 48 5.2.8 商铺活动管理模块.................................................................................................................................- 52 5.2.9 商铺促销管理模块.................................................................................................................................- 52 5.2.10 停车记录管理模块.............................................................................................................................. - 53 5.2.11 数据统计模块.......................................................................................................................................- 53 -
5.3 系统的测试....................................................................................................................... - 55 -
5.3.1 系统测试的目的和任务........................................................................................................................ - 55 5.3.2 系统开发与运行环境............................................................................................................................ - 55 5.3.3 系统运行结果.........................................................................................................................................- 56 5.3.4 系统性能测试.........................................................................................................................................- 59 -
5.4 本章小结........................................................................................................................... - 66 -
第 6 章 总结与展望........................................................................................................- 67 -
6.1 本文总结............................................................................................................................ - 67 6.2 展望.................................................................................................................................... - 67 -
参考文献...........................................................................................................................- 68 -
致谢................................................................................................................................... - 70 -

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第1章 绪 论
1.1 引言
随着经济的发展和人们生活水*的提高,无数的大型商场综合体纷纷拔地而 起,这些大型商场的建立,促进了商品和资源的归类、分化和聚集,加速了商业 的发展,在很大程度上方便了人们的生活。然而随着互联网信息化产业的不断发 展,电商开创了线上交易的新纪元,并实现了商品销售从线下到线上转移的营销方 式,使得人们的生活和消费等*惯也随之发生了改变,也给传统的实体销售行业 带来了巨大的冲击,其中最一个严谨的问题就是其顾客的大量流失而导致的业绩 严重受挫。另一方面,目前的大型商场规模庞大,内部结构复杂。从消费者角度 考虑,想要在偌大的商场中寻找某类型的商品,或者找到洗手间的位置,是十分 困难的,也因为如此,消费者也往往会错失商场中的各种促销活动、优惠信息。 此外商场的地下停车场由于占地面积庞大加上地下层光线的不足,消费者往往会 花费大量的时间和精力在寻找自己的爱车,影响了消费者的购物体验。
传统的实体企业如大型商场综合体也意识到,在当前复杂多变的行业形态下, 要想在残酷的新型商业模式如 O2O(线上线下)中保住屹立不倒,不仅需要带给 顾客更好的消费体验,还要学会使用信息技术来武装自己。因此对于大型商场而 言,做出何种有效且成效迅速的转变,精准的把握消费者的消费方式与市场的发 展动向,为消费者提供良好的购物体验,用消费数据体现顾客的购物偏好,位置 数据记录了顾客的行为*惯。同时通过对消费者数据的挖掘,能否为商户创造更 大的价值,成为传统销售行业急需解决的关键问题。
随着 3G 无线通讯技术的迅速发展,以及 4G 无线通讯技术的不断成熟与应用 范围的逐步扩展,智能移动终端设备的普及达到了新的应用高峰。同时,智能移动 终端设备的普及为无线通讯技术的发展提供了广泛的应用空间,也为商场的室内 定位导航系统的实现提供了保证,也为如何对顾客的兴趣进行引导,又或者针对 和分析顾客的兴趣,为他们推荐感兴趣的商品,并为顾客指引明确的道路,让顾 客在庞大的商场获得方便快捷的购物体验提供了可能。
目前定位导航技术最成熟的当属 GPS[1]定位,技术层面上来说,GPS 可以很好
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的满足室外的*面导航要求,但同样也存在很多场景,GPS 技术所无法满足的。 例如室内定位情况,由于 GPS 本身技术的特性,微弱的卫星信号很难穿透建筑物, 因此 GPS 无法实现室内的定位[2];室外多层(如高架环岛)的情况,GPS 无法定 位出层数;精度问题,民用 GPS 一般误差在 10 米以上,对于精度要求高的微定位, 根本无法满足。
1.2 室内定位的国内外研究现状
对于消费者而言,导航的最后一公里—室内定位导航技术,一直以来备受关注, 科学巨头和研究机构在室内导航技术方面开展了大量的研究,比较成熟的包括 WiFi、RFID、ZIGBEE、超宽带等,但是复杂的室内环境下的多径效应、同频干扰、 人体遮挡始终是研究者面临的最大难题。 1.2.1 WiFi 定位技术
WiFi 是一个由 WiFi Alliance(WiFi 联盟,一个美国商业联盟)持有的,基 于无线网络的通讯与通信技术的商标[3]。它可以通过分散部署在四周的无线电信 标,提供无线网络服务。WiFi 定位主要是基于 WiFi 热点 AP(Access Point)的信号 强度计算物体的位置信息,目前很多大型建筑都已覆盖 WiH 信号,包括大型商场超 市、大型写字楼以及机场等。
WiFi 定位技术[4]的硬件设备通常包括三个主要部分:定位*台、终端信号接 收器以及无线网络基地台,也就通常意义的 WiFi 热点或 WiFiAP[5]。WiFi 定位系 统运行包括离线建库以及在线定位两个阶段。其中离线建库的过程就是对待测环 境内已经部署完毕 WiFi 热点的信号范围进行物理取样,并根据待测环境的实际情 况进行设备部署校对,最终形成均匀的位置指纹信息,并以 WiFiAP 为基本单位,将其 范围的信号强度。坐标点以及设备唯一 MAC 标识等信息记录在定位*台的采样 数据库中[6]。在线定位阶段是指在当前位置通过终端信号接收器所接收到不同 Wifi 热点的信号数据后,再通过对数据的分析以及与采样数据库中数据的对比, 以最为相*的采样点作为被测目标位置信息,完成定位的最终结果。
WiFi 定位技术相较于其他定位技术存在前期准备工作量大、耗时多的缺点, 同时,WiFi 网之间也会相互干扰,甚至出现即使有信号也无法联网的可能,并且 也会对定位产生非常大的影响。此外信号在传播过程中会受到折射、反射、绕射 等多径和非视距因素的干扰,会带来很大的定位误差。
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1.2.2 UWB 定位技术 UWB 定位技术[7]也称为超带宽定位技术,主要是基于 UWB 脉冲信号进行定
位。它是*几年来随着无线技术的不断发展兴起的一项先进的无线技术[8]。UBW 技术具有发射频率小、消耗电能低、传输速率高以及抗干扰性强等特点,采用 TDOA 与 AOA 混合定位的方法进行高精度的定位。
由于能提供厘米级精度的定位能力,超宽带(UWB)定位技术的受到越来越 多的关注[9][10]。UWB 的优点包括低功率密度和宽的带宽,从而增加了可靠性。使 用范围广的频率分量使得信号绕过*锏母怕试龃螅佣峁└叩奈恢梅直 率[11]。此外,由于其它无线电频率减少用于定位领域,该系统受到其他无线电频 率的干扰较少。
但由于 UWB 技术依赖于无线脉冲信号,使得 UWB 定位技术不可避免的存 在精准度失效的问题[12]。加上 UWB 无法完成大范围室内覆盖,导致定位成本很高, 且手机不支持 UWB,不利于大范围推广。 1.2.3 RFID 定位技术
RFID,也就是射频识别技术,它通过无线电讯号与特定目标匹配并进行数据 的读写。RFID 室内定位系统包括三部分:RFID 电子标签、射频读卡器及应用软 件系统[13]。RFID 电子标签通常放在需要检测的物体上,相当为物体的身份证,进 而识别待测物体。当射频读卡器发出特定的无线电信号后,RFID 电子标签接收到 信号后将内部数据回传给读卡器,并传输到应用软件系统进行信息解析及定位。
RFID 定位技术的优点在于 RFID 电子标签体积较小,价格低廉,能够适用 于非视距传播环境,但是它不具备网络服务功能,不便与其他系统集成。另外, 如果需要提高其定位精度,RFID 定位系统需要使用大量的参考标签,但是如果密 度过大则会对定位产生干扰,影响到信号的传输[14]。 1.2.4 ZIGBEE 定位技术
ZIGBEE 是一种新的无线网络技术,具备短距离、低速率的特点,也可以用在 当前的室内定位中。ZIGBEE 定位技术[15]采用 ZIGBEE 的三角定位原理,需要事先 布置 ZIGBEE 基站模块,然后使用 ZIGBEE 定位模块实现定位。
但由于 ZIGBEE 室内定位技术所需要的 ZIGBEE 基站和 ZIGBEE 定位模块不 够普及,需要在定位环境中另外布置,使得 ZIGBEE 室内定位技术常用于工业的传 感领域和智能家居方面。
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1.2.5 蓝牙 4.0 定位技术 蓝牙是一种用于两个设备的短距离无线通信技术,由于成本低等特点,现在
已经取代了传统的电缆连接,为现存的数据网络和小型外围设备接口提供统一的 连接[16]。蓝牙 4.0 较之以前的蓝牙技术,最明显的是低功耗,即使不关闭蓝牙,手 机的待机能力也不会减弱,此外 3ms 瞬间连接技术的加入使得蓝牙 4.0 成为设备之 间最好的连接桥梁,解决了以往蓝牙建立连接时间过长的致命缺点。蓝牙 4.0 标准 规范中提供了一些与位置估计相关的参数:接收信号强度指标 RSSI 值和链路质量 LQ 值[17]。
常 用的 RSSI 定位 方 法包括基于距 离(range-based) 的定位 算法和距离 无关 (range-free)的定位算法[18]。其中釆用 RSSI 进行测距定位的方法,通常是利用相关 的模型建立 RSSI 和距离之间的关系曲线,得到 RSSI 和距离两者之间的函数关系 式[18],或者是采用一定的方法建立起 RSSI 和距离之间的映射关系数据库,在实际 测距阶段,再将所测得的 RSSI 值传入相应的关系式或映射关系数据库中,从而得 到对应的距离参数,然后利用多个距离值或者距离值之间的角度和大小差异计算 移动或静止目标的位置。
而另外一种则使用位置指纹的方法,整个蓝牙室内定位过程由离线指纹库的 创建和在线实时定位两个阶段共同完成[19],其中离线阶段,建立模糊指纹库,该 指纹库存储于中心服务器中,在区域内能够全面地描述了 RSSI 值和 LQ 值与空间 位置的对应关系。而在线阶段,一旦手机客户端进入到特定的区域,蓝牙锚节点 在对手机客户端的 RSSI 值和 LQ 值进行测量后,将所测量数据上传到服务器,在 服务器中进行模糊决策定位,最终完成对手机客户端位置的确定。
蓝牙定位技术的最大优点就是易部署、体积小、终端设备支持,而另外一个 最大优点就是低功耗,这将给室内定位解决方案的推广带来极大便利。只要手机 一直开启蓝牙设置,便可以获得用户的最新位置。
1.3 课题研究的目的及意义
基于低功耗蓝牙的大型商场室内定位导航系统能够帮助现有的销售企业在保 持传统的线下营销方式的同时,为消费者提供更加灵活方便的线上导购方式,以 此提高消费者的购物体验。消费者通过基于室内定位的商场导购系统能够在移动 终端上快速的浏览附*商场所售的全部品牌以及该品牌下的全部商品,同时消费 者还能够通过该系统及时了解商场最新的促销信息。商场定位导航系统为了能够
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向消费者提供更好的购物体验,结合室内导航技术,能够帮助消费者快速的查找 到所需商品,从而实现提到消费者的购物效率的目的。
基于室内定位的商场定位导航系统以消费者为主要服务人群,使其享受到便 捷购物为系统实现的终极目标,提升了消费者的购物体验,以此保证并提升消费 者对于实体销售企业的消费粘性,通过线上的方式实现刺激消费者的购物欲望、增 加线下消费的销售业绩,从而为大型实体零售商场创造更为持久的商业价值以及 更为辉煌的营销业绩。
1.4 本文的主要工作
本文主要从大型商场等零售行业面临的现状和消费者的需求出发,针对目前 存在的问题,对商场室内定位导航系统总体功能架构进行设计,包括 Android 客户 端和 Web 管理端,其中 Android 客户端主要用于满足消费者在商场购物休闲时快 速商铺导航、一键记住车位、反向寻找车位以及精准消息推送等需求,从而增加 消费者的购物体验。而 Web 服务端主要是为商场管理人员服务,主要进行基础数 据的维护、商场地图编辑以及数据统计,一方面为消费者提供 Android 客户端的数 据获取需要,另一方面也为商场管理人员进行商场的科学、合理规划和布局提供 支持。
1.5 论文组织结构
本文的研究内容主要包含以下五个部分: 第一部分为引言,分别对本研究的研究背景、研究目的以及意义、国内外的 研究现状和研究内容进行了详尽的分析与介绍。 第二部分为相关技术介绍,首先简要介绍了低功耗蓝牙 iBeacon 技术和对应硬 件产品——云子,而后主要介绍位置指纹定位的原理和算法以及相关的研究成果, 并介绍了室内路径导航算法——A*算法,最后对目前流行的 Android *台进行了 介绍,包括体系结构和优势。 第三部分为大型商场室内定位导航系统的需求分析。首先是对系统的业务进 行需求分析,其次对系统的角色和对应的用例进行分析,最后对本系统的核心业 务流程进行了详细说明。 第四部分为大型商场室内定位导航系统设计,首先对系统进行了总体架构设 计,然后对 Web 管理端设计和 Android 客户端分别进行了架构设计和详细的功能
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模块设计,最后对系统的数据库进行了设计,包括 E-R 图设计和数据库表设计。 第五部分为大型商场室内定位导航系统的实现,包括对 Android 客户端的 8
个功能模块和 Web 管理端的 11 个模块的实现,并给出了系统的功能测试。 第六部分为总结和展望,对本文的工作进行总结并提出了本文的未来工作方
向。
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第 2 章 相关技术的介绍
2.1 定位技术
2.1.1iBeacon 技术 苹果公司在 2013 年 WWDC 上推出一项基于蓝牙 4.0 的精准微定位技术—
iBeacons,基于低功耗蓝牙的 iBeacon 的出现可以说是真正能实现最后 1 公里定位 的最佳方案,BLE 精确的定位精度、低廉的部署成本、高度灵活性,直接催生出 全新的商业模式。
iBeacons 相比较于原来的蓝牙技术有以下几个特点: 1、不需要配对,由于之前对蓝牙设备的控制比较严格,所以仅有通过 MFI 认证过的蓝牙设备才能与 iDevice 连接,而蓝牙 4.0 就没有这些限制了。 2、准确与距离,之前的蓝牙一般的传输距离在 0.1~10m 范围,而 iBeacons 信 号可以精确到毫米级别,并且支持到 50m 范围。 3、功耗更低,普通的纽扣电池可供一个 Beacon 基站硬件使用两年。 目前在科技前沿的美国,已经开始该技术的试验阶段。美国最老牌的商场之 一梅西百货已经开始在旗下的旗舰商场安装 iBeacon 传感器,称之为 shopBeacon。 梅西百货位于曼哈顿和旧金山两家商场的顾客能够在第一时间体验到 shopBeacon 给顾客带来的便捷。随着顾客的位置移动,不同楼层将会推送不同的服务。 梅西商场还与 Shopkick 开展相关合作,提升顾客消费体验。Shopkick 是一款 基于位置信息的体验服务,能奖励消费者进入商店进行签到。例如,消费者事先 在家里中选择某款商品,当进入梅西百货商场后,ShopBeacon 便会自动提醒消费 者直接前往已经选好商品的地方。在室内导航方面,纽约花旗球场(CitiField)已经 开始试验通过 iBeacon 技术向场内观众推送视频、优惠券以及座位导航等服务。美 国航空公司也已宣布在 2015 年 1 月 1 日前,采用苹果 iBeacon 技术帮助乘客在机 场里导航寻路。 基于 iBeacon 技术的室内定位解决方案能够实现周围区域 50 米左右的信息传 输服务,并且能把指定的信息推送到特定的所服务对象手中。通过 2013 年 iBeacon
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技术的推广,以及 2014 年 ffieacon 技术的成长,各国己经幵始逐渐实现了一些基于 iBeacon 定位技术的人性化服务。例如:博物馆中物体播报、儿童安全的电子展览、 会场入场签到、移动支付、智能家居等一系列真正的物联网技术。
在国内以 Sensoro 带领的 iBeacon 制造商已经与微信摇一摇以及特斯拉相结 合,通过 iBeacon 技术真正实现了物物相联的概念,这也将带来 iBeacon *场通信 前所未有的机会,同时对于以及 iBeacon 室内定位无缝连接也将会得到巨大推广。 2.1.2 低功耗蓝牙基站—云子
本文采用的云子是 Sensoro 公司推出的第一款兼容标准 iBeacon 协议的多传 感器硬件设备,如图 2-1。内置多种高灵敏度传感芯片,因此更加准确的感知自身 所处状态,包括:温度、光线等。借助于多种传感芯片相结合,云子极大地突破 了传统 iBeacon 设备的局限性,使得应用场景更加丰富。云子的信号覆盖半径在 3—80 米之间。利用配置工具,通过调整云子广播的功率,就可以修改信号所能覆 盖的范围。
每一个云子可以设置一个独立的 iBeacon ID,每个 ID 由 UUID、Major、Minor 三个字段组成。安装好的云子以固定的功率、频率向外发送自身的 iBeacon ID, 不断的广播其身份,同时在扩展包中广播电池电量及各传感器数据。
图 2-1 云子
2.2 位置指纹定位技术
室内定位技术的研究工作中,目前较多的是根据 AP 信号强度判断物体的位 置,主要包括三角形定位和位置指纹定位两种方法,其中本文采用的是基于位置 的指纹定位方法。
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2.2.1 位置指纹定位原理 位置指纹是指对于特定的位置,都有唯一的可测物理量映射,这种用于标识
位置的可测物理量被称为位置指纹。 位置指纹识别法(Fingerprint)是对定位空间内的环境特征进行抽象和形式化描
述,使用定位环境中各个 AP 接入点的 RSSI 序列描述定位环境中的位置信息,并 汇集这些 RSSI 序列构成位置指纹数据库。最后,使用用户实时测量的 RSSI 值与 位置指纹数据库中的位置指*衅ヅ洌∪∠嗨贫茸罴训奈恢米魑兰莆恢谩 该方法包括离线训练阶段和在线定位阶段两个阶段,如图 2-2 所示。
图 2-2 位置指纹定位示意图
1、 离线训练阶段 首先在定位环境中部署 AP、确定釆样点位置,使得每个釆样点都能接收到无线 AP 发射的信号。建立一个位置指纹数据库,在每个采样点放置信号接收装置(如云 子),定位系统部署人员在定位环境中遍历所有位置,同时在每个参考位置收集来自 不同 AP 接入点的 RSSI 值,将各个 AP 的 UUID 地址、RSSI 值和参考点的位置 信息组成一个相关联的一组数据保存在位置指纹数据库中。 2、 在线定位阶段 定位用户所在定位区域,实时采集所有 AP 接入点的 RSSI 值,并将其与位置 指纹库中的信息进行匹配,将实测数据与预存数据进行匹配分析,从而估计待测终 端的位置。
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2.2.2 位置指纹定位算法 现在对于位置指纹定位法的研究大都集中于两个方面:第一类研究主要是针
对定位算法的研究,目的是提高定位的精度。 确定性算法的研究代表是由微软公司开发的 RADAR 定位系统[20],提出了使
用最*邻法(NNSS,Nearest Neighbor in Signal Space)和 K *邻法(K-NNSS) 的位置匹配方法来推断用户的位置。它维护从选定的地点自不同的接入点接收到 的信号强度所组成的位置指纹数据库。根据定位阶段信号强度的测量结果,将它 同指纹数据库中的记录有最佳匹配的几个坐标的*均值,作为待测点的位置估计。
文献[21]提出了一种基于概率的位置估计问题的解决框架,根据不同的位置收 集到的测量样本符合的分布规律,得到各个位置的条件概率,使用贝叶斯推导机 制估计出用户的位置。
文献[22]对于连续采样的样本间相关度高的特性,提出了类聚分析方法,在不 降低定位精度的前提下减少定位算法的计算量。
第二类研究主要针对位置指纹数据库的构建。位置指纹法在离线阶段需要花 费大量时间构建指纹数据库,Place Lab[23]通过使用配备 GPS 的自动移动车辆来收 集接收信号的方式降低离线阶段的训练成本。
文献[24]提出使用智能手机通过惯性传感器跟踪用户的位置,在用户使用手持 设备的同时自动收集位置指纹来构建与完善位置指纹数据库,并在文中详细的讨 论了人们使用智能手机的*惯,增加了自动收集方式的可信性。
文献[25][26]根据不同的数学模型,对 AP 布置方式与位置展开讨论,通过合理调 节 AP 接入点的布置方式与位置的方式优化位置指纹数据库,从而达到提高定位 精度的目的。
本文采用了确定性算法中的 K *邻法算法,K *邻法也是计算待测点采集到 的信号向量与数据库中己有的信号向量之间的距离,它是根据最*邻法进行改进 的。最*邻法与 K *邻法之间的区别在于 K *邻法在匹配指纹数据库时,并不是 选取与移动端接收信号强度 S=(s1,s2,…sn)最*的那个指纹数据 Fi=(fi1,fi2,…fin),而 是获取与移动端最*的 K(K≥2)个指纹数据,在计算距离时通常采用欧几里得距离 方法来计算,距离越小说明配越成功,通过距离的值从小到大选择 K 个参考点, 因此比*邻法具有更好的鲁棒性。
其定位公式如式(2-1)所示。
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(2-1)
式中 Di 代表云子与第 i 点的距离,sj 表示第 j 个信号强度,fij 表示在该强度 下的指纹库。
*均距离算法如式(2-2)所示。 (2-2)
其中( )是指第 i 个指纹参考点的位置坐标, 是计算结果 K 个指纹的 *均距离,它是通过 KNN 算法计算后得到的待测点估计坐标。
2.3 A*室内路径导航算法
本文在单楼层的导航中采用游戏中寻路的 A*(A-Star)算法,将地图中的商铺作 为不可穿越格子,但是由于商场中又有很多分开的独立全通域,这时候,针对这些全 通域会有自己的分区以及可穿越区。针对这些复杂情况而言 A*算法有着天然优势, 给用户能够带来最快捷,最*的路径规划,而又保证道路可达性与正确性。
A*算法是在静态路网中用于求解最短路径最有效的直接搜索方法。公式表示 为:f(n)=g(n)+h(n)。
其中 f(n) 是从初始点经过节点 n 最终到达目标点的估价函数,g(n) 是指从初 始节点到 n 节点的实际代价,h(n) 是从 n 到目标节点最佳路径的估计代价。如果 要保证找到最短路径(最优解的)条件,是估价函数 h(n)的选取:如果估价值 h(n)<= n 到目标节点的距离实际值,这时搜索的点数多,搜索范围大,效率低,但能得到 最优解。如果估价值大于实际值,则搜索的点数少,范围小,效率高,但不能保 证得到最优解。
本文采用取两节点间欧几理德距离做为估价值,这样估价函数 f 在 g 值一定的 情况下,多少会受估价值 h 的制约,节点距目标点*,h 值小,f 值相对就小,能 保证最短路的搜索向终点的方向进行。
2.4 Android *台
Android 是 Google 公司开发的智能操作系统,广泛应用于手机以及*板电脑 等移动智能设备上。Android 系统采用 Java 语言进行开发,并于 2005 年 8 月完成 了最初的版本开发,随后与阿帕奇公司进行合作,进一步对系统进行开发和扩展, 并于 2011 年成为全球移动设备占有率最高智能操作系统。2013 年的第四季度,在 全球市场份额中 Android *台手机已经达到 78.1%。2013 年 09 月 24 日谷歌开发的
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操作系统 Android 迎来 5 岁生日,全世界采用这款系统的设备数量已经达到 10 亿 台[27-28]。
Android *台的开发和设计采用 4 层架构,如图 2-3 所示。最下层为 Linux Kernel 层,然后上层分别为 Libraries、Application Framework 和 Application[29]。通过这四 个层的协同工作,实现*台的功能。
图 2-3 Android 系统结构图
(1)应用程序层 Application Android 系统的用户交互层,可以给用户提供各种不同的应用。如地图、天气、 时间以及联系人等功能。 (2)应用程序框架层 Application Framework 该层为系统的 API 接口层,通过给用户提供不同的应用接口,实现用户的不 同需求的功能的实现。用户可以根据自身的特定需求,对不同的视图、列表以及 按钮等功能进行实现。 (3)系统运行库层 Libraries 该层主要包含一个 C 库,其中是对应的 Linux 内核操作代码。媒体库,用于 完成视频、音频的修改、录入等。Surface 管理功能是对各个子系统进行管理。 LibWebCore 则是对 Web 开发提供的操作。 (4)Linux 内核层 Linux kerne 本层是对不同系统模块进行管理,包括系统安全、系统存储、系统程序管理 以及网络管理等。在 Android *台部署时,需要先现在 Repo 工具对代码进行初始
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构建[30]。 Android *台的优势主要有以下几点[31]:(1)系统具有开放性,对于所有的开
发人员开放源码,开发人员可以根据需求对系统进行定制。(2)支持的硬件丰富, 可以对不同的移动智能设备兼容,保证了移动的广泛应用性。(3)系统开发方便, 由于采用主流的 Java 语言进行开发,开发人员使用方便。(4)Google 公司提供了 强大的系统应用服务,有助于满足用户需求。
2.5 本章小结
本章首先对低功耗蓝牙 iBeacon 技术及云子进行了详细的介绍,然后对位置指 纹定位的原理和算法实现进行了分析,接着对室内导航算法 A*算法进行了详细的 研究,最后是对本系统开发所使用的 Android *台进行了详细的介绍。
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第 3 章 大型商场室内定位导航系统需求分析
业务需求分析在整个项目开发过程中占据着非常重要的地位,直接影响着后 续软件设计和开发的质量。需求获取与分析是整个系统开发的第一阶段,我们只 有很好的理解了用户的要求,对要解决的问题进行详细的分析,弄清楚问题的要 求,并且用工具准确详实的表达出用户的需求,才能使软件开发人员在开发时可 以对用户的要求有正确的理解。
3.1 业务需求分析
随着经济的发展,人们对物质的追求越来越高,小型的商店已经无法满足人 们的生活需求,因此一座座综合性的大型商场正全面覆盖各大城市。但是由于大 型商场的规模庞大,内部结构复杂,使得消费者在购物过程中会遇到各种麻烦。 从消费者角度考虑,由于并不熟悉整个商场的布局和商铺分布,想要在偌大的商 场中寻找某类型的商品,或者找到洗手间的位置,是十分困难的。
加之传统的商场主要是以商场*面图、纸质导购指引等方式来对消费者进行 引导的,但简单的方向标和简略的分类指引,相对于偌大的商场而言,难以为消 费者提供充分的信息,也因为如此,消费者也往往会错失商场中的各种促销活动、 优惠信息。此外商场的地下停车场由于占地面积庞大加上地下层光线的不足,消 费者往往会花费大量的时间和精力在寻找自己的爱车,影响了消费者的购物体验。
对于消费者而言,他们是大型商场室内定位导航系统的最广泛使用者,因此 需要有一个移动 APP,使得消费者在进入商场以后能够实现方便快速定位,能够及 时了解商场内的商铺布局,并通过 APP 获取一条准确和快速的导航路线。能够通 过移动 APP 快速了解商场的最新活动和促销信息。此外,在消费者购物结束时, 还能根据之前记住的停车位反向寻找到车辆。
对于商场和商铺而言,他们是大型商场内直接利益的获得者,因此需要有一 个 web 后台管理端,一方面希望通过管理*台能够将商场、商铺的最新活动、促 销信息精准的推送到消费者手中,提高客流量。另一方面则希望根据消费者的消 费行为包括商场活动和地图轨迹分析,进行商铺的合理规划布局,同时能够帮助 消费者尽快找到地下停车场的车辆,提高消费者满意度,加快停车场的车辆周转。
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此外,消费者希望移动 APP 具有实用性和便捷性,在使用操作上方便简单, 保障数据发送的准确性与时效性,给用户带去良好的体验效果。
3.2 系统角色和用例分析
3.2.1 系统角色分析 根据商场室内定位导航系统的实际需求分析,系统涉及到以下 2 类角色。

角色 消费者
商场管理者

职责或功能

表 3-1 角色划分表

系统主要参与者,通过手机 APP 查看商场活动、查看商铺信息、快速导 航到商铺目的地、接收商场和商铺推送的活动和促销消息、记住车位、

反向寻车等。

系统主要参与者,负责基础数据的管理,包括商铺信息、消费者信息、

等;负责数据的统计分析,包括每日客流统计、商场活动统一、促销分

析和用户活动轨迹分析;负责商场地图编辑,包括公共场所、商铺、车

位等标记物的添加和路线的绘制,负责商铺活动和促销信息的推送。

3.2.2 系统用例分析 用例是从参与者的角度来描述系统的行为,一个用例对应商场室内定位导航
系统的一个独立、完整的功能。大型商场室内定位导航包括消费者和商场管理员。 消费者的用例包括查看商铺、查看活动、查看促销、商铺一键导航、接收推送消 息、选择停车位、反向寻车和登陆注册等 8 个用例,如图 3-1 所示

图 3-1 消费者用例图
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商场管理员的用例包括位置数据采集、楼层地图管理、场所类别管理、推送 消息管理、商场标记物管理(包括公共场所、商铺、车位、推送消息)、车位信 息管理、导航路线规划、停车记录管理、商铺类别管理、商铺管理、商铺促销管 理、商铺活动管理、数据统计、用户管理等 14 个用例,如图 3-2 所示。

3.3 核心业务流程分析

图 3-2 商场管理员用例图

(1)当前位置定位 大型商场的室内定位导航的基础是定位消费者当前的位置,为后续商铺的导

航和反向寻找车位提供位置信息。

定位的业务流程如图 3-3,当消费者在停车记住车位、导航到所在商铺或返回 取车时,首先向 Android 客户端发出定位请求,而后 Android 客户端采集 iBeacon 信号,并进行滤波处理后发送给云端。云端首先接收客户端发送的 iBeacon 数据, 而后采用位置指纹算法得到当前位置信息并与指纹库中的数据进行匹配,如果匹

配成功,则返回用户所在坐标给 Android 客户端,如果匹配不成功,则给出提示信 息,并继续进行定位请求。
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(2)室内导航

图 3-3 当前位置定位流程图

室内导航是商场室内定位导航的目标,可以帮助消费者从自己当前位置导航

到所往目的地,如商品或停车所在地。

导航(商铺导航和反向寻车)的业务流程如图 3-4,当消费者定位自己所在位

置并发起导航请求到 Android 客户端时,Android 客户端首先定位当前的起点位置,

并将起点和终端坐标发送到云端。云端首先需要接收起点和终点数据,同时加载

路线数据并规划路线,如果路线规划成功,则返回路线数据给 Android 客户端显示,

如果失败,则返回提示信息。

图 3-4 室内导航流程图
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(3)消息推送 消息推送商场室内定位导航的一大特色,它是在消费者靠*特定的区域时, 能够接收到商场发出的活动或促销消息,用户接收到消息点击即可看到活动或促 销的内容,真正实现因地的消息推送。 消息推送的业务流程如图 3-5,消费者在进入商场时打开 app,Android 客户端 就启动了消息推送线程,进而定位消费者当前位置并调用云端的消息推送接口。 云端接收消费者的位置坐标并查询消息库,判断当前是否有满足条件的消息且用 户没有接收过,如果是,则返回满足条件的消息,进而在 Android 客户端的通知栏 中弹出,如果否,则返回错误消息。

3.4 本章小结

图 3-5 消息推送流程图

本章首先是对使用者的角度出发对系统的业务进行需求分析,其次对系统的

角色和对应的用例进行分析,包括消费者和商场管理者,最后对本系统的核心业

务流程进行了详细说明。

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第 4 章 大型商场室内定位导航系统设计
软件设计是软件开发的关键步骤,能直接影响软件的质量。通过对系统需求 的分析,明确了系统的设计目标,并对核心用例进行了分析与梳理,接下来将根 据上一章节的分析结果进行系统的总体设计、各功能模块设计和数据库设计。
4.1 系统的架构设计
本文系统需包含 Android 移动端、后台服务器、Web 后台管理端三个主要部分, 因此本文将结合 C/S 模式与 B/S 模式来进行系统体系结构设计。其中 Android 移动 端采用多次 C/S 架构部署服务器,实现业务切分的部署,Web 管理端采用 B/S 架 构。系统整体架构如图 4-1 所示。
图 4-1 系统总体架构图
4.2 Web 管理端设计
4.2.1 Web 管理端架构设计 Web 管理端采用分层的设计思想,分别是表示层、业务逻辑层和数据访问层,
能够使得系统具有可扩展、低耦合和维护方便等特性,如图 4-2 所示。
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图 4-2 系统架构图
表示层以 JSP 页面为主,用于显示数据和接收用户输入的数据,为用户提供 一种交互式界面。该层主要面向最终用户,用户通过 Web 浏览器向 Web 服务器提 出请求,Web 服务器而后使用 HTTP 协议将所需的页面传送给客户端浏览器。
业务逻辑层主要针对具体的业务操作,位于整个三层体系的中间,同时该层 将系统数据接收显示和数据库操作分离,降低了系统的耦合性。
数据持久层则是负责数据库的访问,数据库方面采用 mysql 对数据进行存储, 响应速度快,所占空间小。 4.2.2 Web 管理端功能模块设计
Web 管理端主要包括云子管理、车位管理、商铺类别管理、商铺管理、场所类 别管理、推送消息管理、区域地图管理、商铺活动管理、商铺促销管理、停车记 录管理、数据统计管理以及用户管理 12 个模块,Web 管理端功能模块图如图 4-3 所示。
图 4-3 Web 管理端功能模块图
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1、 云子管理 商场管理员可以在云子管理模块查看云子信息,也可以添加、删除和修改云 子的信息,包括云子的 UUID,X 轴、Y 轴和 Z 轴坐标等信息。 商场管理员添加云子的时序图如 4-4 所示。商场管理员点击导航栏的“云子管 理”后点击“添加 iBeacon”按钮,根据系统分层的设计思想,系统首先跳转到 SensorAction,而后调用服务层 SensorServiceImpl 方法中的 addSensor()方法,而 SensorServiceImpl 则调用数据访问层 SensorDaoImp 中的 addSensor ()方法,将云子 信息添加到数据库中。
图 4-4 云子添加时序图
2、 商铺信息管理 商场管理员可以在商铺信息管理模块中查看所有的商铺列表,包括商铺名称、 商铺图片、商铺所在地、电话等信息。可以添加新的商铺或修改调整商铺信息, 也可以根据各商铺的需求发布活动和促销信息。 商场管理员添加商铺的时序图如 4-5 所示。商场管理员点击导航栏的“商铺信 息管理”后点击“新建推送消息”按钮,根据 Web 端分层的设计思想,系统首先 跳转到 StoreAction,而后调用服务层的 StroreTypeServiceImp 中的 findAllStoreType() 方法获取所有的商铺类别,继而调用服务层 StoreServiceImpl 方法中的 addStore() 方法,而 StoreServiceImpl 则调用数据访问层 StoreDaoImp 中的 addStore ()方法, 将商铺信息添加到数据库中。
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图 4-5 添加商铺时序图
而商铺类别管理、场所类别管理、推送消息管理等模块的设计流程与商铺管 理模块的流程相似,在此不再重复描述。
3、 区域地图管理 区域地图模块包含楼层管理、路线绘制、标记物添加三部分。 在楼层管理中可以进行楼层*面图的添加以及所有楼层*面图的浏览,也可 以在多个楼层之间直接建立上下直梯、上下扶梯之间的联系。 商场管理员添加新的楼层*面的时序图如图 4-6。商场管理员点击右侧导航栏 的“添加*面图”,在跳出的*面图添加页面中输入地图、楼层等信息后跳转到 AreaAction , 而 后 调 用 服 务 层 AreaServiceImpl 方 法 中 的 addCover() 方 法 , 而 AreaServiceImpl 则调用数据访问层 AreaDaoImp 中的 addCover ()方法,并最终将楼 层地图添加到数据库中,同时楼层的图片保存到服务器相应位置。
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图 4-6 添加楼层时序图
在标记物添加中可以完成对楼层中公共场所、商铺、车位和推送消息的标记。 其中商场管理员添加新的公共场所的时序图如图 4-7。商场管理员点击右侧导 航栏的“添加公共场所”,在跳出的*面图选择需要添加的公共场所类别,后跳 转到 PlaceAction,而后调用服务层的 PlaceTypeServiceImp 获取所有的场所类别, 选 择 其 中 之 一 后 调 用 服 务 层 PlaceServiceImpl 方 法 中 的 addPlace() 方 法 , 而 PlaceServiceImpl 则调用数据访问层 PlaceDaoImp 中的 addPlace ()方法,并最终将 公共场所添加到数据库中。
图 4-7 添加公共场所时序图
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4、 商铺活动管理 商场管理员可以在商铺活动管理模块中查看商铺的活动信息,每个活动信息 包括商铺名称、活动标题、开始时间和结束时间,点击“查看”可以查看活动的 详细信息,也可以进行修改和删除。 商场管理员查看活动详细信息时序图如 4-8 所示。商场管理员点击导航栏的 “商铺活动管理”后选择某个活动查看,根据分层的设计思想,系统首先跳转到 ActivityAction,而后调用服务层 ActivityServiceImpl 方法中的 getActivityById()方 法,而 ActivityServiceImpl 则调用数据访问层 ActivityDaoImp 中的 getActivityById() 方法,最后得到数据库的返回活动列表并显示在页面中。
图 4-8 添加商铺活动时序图
商铺促销管理的设计流程与商铺管理模块的流程相似,在此不再重复描述。 5、 停车记录管理 商场管理员可以在 Web 管理端查看消费者的停车记录,包括消费者用户名、 停车状态、停车位置、开始时间和结束时间。 商场管理员查看消费者停车记录列表时序图如 4-9 所示。商场管理员点击导航 栏的“停车记录管理”后,根据分层的设计思想系统首先跳转到 ParkRecordAction, 而 后 调 用 服 务 层 ParkRecordServiceImpl 方 法 中 的 getScrollData 方 法 , 而 ParkRecordServiceImpl 则调用数据访问层 ParkRecordDaoImp 中的 getScrollData 方
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法,最后得到数据库的返回数据后将用户列表显示在页面中。

6、 数据统计管理

图 4-9 查看停车记录列表时序图

商场管理员可以在 Web 管理端进行各种数据的统计,包括每日流量的统计、

活动的分析、促销的分析以及消费者在商场内活动轨迹的分析。

商场管理员日流量统计时序图如 4-10 所示。商场管理员点击导航栏的“日流

量”按钮后,根据分层的设计思想,系统首先跳转到 AnalysisAction,而后调用服

务层 AnalysisServiceImp 方法中的 getScrollData()方法,而 AnalysisServiceImp 则调

用数据访问层 AnalysisDaoImp 中的 getScrollData()方法,最后得到数据库的返回数

据后最终将流量结果以字符串的形式返回。

图 4-10 查看用户列表时序图
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7、 用户管理 商场管理员可以在 Web 管理端进行注册用户的管理,包括查看用户详细信息 以及批量导入用户。 商场管理员查看注册用户列表时序图如 4-11 所示。商场管理员在登陆以后跳 转到主界面,点击左边的“用户管理”后,根据 Web 端分层的设计思想,系统首 先跳转到 UserAction,而后调用服务层 UserServiceImpl 方法中的 getScrollData()方 法,而 UserServiceImpl 则调用数据访问层 UserDaoImp 中的 getScrollData()方法, 最后得到数据库的返回数据后将用户列表显示在页面中。
图 4-11 查看用户列表时序图
4.3 Android 客户端设计
客户端是本文系统与消费者直接对接的窗口,也是前端服务的核心。客户端 直接承载用户的操作并反馈至服务端,直观地向用户表达系统服务的内容,因此 用户体验对客户端而言至关重要。 4.3.1Android 客户端架构设计
本文系统的客户端设计主要采用 MVC 架构,客户端架构如图 4-12 所示。
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图 4-12 客户端架构
其中,视图层负责展现数据并与用户进行交互,在 Android 中主要由 View 组件和以 xml 格式来组织的界面描述文件共同构成的,在本文系统中主要起到呈 现地图、呈现商铺、商品、促销、活动、地图、停车位等信息的作用。
控制层在 Android 中主要由 Activity 组件来实现,用户的交互操作将通过 Activity 传递到模型层的业务处理中处理。此外,网络的相关接口也包含在控制层 内,它从服务器端获取业务数据之后,将其传递到模型层的相关服务模块进行处 理。
模型层包含业务实体对象业务处理,其中业务处理对象负责对服务器传递过 来的数据以及本地定位导航数据的处理。 4.3.2Android 客户端功能模块设计
Android 客户端主要包括商铺信息、商场活动、优惠促销、选择停车位、反向 寻车、商铺导航、消息推送七个模块,Android 客户端功能模块图如图 4-13 所示。
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1、 商铺信息查看

图 4-13 Android 客户端功能模块图

消费者可以在 Android 客户端查看商铺列表,包括商铺名称、商铺类别、商铺

星级等,点击详情还查看商铺的信息,包括商铺名称、商铺所在地、联系电话、

正在开展的活动和促销信息等。

获取商铺详情时序图如图 4-14 所示,消费者在登陆以后跳转到主界面,在主

界面,消费者点击商家按钮,跳转到 StoreActivity,StoreActivity 首先调用 onCreate()

方法,在 onCreate()方法中调用 getSelectStore()方法,通过该方法往 StoreServlet 传

递值,StoreServlet 再依次往 StoreServiceImpl,StoreDaoImpl 传值,最后得到数据

库的返回数据;并将商铺列表显示出来,点击列表中的某一项,通过 onItemClick()

方法往 StoreDeatilActivity 传送了一个 StoreInfo,并将其显示在界面中。

: User

StoreActivity

StoreDetailA ctivity

StoreServlet

StoreService Impl

StoreDaoIm pl

DB

1: getFirsrtStore()

2: getSelectStore()

9: Return() 10: Send storeInfo
11: onCreate()

3: getScrollData()

4: getScrollData()

8: Return()

7: Return

5: Send SQL 6: Return()

图 4-14 查看商铺详情时序图
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2、 商场活动查看 消费者可以在 Android 客户端查看最新的商铺活动列表,包括活动名称、活动 组织者(商铺)、活动开始和截止时间。 消费者查看商家活动列表时序图如 4-15 所示。消费者在登陆以后跳转到主界 面,在主界面,用户点击活动按钮,跳转到 AcActivity,AcActivity 首先调用 oncreate() 方法,在 onCreate()方法中调用 getSelectActivity()方法,通过该方法往 ActivityServlet 传递值,ActivityServlet 再依次往 ActivityServiceImpl,ActivityDaoImpl 传值,最后 得到数据库的返回数据后将数据显示在界面中。

: User

AcActivity

ActivityServl et

ActivityServi ceImpl

ActivityDaoI

DB

mpl

1: getSelectActivity()

2: getSelectActivity()

9: Return() 10: onCreate

3: getSelectActivity()

4: getSelectActivity()

8: Return()

7: Return

5: Send SQL 6: Return()

图 4-15 查看商铺活动列表时序图
3、 促销信息查看 消费者可以在 Android 客户端查看商铺的促销优惠列表,包括促销活动名称、 剩余时间等,点击详情还可以查看详细的促销信息。 消费者查看商家促销列表的时序图如 4-16 所示。消费者在登陆以后跳转到主 界面,在主界面,用户点击促销按钮,跳转到 PromotionActivity,PromotionActivity 首先调用 oncreate()方法,在 onCreate()方法中调用 getSelectPromotion()方法,通过 该方法往 PromotionServlet 传递值,PromotionServlet 再依次往 romotionServiceImpl, PromotionDaoImpl 传值,最后得到数据库的返回数据以后将数据显示在界面中。
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图 4-16 查看商家促销时序图
4、 停车管理 消费者可以在停车管理模块中记住自己的停车位,以方便在返回时能根据所 在停车位进行反向导航,也可以查看所有在该商场的历史停车记录列表。 消 费 者 查 看 停 车 记 录 时 序 图 如 4-17 所 示 。 消 费 者 在 登 陆 以 后 跳 转 到 ParkingListActivity , 在 停 车 界 面 , 用 户 点 击 取 车 按 钮 , 跳 转 到 ParkingRecordListActivity,ParkingRecordListActivity 首先调用 oncreate()方法,在 onCreate()方法中调用 getUserRecord()方法,通过该方法往 ParkRecordServlet 传递 值,ParkRecordServlet 再依次往 ParkRecordServiceImpl,ParkRecordDaoImpl 传值, 最后得到数据库的返回数据。
图 4-17 停车记录查看时序图
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5、 反向寻车 消费者可以在停车记录列表中查看当前的停车位,选择取车后 Android 客户端 将定位消费者当前的位置,并设计显示从当前位置到停车位所在路线。 消 费者 反向 寻车时 路 径规 划时序 图如图 4-18 所示 。Android 客户 端调用 ParkRecordListAdapter 的 onclick()方法,调用自身 locationTask()方法进行定位,调 用路径规划的 navigation()方法进行路径规划,调用 intent 方法转入 MapActivity 返 回给用户地图界面。
图 4-18 反向寻车导航时序图
6、 商铺导航 消费者可以在商铺列表选择需要导航的目的地商铺,Android 客户端自动为消 费者提供一条最优的路径。 消费者获取导航路径的时序图如图 4-19 所示。消费者点击地图上某家商铺, 调用 MapActivity 的 onclick()方法,并进行定位,传到 NavigationServlet 的 navigation() 方法,调用 AF 的 getResult()方法获得可行楼梯集,调用 paint 方法,传入起始点, 终点坐标,调用 AStar 的 search()判断最优路径,返回给用户显示。
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图 4-19 精准商铺导航时序图
7、 消息推送 Android 客户端可以根据消费者的消费*惯,在消费者靠*商铺附*时,精准 的将商铺当前的促销或活动消息推送给消费者,消费者点击消息列表,可以查看 具体的促销或活动内容。 消费者得到推送消息的时序图如图 4-20 所示。当消费者在消息推送的范围内 时,MsgServlet 调用 MsgServiceImp 的 getMsg()方法,然后 MsgServiceImp 调用 MsgDaoImp 的 getMsgByCondition()方法,而后通过查询数据库获取需要推送的消 息列表并传递到 NotificationManager 中,最终以通知的形式发送给消费者。
图 4-20 推送消息时序图
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4.4 系统的数据库设计
4.4.1 系统的 E-R 模型设计 本文采用 Mysql 数据库,根据本文上述对系统的需求分析、业务流程分析以
及模块设计,识别系统中的实体分别为商家活动(activity)、管理员(admin)、区域 (area) 、 客 流 量 统 计 (dailysituation) 、 地 图 (map) 、 推 送 消 息 (msg) 、 停 车 记 录 (parkrecord) 、停车位(parkspace)、公共设施(place)、公共设施类别(placetype)、商 家促销(promotion)、商家(store)、商家类别(storetype)、用户(user)、Ibeacon 数据 (ibeaconrawdata)。其中实体与实体之间的概念模型如图 4-21 所示。
图 4-21 系统 E-R 图
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4.4.2 系统的数据库表设计 根据数据需求分析和业务功能分析以及实体、属性和实体之间的关系,设计
完成了 15 个数据库表,分别是商家活动表、管理员表、区域表、客流量统计表、 地图表、推送消息表、停车记录表 、停车位表、公共设施表、公共设施类别表、 商家促销表、商家表、商家类别表、用户表、Ibeacon 数据表,并对每个数据实体 所产生的数据库表进行详细设计,包括字段、类型、长度和功能描述等。其中核 心数据库表结构设计如下。
1、地图表 用途:用来存储地图信息。 约束:包含地图唯一 id,和区域 id 持久性:持久对象 属性描述:如表 4-1 所示:

序号 1
2
3 4 5 6 7 8 9

字段说明 Id 号
地图实际大小单位
地图所在楼层 地图像素宽 地图像素高 地图名称 *锸 地图图片
地图所属区域

表 4-1 地图表

字段名

字段类型

id

int(11)

actualSiz e

double

floor

int(11)

width

int(11)

height

int(11)

name

varchar(50)

obstacle

longtext

pic

varchar(100)

area_id

int(11)

备注 主键
外键

2、推送消息表 用途:用来记录地点的推送消息 约束:包含坐标 x,y,z,唯一地图 id,唯一 id 持久性:持久对象。 属性描述:如表 4-2 所示:

- 34 -

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

字段说明 Id 号
消息内容 封面图片 消息标题
坐标 X 坐标 Y 坐标 Z 所属地图 Id 消息标题

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表 4-2 推送消息表

字段名

字段类型

id

int(11)

content

varchar(10000)

pic

varchar(100)

title

varchar(50)

pos_x

double

pos_y

double

pos_z

double

map_id

int(11)

digest

varchar(255)

3、停车记录表 用途:用来记录停车记录 约束:包含唯一停车位,唯一用户,唯一 id 持久性:持久对象。 属性描述:如表 4-3 所示:

序号 1 2 3 4 5 6

字段说明 Id 号
结束时间 停车状态 开始时间 所属停车位 所属用户

表 4-3 停车记录表

字段名

字段类型

id

int(11)

endTime

datetime

parkState

varchar(20)

startTime

datetime

parkSpace_id

int(11)

user_id

int(11)

4、停车位表 用途:用来记录停车位 约束:包含坐标 x,y,z,唯一地图 id,唯一 id 持久性:持久对象。 属性描述:如表 4-4 所示:
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备注 主键
外键
备注 主键 外键 外键

序号 1 2 3 4 5 6

字段说明 Id 号
车位名称 坐标 X 坐标 Y 坐标 Z
所属地图

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表 4-4 停车位表

字段名

字段类型

id

int(11)

name

varchar(50)

pos_x

double

pos_y

double

pos_z

double

map_id

int(11)

备注 主键
外键

5、场所表 用途:用来记录停车记录 约束:包含坐标 x,y,z,唯一地图 id,唯一类型 id,唯一 id 持久性:持久对象。 属性描述:如表 4-5 所示:

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

字段说明 Id 号
公共设施名称 坐标 X 坐标 Y 坐标 Z
所属地图 所属类型 楼上标志物 楼下标志物

表 4-5 场所表

字段名

字段类型

id

int(11)

name

varchar(50)

pos_x

double

pos_y

double

pos_z

double

map_id

int(11)

placeType_id

int(11)

down

int(11)

up

int(11)

备注 主键
外键 外键

6、商家表 用途:用来记录商家信息
约束:包含唯一地图 id,唯一商家类别 id,唯一 id 持久性:持久对象。
属性描述:如表 4-6 所示:
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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

字段说明 Id 号
商家名称 坐标 X 坐标 Y 坐标 Z
所属地图 所属商家类别
地址 商家简介 商家电话 商家 Logo 商家图片

表 4-6 商家表

字段名

字段类型

id

int(11)

name

varchar(50)

pos_x

double

pos_y

double

pos_z

double

map_id

int(11)

storeType_id

int(11)

address

varchar(255)

content

longtext

mobile

varchar(255)

logo

varchar(200)

coverpic

varchar(100)

备注 主键
外键 外键

7、Ibeacon 配置数据表 用途:用来记录 Ibeacon 数据 约束:包含唯一 id 持久性:持久对象。

属性描述:如表 4-7 所示:

序号

字段说明

表 4-7 ibeacon 热点数据表

字段名

字段类型

1

Id 号

id

bigint(20)

3

备注

note

varchar(100)

4

所属地图

map_id

int(11)

5

坐标 X

pos_x

double

6

坐标 Y

pos_y

double

7

坐标 Z

pos_z

double

8

创建时间

createtime

timestamp

9

内容

data

longtext

备注 主键,ibeacon 的 UUID

- 37 -

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4.5 本章小结
本章首先对所设计的系统进行了总体架构设计,然后对本系统的 Web 管理端 和 Android 客户端进行了详细的设计,包括系统架构设计和功能模块设计以及对应 的详细模块设计。最后对系统的数据库进行了设计,包括 E-R 图设计、数据库表 设计。
- 38 -

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第 5 章 大型商场室内定位导航系统实现
5.1 Android 客户端模块
5.1.1 Android 客户端主界面 消费者开启手机客户端后进入主界面,主界面会显示最新的活动,促销,也
可以查看推荐商铺和商铺列表,也可以查看个人信息,如图 5-1 所示。

5.1.2 停车管理模块

图 5-1 主界面图

消费者在主界面中选择“停车场”,就可以在停车场停车时定位并保存当前停

车点,以方便在返回停车场时顺利取车。

Android 客户端首先进入当前地下停车场地图并定位当前消费者所在的停车

位,其中定位算法采用位置指纹算法中的 K *邻法(KNN),用于匹配建立的指纹 库与接入点的位置,从而完成定位,KNN 算法匹配如下。

for (int i = k; i < datas.size(); i++) { List<Double> t = datas.get(i); double distance = calDistance(testData, t); for (int j = 0; j < alKN.size(); j++) { if ((alKN.get(j).getDistance()) >= distance) { alKN.remove(j); alKN.add(new KNNNode(i, distance, t.get(t.size() - 1) .toString())); break; } }

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当消费者选择“记住我的车位”后,在跳出的对话框中选择所在停车位,点 击确定后从而将当前位置与停车位标记位置绑定。
图 5-2 定位停车
其中发送停车请求,将用户 id 和车位 id 发送到服务器关键代码如下:
HttpUtils httpUtils = new HttpUtils(); RequestParams params = new RequestParams(); params.addBodyParameter("user_id", user_id + ""); params.addBodyParameter("parkSpace_id", parkSpace_id + ""); httpUtils.send(HttpMethod.POST, Config.ParkRecordServlet_park, params, new
RequestCallBack<String>() { @Override public void onSuccess(ResponseInfo<String> responseInfo) { String json = responseInfo.result; BaseEntity baseEntity = GsonUtil.fromJson(json, BaseEntity.class); if (isSuccess(baseEntity)) { Toast.makeText(getApplicationContext(),
context.getResources().getString(R.string.tingchechenggong), Toast.LENGTH_LONG).show(); }
} @Override public void onFailure(HttpException exception, String msg) {
onFailure1(exception, msg); } });
5.1.3 查看商铺模块 消费者在主界面点击“商铺”,可以进入商铺页面查看最新的 10 个商铺列表,
消费者可下拉刷新上拉加载,也可以根据商铺类别、商铺所在楼层进行排序,如
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图所示 5-3 所示。

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图 5-3 商铺列表
点击其中一个感兴趣的商铺,还可以查看商铺详情,包括商铺名称、商铺星 级、商铺的详细介绍,商铺目前正在举行的活动以及优惠促销信息,如图 5-4。消 费者点击绿色的电话图标可以直接与该商铺进行通话。也可以点击定位图标, Android 客户端会自动定位消费者当前的位置坐标,并规划好路线引导消费者前往 该商铺。
图 5-4 商铺详情
- 41 -

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5.1.4 商铺导航模块 当消费者点击商铺详情页面中的定位图标后,Android 客户端将自动进入商
铺导航模式。Android 客户端首先通过 BLE(低能耗蓝牙)采集附*的 iBeacon 信 号,并对信号进行解析处理,提取到 iBeacon 唯一 id 和与 Android 客户端之间的 距离,并发送请求到服务端。
服务器层通过 Http 协议 GET/POST 方式接收 Android 客户端向服务器层发送 的数据请求,如提交当前搜索到的 iBeacon 信息获取对应地图位置信息,返回地 图信息。
而后 Android 客户端对返回的地图*镄畔⒑退阉鞯降 iBeacon 信息进行 计算,计算出顾客当前位置坐标反馈,然后通过 A*室内路径导航算法绘制出导航 路线,通过 SufaceView 绘制出地图信息以及路线信息,并实时计算出消费者当前 位置,不断更新消费者当前坐标,如图 5-5 所示。
图 5-5 商铺导航
其中商铺导航路径规划中计算每条路线的最短路径(A*算法)的关键代码如下:
for (int j = 0; j < placeListNode.size(); j++) { Place place = placeListNode.get(j); x3 = place.getPos_x().intValue(); y3 = place.getPos_y().intValue(); List<Node> nodeList = new ArrayList<Node>();
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JSONObject jsonObject = JSONObject.fromObject(place.getMap().getObstacle());
int vCount = jsonObject.getInt("vCount"); int hCount = jsonObject.getInt("hCount");
if (j == placeListNode.size() - 1) { nodeList = paint(y3, x3, y2, x2, list.get(place.getMap().getFloor() - 1), vCount,
hCount); } else { nodeList = paint(y, x, y3, x3, list.get(place.getMap().getFloor() - 1), vCount,
hCount); x = placeListNode.get(j + 1).getPos_x().intValue(); y = placeListNode.get(j + 1).getPos_y().intValue();
} if (nodeList != null) {
c[i] += nodeList.size(); } nodeListList.add(nodeList); }
5.1.5 反向寻车模块 消费者可以查看停车记录,并且逆向导航取回自己的车,如图 5-6 所示。当
消费者在商场购物娱乐结束后想要返回到自己的停车位时,首先进入“我的”栏 目中的“我的停车记录”,选择当前的停车记录,并点击“取回我的车”,Android 客户端将自动定位消费者当前位置,然后规划一条最优的导航路线,流程与商铺 导航相同。在导航的过程中,Android 客户端会每隔 3 秒自动计算消费者当前的位 置,及时进行地图显示界面的更新,从而保证消费者能够及时快速的回到自己的 停车位置。
图 5-6 反向寻车
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5.1.6 查看商铺活动模块 消费者点击“活动”可查看最新的 10 个活动列表,如图所示 5-7 所示。活动
列表中显示当前的活动名称、组织活动的商铺以及开始和结束时间,消费者可选 择下拉刷新新的活动。
消费者点击其中感兴趣的某项活动还可以查看活动的详细内容,以决定是否 参加。
图 5-7 商铺活动
5.1.7 查看优惠促销模块 消费者点击“活动”可查看最新的 10 个活动列表,如图所示 5-8 所示。优惠
促销列表中显示当前的促销信息,包括促销的内容和剩余的时间,消费者可选择 下拉刷新新的活动。
消费者如果对该促销信息感兴趣,还可以点击该促销信息图标进入优惠促销 详情页面,了解更多的优惠信息。
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图 5-8 商铺促销
5.1.8 消息推送模块 Android 客户端的一大特色在于因地的消息推送,当消费者在商场购物休闲
时,Android 客户端会自动消费者当前的位置进行相应的消息推送。 消费者点击通知栏中的推送消息,就自动显示该位置附*的消息列表,点击
其中的任一消息标题,可以显示消息详情,如图 5-9 所示。
图 5-9 消息推送
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5.2 Web 管理端模块
5.2.1 iBeacon 云子管理模块 iBeacon 云子管理模块是 Web 管理端的基础管理模块,主要的功能是上传当前
商场内的云子信息,包括云子唯一标识 UUID,以及云子当前的 x 轴、y 轴坐标点 等信息,商场管理员也可以对云子信息进行修改和删除,如图 5-10 所示。
图 5-10 IBeacon 云子管理
5.2.2 车位管理模块 车位管理模块是 Web 管理端的基础数据管理模块,主要是进行车位基本信息
的维护,如图 5-11 所示。商场管理者可以添加、修改车位名称,以方便在区域地 图管理中进行停车位位置的添加。
图 5-11 车位管理
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5.2.3 商铺类别管理模块 商铺类别管理模块是 Web 管理端的基础数据管理模块,主要是进行商铺类别
基本信息的维护,如图 5-12 所示。商场管理者可以添加、修改、删除商铺类别, 方便消费者在商铺检索时可以根据类别进行快速筛选。
图 5-12 商铺类别管理
5.2.4 商铺信息管理模块 商铺信息管理模块是 Web 管理端的基础数据管理模块,主要是进行商铺基本
信息的维护,如图 5-13 所示。商场管理者可以添加、修改商铺信息,以方便在区 域地图管理中进行商铺位置的添加。
图 5-13 商铺类别管理
5.2.5 场所类别管理模块 场所类别管理模块是 Web 管理端的基础数据管理模块,主要是进行商场内各
种公共场所类别的基本信息维护,包括直梯、扶梯、楼梯、洗手间、收银台和其 他未知区域,如图 5-14 所示。商场管理者可以添加、修改、场所类别,以方便商 场管理员在区域地图管理中进行公共场所位置的添加。
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图 5-14 场所类别管理
5.2.6 推送消息管理模块 推送消息管理模块是 Web 管理端的基础数据管理模块,主要是进行商场内各
种推送消息的日常维护,如图 5-15 所示。商场管理者可以添加、修改、删除和查 看需要推送的消息,以方便商场管理员在区域地图管理中进行推送消息的位置添 加。
图 5-15 推送消息管理
5.2.7 区域地图管理模块 区域地图管理模块是 Web 管理端的核心模块,商场管理者可以创建多个商场
地图,在同一个*台中管理多个商场,如图 5-16。
图 5-16 区域地图管理
点击其中某个商场,进入该商场的地图管理页面,包括楼层地图添加、标记 物添加、路线绘制和画布处理。
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1、 楼层管理 商场管理员可以查看该商场的全部楼层以及对应的上下楼梯、扶梯之间的路 线规划,在上下楼层之间的扶梯、楼梯之间可以直接绘制一条导航路线,用于表 明两个楼层的连接,如图 5-17。商场管理员也可以单独查看某个楼层的标记物和 路线。
图 5-17 楼层管理
也可以点击“添加*面图”上传新的楼层*面图,包括楼层地图、地图名称、 楼层名称、实际宽度和网格列数。
2、 标记物添加 商场管理员可以在某个单独楼层添加具体的标记物,包括公共场所、商铺、 车位和推送消息,方便消费者进行导航时的路线规划和所在位置的消息推送,如 图 5-18 所示。
图 5-18 标记物添加
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所有的标记物的信息维护分别在场所类别管理、商铺信息管理、车位管理、 推送消息管理等模块进行,商场管理员只需要选择需要添加的标记物类型。
以添加公共场所为例,商场管理员点击“添加公共场所”进入到场所选择列 表,任一选择需要添加的场所类别后确定,包括扶梯、直梯、收银台、洗手间等, 如图 5-19。
图 5-19 公共场所类别选择
而后将该场所拖至当前楼层地图的黄色区域任一位置双击,输入场所的名称、 上一层对应点和下一层对应点完成添加,如图 5-20。
图 5-20 公共场所添加
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3、 路线绘制 选择某个单独楼层,也可以在单一楼层内绘制详细的路线,在本文中采用黄 色方格作为可以通过的区域,所有的黄色方格组成导航的路线,如图 5-21。
图 5-21 单楼层路线绘制
Web 端在单景模式(单个楼层)和全景模式(多个楼层)下绘制路线、公共场 所、推送消息的关键代码如下。
if(this.Model.currentModel == this.Model.SINGLE){//单景模式 this.ctx.setTransform(this.TransformDataInSingle.a,//设置立体效果 this.TransformDataInSingle.b, this.TransformDataInSingle.c, this.TransformDataInSingle.d, this.TransformDataInSingle.e, this.TransformDataInSingle.f); this.drawInSingle();//绘制单 this.drawRount();//绘制路线 this.drawGrid();//绘制网格 this.drawPlaces();//绘制公共场所 this.drawStores();//绘制商户 this.drawParkSpaces();//绘制停车位 this.drawMsgs();//绘制推送消息 this.drawCurrentMouseCell();//鼠标当前光标点 this.drawCurrentMousePlaceIcon();//鼠标当前光标点若在公共场所上的处理 this.drawCurrentMouseStoreIcon();//鼠标当前光标点若在商户上的处理 this.drawCurrentMouseParkSpaceIcon();//鼠标当前光标点若在停车位上的处理 this.drawCurrentMouseMsgIcon();//鼠标当前光标点若在推送消息上的处理
}else if(this.Model.currentModel == this.Model.MUTIABLE){//全景模式下的绘制 this.drawInMutiable();//绘制本张地图的背景 this.drawStores();//绘制店铺 this.drawMsgs();//绘制推送消息 this.drawPlaces();//绘制公共场所 this.drawParkSpaces();//绘制停车位 }
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5.2.8 商铺活动管理模块 商铺活动管理模块是 Web 管理端的基础数据管理模块,如图 5-22 所示,主要
是进行商铺活动信息的维护,包括活动的组织者、活动标题、活动开始时间和结 束时间以及相关的图片。商场管理者可以添加、修改、删除和查看每个商铺的活 动,为 Android 客户端消费者查看活动信息提供支持。
图 5-22 商铺活动管理
5.2.9 商铺促销管理模块 商铺促销管理模块是 Web 管理端的基础数据管理模块,如图 5-23 所示,主要
是进行商铺促销信息的维护,包括促销的组织者、促销标题、促销开始时间和结 束时间以及相关的图片。商场管理者可以添加、修改、删除和查看每个商铺的促 销消息,为 Android 客户端消费者查看促销信息提供支持。
图 5-23 商铺促销管理
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5.2.10 停车记录管理模块 停车记录管理模块是 Web 管理端的业务管理模块,如图 5-24 所示,主要用于
记录消费者在商场的停车记录,包括停车人、停车状态、停车位置、停车开始时 间和结束时间,为后续数据统计提供支持。
图 5-24 停车记录管理
5.2.11 数据统计模块 数据统计模块是 Web 管理端的特色与亮点,包括每日流量统计、活动分析、
促销分析和地图轨迹分析。其中日流量统计图、活动统计图和促销统计图,可以 了解全部商场或本*台下的某一商场的某时间段内的变化情况,地图轨迹分析, 主要指某段时间内,某商场的人流运动变化情况。这些将为商场管理者合理布局 规划提供决策支持。
1、 每日流量统计 商场管理员可以查看该商场一定时间段内每日的人流量信息,如图 5-25。
图 5-25 日流量统计
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2、 活动分析 商场管理员可以查看该商场所有商铺在一定时间段内活动关注情况,为后续 的商业活动提供辅助,如图 5-26。
图 5-26 活动分析
3、 促销分析 商场管理员可以查看该商场所有商铺在一定时间段内促销信息的关注情况, 为商家今后策划新的促销活动提供鉴戒,如图 5-27。
图 5-27 促销分析
4、 地图轨迹分析 Web 管理端最大的亮点在于消费者商场活动轨迹分析,如图 5-28。点击播放
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按钮后地图中的蓝色虚拟人物的运动轨迹能够反映消费者在商场的活动情况,为 今后的商场合理布局和规划提供重要的参考依据。
图 5-28 活动轨迹分析
5.3 系统的测试
5.3.1 系统测试的目的和任务 在本系统投入使用运行之前,尽可能多地发现系统中的错误。即在本系统进
入使用之前应尽可能的发现其中的错误。通过测试使本系统的错误降低到最少, 运用不同的测试方案对该系统进行测试,使之达到标准。
(1)本测试的最主要目的即发现系统中存在的 Bug 以及错误,提高系统的健 壮性;测试系统的性能,保证系统能够在高压的情况下保持系统的性能。
(2)本测试的最终目的是能够使本系统在进行使用后,不在发生任何错误并 能够在高压情况下保持系统的性能,最终保证系统的稳定性。
(3)本测试的任务是在满足需求的前提下保证系统的正确性。 5.3.2 系统开发与运行环境
本系统的程序开发是在 windows *台上完成的,客户端程序主要是在 Android *台上运行。服务端程序在 Windows 完成初步部署后,转移到云服务器上进行实 际的部署和测试,其中 Android 客户端开发与运行环境如下表 5-1。
表 5-1 系统客户端开发与运行环境 Android 客户端开发环境
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操作系统版本

Windows 7

开发*台

Eclipse+JDK + Android SDK

Android 客户端运行环境

硬件手机

SAMSUNG GALAXY Note3

Android 系统版本 Android 4.3

内核版本

3.4.0-2364914

5.3.3 系统运行结果

商场室内定位导航系统的核心是定位和导航功能,下面主要介绍本系统的停

车管理、查看商铺、商铺导航、反向寻车、查看商铺活动等模块的测试。

1、用例名称:一键停车

基本描述:消费者在地下停车场一键记住自己的车位。

用例编号 模块名称 模块功能

表 5-2 一键停车测试用例表 1 一键停车 停车管理模块 进入地下停车场地图,点击“记住我的车位”并选择所在车位完成车 位绑定

输入数据 预期结果

车位名
1、 地下停车场地图正常显示,Android 客户端定位成功 2、 记住消费者当前车位。

运行结果如图 5-29,当消费者进入停车模块后,只需要轻轻点击其中的“记 住车位”按钮,并绑定当前停车场所标识的车位编号即可。

图 5-29 一键停车运行结果
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2、用例名称:查看商铺信息

基本描述:查看当前商场中各个商铺信息。

用例编号 模块名称

表 5-3 查看商铺测试用例表 2 查看商铺信息 查看商铺模块

模块功能

点击“商铺”进入商铺列表,显示每个商铺的名称

输入数据 预期结果


1、 下拉刷新和显示商铺信息 2、 按照楼层筛选 3、 点击进入商铺详情 4、 点击商铺名称开始定位并进入导航地图

运行结果如图 5-30,消费者进入商铺模块后,就可以查看所有的商铺,点击 商铺名还可以了解商铺的详细信息。

图 5-30 查看商铺运行结果
3、用例名称:一键导航

基本描述:消费者在商铺详细页面中选择商铺名*械己健

用例编号 模块名称

表 5-4 一键导航测试用例表 3 一键导航 商铺导航

模块功能

点击商铺名称开始定位并进入导航地图

输入数据



预期结果

1、 定位成功 2、 显示导航地图和最优的规划路线 3、 每隔 3 秒更新地图信息 4、 在每个楼层间自动切换

运行结果如图 5-31,用户在商铺详情的商铺名称处点击即可以进入商场地图,

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同时定位当前消费者所在位置,规划出到商场所在的最短路径,地图在上下楼层 之间会自动切换。

图 5-31 商铺导航运行结果
4、用例名称:反向寻车

基本描述:消费者通过点击“取回我的车”导航到停车位。

表 5-5 反向寻车测试用例表

用例编号 模块名称

4 反向寻车导航 反向寻车

模块功能

选择最新的停车记录,点击“取回我的车”开始定位并进入导航地图

输入数据



预期结果

1、 显示停车列表,定位成功 2、 显示导航地图和最优的规划路线 3、 每隔 3 秒更新地图信息,并在每个楼层间自动切换

运行结果如图 5-32,选择未取回车的停车记录,系统自动规划从消费者所在

位置到停车记录中的停车位所在的最短路径,地图在上下楼层之间会自动切换。

图 5-32 反向寻车运行结果
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5、用例名称:商铺活动

基本描述:消费者点击“活动”显示当前商铺的各类活动信息。

用例编号 模块名称

表 5-6 商铺活动测试用例表 5 商铺活动 查看商铺活动模块

模块功能

选择“活动”进入商铺活动列表,显示每个活动的基本信息

输入数据 预期结果
输出结果


1、 显示 10 条商铺信息 2、 下拉刷新商铺列表 3、 点击进入活动详情
符合预期

运行结果如图 5-33,消费者在进入商铺活动模块后能够查看最新的活动列表, 点击某个活动可以查看该活动详情。

图 5-33 商铺活动运行结果
5.3.4 系统性能测试 性能测试在软件的质量保证中起着非常重要的作用。一般把性能标准全部归
结到硬件,操作系统和开发环境上面,忽视代码本身性能上的考虑。在性能要求 标准中,稳定性、并发访问支撑能力和安全性都是很重要的。开发人员要评估系 统运行所在的环境,评估会受到的负荷压力,以及各种隐藏的危险性和可能的恶 意攻击。
此次性能测试采用目前流行的在线移动 APP 测试*台,包括 Testin—全球最 大免费的全球最大的移动游戏、应用真机和用户云测试*台以及在腾讯优测网移
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动云测试*台。 (1)Testin *台性能测试
此次在 Testin *台上选取了覆盖 30%活跃用户,活跃用户数达 28883 万,同 时测试的真机共 50 款经典机型,包括三星、联想、酷派、华为、小米等。得到的 系统性能分析结果如下:
1) CPU 占用率 从 CPU 占用率上看,50 款手机中 80%左右的机型在使用本 APP 时占用的 CPU 在 0-5.64%之间,超过 10%以上的机型较少,因此从 CPU 占用率分析而言较好, 达到预期的目标,如图 5-34。
图 5-34 CPU 占用率
2) 内存占用分析 从内存占用率上看,50 款手机中 80%左右的机型在使用本 APP 时占用的内存 在 10-25M,超过 40M 以上的机型较少。虽然当前 Android 手机的存储能力相比以 往有了很大的提高,但 APP 在内存使用方面还需要一定的改进,如图 5-35。
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图 5-35 内存占用率
3) 安装耗时分析 从安装耗时分析,50 款手机中 72%左右的机型在安装本 APP 时占用的时间在 35 秒以内,超过 1 分钟以上的机型较少。安装消耗的时间虽然比较短,但还是有 一定的提高空间,如图 5-36。
图 5-36 安装耗时
4) 启动耗时分析 从启动耗时分析,50 款手机中 90%左右的机型在 2 秒内能够启动并加载完成, 一方面表明服务器端性能较好,但另一方面也表明 APP 在这方面的性能较好,如 图 5-37。
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图 5-37 启动耗时
而在单款机型的性能分析上,以小米 MI-ONE Plus 为例,其 CPU 占用率如图 5-38,*均的 CPU 占用率仅为 3.8%,即使是在最高峰也仅有 17%左右,这与之前 50 款手机的 CPU 占用率的测试结果是相一致的。
图 5-38 MI-ONE Plus CPU 占用率
APP 的流量消耗很重要,直接影响消费者对本款 APP 的使用频率,在小米手 机上测试发现,流量消耗的上行及下行流量分别为 11k 和 411k 左右,下行流量主 要集中在图片加载方面,如图 5-39。
图 5-39 MI-ONE Plus CPU 流量消耗
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(2)优测网性能测试 在腾讯优测网*台上则选取了 32 款目前国内市场占有率比较高的品牌手机,
包括小米、三星和华为,包含的系统版本包括 Android4.0、Android4.1、Android4.2、 Android4.3 和 Android4.4,分别从 CPU 变化、内存占用、安装和启动时间进行测 试。
1) CPU 变化曲线 从 CPU 变化曲线可以观察到,32 款手机中 60%左右的机型在使用本 APP 时占 用的 CPU 为 1,超过 7%以上的机型较少,因此从 CPU 占用率分析而言较好,达 到预期的目标,如图 5-40。
图 5-40 CPU 变化曲线
2) 内存占用 从内存占用上看,32 款手机中较多数机型在使用 APP 时占用的内存较高。虽
然当前 Android 手机的存储能力相比以往有了很大的提高,但 APP 在内存使用方 面还需要一定的改进,如图 5-41。
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图 5-41 内存占用
3) 安装时间 从安装时间分析,32 款手机中绝大多数的机型在安装本 APP 时占用的时间在
20 秒以内。安装消耗的时间虽然比较短,但还是有一定的提高空间,如图 5-42。
图 5-42 安装时间
4) 启动时间 从启动时间分析,32 款手机中绝大多数的机型在 2 秒内能够启动并加载完成,
一方面表明服务器端性能较好,但另一方面也表明 APP 在这方面的性能较好,如 图 5-43。
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图 5-43 启动时间
而在单款机型的性能分析上,以小米 MI-2 为例,其 CPU 变化曲线如图 5-44, 属于 CPU 变化较为稳定的一种。
图 5-44 CPU 变化曲线
而内存变化曲线如图 5-45 所示,也存在总体内存使用测试时存在的问题,也 是今后努力的方向。
图 5-45 内存变化曲线
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5.4 本章小结
本章主要是对商场室内定位导航系统进行实现,首先实现了 Android 客户端的 7 个核心模块,包括停车管理、商铺查看、商铺导航、反向寻车、消息推送和商铺 活动、商铺促销等。而后实现了 Web 管理端的 11 个核心模块,包括 iBeacon 云子 模块、车位管理、商铺类别管理、商铺信息管理、场所类别管理、推送消息管理、 商铺活动管理、商铺促销管理、停车记录管理,并重点对区域地图管理模块和数 据统计模块给出了详细的实现过程。
最后对系统的主要功能和性能进行了测试,通过系统的性能测试发现,无论 是 Testin 上还是腾讯的优测网上,其他几项测试结果较为满意,但是系统在大部分 机型上内存占有率还是比较高。此外在 Testin 上测试数据显示,系统在大部分机型 的流量消耗在 5M—15M,这些都是今后需要改进的地方。
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第 6 章 总结与展望
6.1 本文总结
本文主要的研究内容是采用基于 BLE(低功耗蓝牙)技术实现大型商场室内 定位导航系统的设计和开发。
本文所做的主要工作有如下几方面: 1、查阅了国内外关于室内定位技术的相关资料,包括 WiFi 定位技术、UWB 定位技术、RFID 定位技术和蓝牙 4.0 技术,并选择采用苹果公司的基于蓝牙 4.0 的精准微定位技术—iBeacon 技术实现本课题的定位功能; 2、从大型商场室内定位和导航的需求出发,完成了系统的业务需求分析,以 及系统中的角色以及相应的用例,并重点对系统中的定位、导航和消息推送等核 心业务进行详细的流程分析; 3、完成了大型商场室内定位导航系统的设计,包括对系统进行的总体架构设 计,并对 Web 管理端和 Android 客户端分别进行了整体架构设计以及详细的功能 模块设计,最后对系统的数据库进行了设计,包括 E-R 图设计和数据库表设计。 4、完成大型商场室内定位导航系统的实现,包括对 Android 客户端的 7 个功 能模块和 Web 管理端的 11 个模块的实现,并给出了系统部分测试。
6.2 展望
目前,本文已基本完成大型商场室内定位系统所需要的功能模块,但是移动 智能终端的快速发展,系统本身存在的一些 bug 以及系统的完整性测试等方面还 需进一步的优化和完善。
1、优化用户操作界面的,方便用户快速便捷的使用该系统,以期更好的展示 系统丰富的功能;
2、增强系统的稳定性与负载能力,能够同时容纳更多的消费者使用; 3、及时对市面上新出现的 Android 手机的应用能力测试,做到最优的用户体 验。
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浙江工业大学硕士学位论文

参考文献

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