РАЗРАБОТКА  ИНФОРМАЦИОННОЙ  СИСТЕМЫ  НАВИГАЦИИ  ПО  ЗДАНИЮ  НИУ  «БЕЛГУ»

Чернищук  Станислав  Сергеевич

студент  4  курса,  кафедра  математического  и  программного  обеспечения  информационных  систем  НИУ  «БелГУ»,  г.  Белгород

E-mail:  cher11@yandex.ru

Великая  Яна  Геннадьевна

научный  руководитель,  канд.  тех.  наук,  доцент  НИУ  «БелГУ»,  г.  Белгород

На  сегодняшний  день,  в  связи  с  увеличением  темпа  жизни  и  нарастающей  компьютеризацией  общества,  популярность  набирают  системы  навигации  в  помещении.  Их  востребованность  объясняется  высокой  степенью  удобства  в  использовании  и  соблюдением  принципа  наглядности,  что  делает  электронные  системы  навигации  предпочтительными  с  точки  зрения  пользователей  [2,  4].  Примером  успешного  использования  систем  навигации  в  помещении  является  система  Smartsense  от  Fraunhofer  Research  (совместно  с  Bosch),  представляющая  собой  специализированный  сенсор  для  смартфонов  с  возможностями  точной  навигации  внутри  помещений  без  возможности  получения  сигнала  от  GPS-спутников.  Перспективность  разработок  в  данной  области  подкрепляется  современной  ситуацией  на  рынке  информационных  технологий,  в  том  числе  разработками  компании  WiFiSLAM,  принадлежащей  на  данный  момент  компании  Apple  [6].

В  связи  с  информатизацией  НИУ  «БелГУ»  и  связанной  с  этим  нарастающей  потребностью  в  адекватной  системе  навигации  по  зданиям  университета,  а  также  отсутствием  аналогов  предложенной  системы  нами  была  поставлена  задача  разработки  навигационной  системы  построения  маршрутов  по  зданиям  университета  для  терминалов  НИУ  «БелГУ»  и  мобильных  устройств  на  платформах  iOS,  Android,  Windows  Phone.  В  функции  данного  приложения  вошли  возможность  определения  текущего  местоположения  пользователя  в  здании,  просмотр  планов  этажей,  построение  кратчайшего  маршрута  между  точками,  отмеченными  на  плане,  поиск  по  номерам  или  описаниям  аудиторий.  Приложение  предусматривает  две  группы  пользователей:  «Гость»  и  «Администратор».  В  базовом  режиме  работы  приложение  предусматривает  только  просмотр  уже  сохраненной  информации  о  здании;  в  режиме  редактирования  администратор  приложения  имеет  возможность  обновлять  существующие  данные  и  добавлять  новые,  а  именно:  этажи,  аудитории,  лифты,  лестницы,  переходы  между  корпусами.  Каждая  точка  на  плане  может  иметь  свое  описание  и  различные  дополнительные  поля.

Для  реализации  поставленной  задачи  нами  были  использованы  следующие  средства  разработки: 

·в  качестве  источника  данных  использован  сервер  управления  базами  данных  MySQL;  доступ  клиентских  приложений  к  нему  осуществляется  с  помощью  расширения  MySQLi  языка  PHP  [5];

·клиентские  приложения  основаны  на  кроссплатформенном  движке  Cocos2D,  преимущество  которого  заключается  в  ориентации  на  создание  графически-интенсивных  приложений  для  мобильных  устройств  и  широком  спектре  поддерживаемых  платформ  (iOS,  Android,  Windows  Phone,  HTML5);

·данные  между  сервером  и  клиентом,  а  также  информация  о  точках  в  QR-метках  хранятся  в  формате  JSON,  который  поддерживается  большинством  современных  языков  программирования  и  легко  читается  людьми;

·распознавание  QR-меток  производится  с  помощью  свободной  библиотеки  ZBar,  которая  обеспечивает  качественное  распознавание  кодов,  в  том  числе  полученных  с  помощью  низкокачественных  камер  мобильных  устройств  [1,  3];

·в  качестве  IDE  была  использована  бесплатная  среда  Xcode.

Общий  принцип  работы  описываемого  приложения  заключается  в  следующем:  серверное  программное  обеспечение  получает  запросы  от  клиентов  (такие,  как  запрос  на  поиск  определенного  места  по  названию,  запрос  на  определение  текущего  местоположения  по  QR-метке  или  запрос  на  построение  маршрута  между  точками)  и  производит  необходимые  действия: 

·в  случае  поискового  запроса  серверное  программное  обеспечение  выполняет  поиск  подходящих  точек  в  базе  данных;

·в  случае  запроса  на  определение  местоположения  —  находит  в  базе  данных  точку,  QR-метку  которой  сфотографировал  пользователь;

·в  случае  построения  пути  —  использует  алгоритм  Дейкстры  для  нахождения  кратчайшего  пути  в  графе  и  предоставляет  пользователю  запрошенный  маршрут.

В  общем  виде  схема  системы  представлена  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Общая  схема  информационной  системы  навигации  по  зданию  НИУ  «БелГУ»

При  использовании  данной  системы  пользователю  для  определения  своего  местоположения  необходимо  просканировать  QR-метку  ближайшей  точки  (QR-метки  планируется  нанести  на  ряд  объектов  здания,  например,  на  кабинеты,  лифты,  лестницы).  В  данном  случае  в  QR-метке  в  формате  JSON  представлен  код  данной  точки  в  базе  данных.  После  распознавания  метки  полученные  данные  о  точке  могут  быть  переданы  на  сервер  и  использоваться  для  определения  точного  местоположения  пользователя.

Непосредственно  в  базе  данных  информация  о  здании  представлена  в  виде  трех  таблиц,  а  именно:  таблицы  с  вершинами  графа  (объектами  на  плане  здания),  таблицы  со  ребрами  графа  (путями  между  объектами)  и  вспомогательной  таблицы,  содержащей  типы  объектов  здания.  Логическая  модель  базы  данных  системы  представлена  на  рисунке  2.

Рисунок  2.  Логическая  модель  базы  данных  системы  навигации  по  зданию  НИУ  «БелГУ»

При  описании  таблицы  «Вершины  графа»  можно  выделить  следующие  ключевые  моменты:    значение  поля  «id  вершины»  представляет  собой  уникальный  идентификатор  точки  в  здании;  именно  оно  записывается  в  QR-метку.  Поле  «Название  объекта»  представляет  собой  имя  точки  (например,  «Аудитория  14-2»  и  т.  д.).  Поля  «Координата  X  на  плане»  и  «Координата  Y  на  плане»  являются  координатами  соответствующей  точки  (аудитории  и  т.  п.)  на  плане  этажа.  В  полях  «Этаж»,  «Секция»  и  «Тип»  хранятся  этаж  точки,  секция  точки  и  тип  точки  (например,  аудитория,  лифт,  лестница,  переход  между  корпусами).

С  помощью  полей  «id  первой  вершины»  и  «id  второй  вершины»  таблицы  «Ребра  графа»  задается  связь  между  вершинами  графа.  Поле  «id  ребра»  содержит  идентификатор  ребра,  а  поле  «Вес  ребра»,  соответственно,  его  вес.

В  связи  с  использованием  алгоритма  Дейкстры  используются  дополнительные  поля  в  таблице  «Вершины  графа»:  поле  «Флаг  «вершина  пройдена»»  используется  для  того,  чтобы  исключать  уже  обработанные  алгоритмом  вершины,  поле  «id  ребра»  хранит  идентификатор  ребра  с  кратчайшим  весом,  вычисленный  алгоритмом  на  текущем  шаге,  а  поле  «Длина  рассчитанного  пути»  —  текущее  минимальное  расстояние  между  исходной  и  конечной  точкой.

В  целом,  выбранный  способ  хранения  позволяет  производить  быстрый  поиск  кратчайшего  пути  и  одновременно  хранить  множество  дополнительной  информации  по  каждому  объекту  здания.

На  текущем  этапе  работы  можно  сказать,  что  разрабатываемая  система  является  приемлемым,  не  имеющим  особых  трудностей  по  внедрению  и  выгодным,  в  том  числе,  с  материальной  точки  зрения,  вариантом  решения  проблемы  навигации  по  зданию  НИУ  «БелГУ».  Данная  система  отличается  высокой  гибкостью,  позволяя  как  хранить  данные  на  сервере,  так  и  работать  с  приложением,  в  котором  вся  информация  хранится  статично  (что,  однако,  влечет  за  собой  необходимость  обновления  всего  приложения  при  внесении  изменений  в  базу  данных). 

Создан  прототип  системы,  поддерживающий  мобильные  устройства  на  базе  операционной  системы  iOS  и  позволяющий  пользователю  системы  определять  свое  местоположение  в  одном  из  корпусов  НИУ  «БелГУ».  В  дальнейшем  предполагается  реализация  поддержки  операционных  систем  Android  и  Windows  Phone,  создание  WEB-версии  системы  с  использованием  HTML5  и  интеграция  с  уже  существующим  сервисом  «Расписание  занятий».

Список  литературы:

1.Абдрахманова  А.М.,  Намиот  Д.Е.  Использование  двумерных  штрихкодов  для  создания  системы  позиционирования  и  навигации  в  помещении  //  Прикладная  информатика.  —  2013.  —  №  1.  —  С.  31—39.

2.Аникин  А.П.,  Волков  А.С.  Современные  и  перспективные  технологии  локализации  подвижных  объектов  внутри  зданий  при  невозможности  использования  спутниковой  навигации  //  Известия  высших  учебных  заведений  России.  Радиоэлектроника.  —  2013.  —  №  1.  —  С.  39—48.

3.Глазкова  С.А.  Технология  QR-кодов  в  мобильном  коммуникативном  пространстве  //  Исторические,  философские,  политические  и  юридические  науки,  культурология  и  искусствоведение.  Вопросы  теории  и  практики.  —  2012.  —  №  11-2.  —  С.  61—66. 

4.Свириденко  В.А.,  Будник  Р.А.  Спутниковое  позиционирование  в  помещении  —  новое  направление  в  навигации  //  T-COMM:  Телекоммуникации  и  транспорт.  —  2010.  —  №  2.  —  С.  22—24.

5.Ульман  Л.  MySQL:  Рук.  по  изучению  языка.  М.:  ДМК,  2004.  —  351  с.

6.WiFiSLAM:  Indoor  GPS  [Электронный  ресурс].  —  Режим  доступа.  —  URL:  https://angel.co/wifislam,  свободный.  —  Дата  обращения:  17.09.2013.