“大学生创新训练计划项目”立项申请表-便携式多功能消费导航仪及基于Android系统的辅助应用

大学生创新训练计划项目“大学生创新训练计划项目”立项申请表申请级别：国家 北京市 学校项目名称：便携式多功能消费导航仪及基于Android系统的辅助应用负 责 人： 所在学院： 自动化学院 联系电话： 电子邮件： 填表时间： 2012.10.01 北京理工大学教务处制表注意事项1. 填写申请级别时，将“”替换为“”，或手写打“”；2. 项目负责人应为本科生，鼓励跨年级、跨学科组成项目组；3. 项目成员（含负责人）不超过5人,成员中至少有一名非四年级的学生，每名学生原则上不允许同时参加多个项目；4. 申报国家级、北京市级项目应明确指导教师，指导教师应具备中级以上职称,每位指导教师同时指导的项目原则上不能超过两项；5. 经费预算严格按照通知要求进行申请，最终以专家委员会批准的额度执行；6. 项目周期统一为一年。负责人情况姓名性别男学号学院自动化学院专业自动化班级手机固定电话暂无电子邮件个人介绍2010级自动化学院自动化专业学生。曾经参与过一次校级创新项目并结题。项目基本信息项目名称便携式多功能消费导航仪及基于Android系统的辅助应用项目周期一年所属一级学科自动控制；软件工程项 目 组姓名性别学号学院专业手机小组成员（不超过4人）男数学学院信息与计算科学女数学学院信息与计算科学男机械与车辆学院车辆工程男信息与电子学院信息对抗指导教师姓名性别职称学院职务手机女讲师软件学院一、项目介绍 （研究目标、研究背景及现状、工作原理和方案设想、计划进度安排等）1、研究目标随着我国城市化进程不断推进，各种各样的大型超市如雨后春笋般在华夏大地出现。买建材我们可以去建材超市，买百货我们可以去百货超市，买家具我们可以去家具超市各类大型超市的出现在带给人们实惠的同时也产生了新的不便：如超市面积巨大让消费者往往在选购产品时找不着货物的位置；如产品种类繁多、信息量过大而让消费者出现选择困难，导致不理性消费行为发生；如超市促销商品、推荐产品的宣传覆盖不广，导致消费者无法准确迅速买到物超所值产品，同时也影响超市的仓储等；如超市收银台偏少或人流过大造成结算时间过长影响消费者印象的后果；针对以上所述种种，本项目拟开发一种设备便携式多功能消费导航仪，同时配合该设备开发一款基于Android系统平台的配套App（应用），用软硬件配合使用的方式解决上述问题，以改善大型超市的购物环境。最终该项目产品将实现导航为主体功能及最新优惠信息滚动、预先计价、购物笔记、软硬件连接四项辅助功能。其中导航功能将运用目前较新且具有广泛前景的“wifi实时定位系统 （WIFI-RTLS）”实现。2、研究背景及现状:2.1 WIFI 实时定位系统（WIFI-RTLS） WIFI实时定位系统（Wi-Fi RTLS）是一款结合了无线网络、射频识别（RFID）和实时定位等多种技术，在覆盖无线局域网的地方，系统能够随时跟踪监控各种资产和人员，并准确找寻到目标对象，实现对资产和人员的实时定位和监控管理。局域网实时定位系统由Wi-Fi定位标签、无线局域网接入点（AP）和定位服务器组成。工作原理为：定位标签或者无线设备周期性地发出无线信号AP接收到信号后，将信号传送给定位服务器定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断标签或无线设备所处位置，并通过电子地图显示。2.1.1 WIFI-RTLS技术发展现状在过去的几年里，Wi-Fi在实时定位系统(RTLS)市场上的应用迅速发展。实时定位系统(RTLS)可在有限的区域内，如企业内部、校园、港口、仓库、医院等，对财产、车辆和人员进行实时定位和跟踪。迄今为止，Wi-Fi实时定位系统(RTLS)在医疗卫生行业上的应用发展最为迅猛。Wi-Fi RTLS厂商一直致力于推动该行业的应用。在大多数的医院应用中，Wi-Fi定位跟踪的投资回报率很好。Cisco已与许多Wi-Fi RTLS供应商合作，将RTLS定位追踪作为如数字和语音业务一样的另一种可被Wi-Fi基础设备支持的应用。下表1对比了几种常用的无线定位技术的性能。表1 无线定位技术性能对照表技术应用设备首次定位定位时间可用性定位精度通信AGPS手机20秒25秒95%30米使用手机网络基站定位手机3分钟N/A不确定150200米手机Wi-Fi定位手机/PDA/笔记本1秒1秒以内99.8%35米手机GPS导航仪15分钟1秒以内80%310米不可以通信2.1.2 RTLS系统的特点我们可以看到Wi-Fi技术在快速定位，特别是第一次快速定位的实时性能，表现了很好的优越性，同时Wi-Fi技术支持室内定位，符合城市的应用环境；RTLS系统适用于现有的任何品牌的无线网络设备，只需要利用现有无线网络WIFI的网络设备（AP），不需要增加任何额外的硬件设备（如读卡器、天线等）；运行于标准企业级服务器的单个定位引擎支持企业范围部署多大20000个追踪对象目标和每秒对600个对象同时进行定位；安装实施灵活方便迅捷，降低成本。2.1.3 WIFI-RPLS技术的政策导向和“无线城市”发展趋势上海上海以2010年世博会为契机，大力推动了“无线城市”的概念和项目。由上海电信负责。目前将先后在嘉定区、南京路、人民广场进行试点。深圳08年末起神舟电脑公司技术支持，在深圳、北京、东莞、常德启动小区试点建设；目前，深圳首个“无线城市”建设已完成。北京目前北京“无线城市”计划已有2个官方试点，以及1个民间项目，2+1试点方案按照无线城市2.0的特殊领域应用主线进行推进。两个官方试点是崇文区的政府应用试点，大兴区的建设社会主义新农村的试点；一个民间项目是望京科技园商业试点，形成了推动国内“无线城市”发展的三驾马车。2.2Wi-Fi无线通信技术Wi-Fi 是无线保真(wireless fidelity)的缩写，与蓝牙技术一样，同属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术，该技术使用空闲的24GHz附近的频段。目前使用的标准有两个，常用的分别是IEEE802.11a、IEEE802.11b，IEEE802.11g 和IEEE802.11n。Wi-Fi 技术突出的优势在于：无线电波的覆盖范围广，Wi-Fi 的半径则可达100 米左右。传输速度非常快，可以达到54Mbps甚至更高。厂商不用耗费资金来进行网络布线接入，从而节省了大量的成本。根据无线网卡使用的标准不同，Wi-Fi 的速度也有所不同。其中IEEE802.11b 最高为11Mbps，IEEE802.11a 为54Mbps，IEEE802.11g 也是54Mbps。Wi-Fi 是由AP (Access Point） 和无线网卡组成的无线网络，AP 一般称为网络桥接器成接入点，它是当作传统的有线局域网络与无线局域网络之间的桥梁。因此，任何一台装有无线网卡的PC或者拥有Wi-Fi技术支持的手持终端均可透过AP 去分享有线局域网络甚至广域网络的资源，其工作原理相当于一个内置无线发射器的HUB 或者是路由， 而无线网卡则是负责接收由AP 所发射信号的客户端设备。这两年内，无线AP的数量迅猛增长，无线网络的方便与高效使其能够得到迅速的普及。除了在目前的一些公共地方有AP 之外，国外已经有先例以无线标准来建设城域网，因此， Wi-Fi 的无线地位将会日益牢固。目前Wi-Fi 是无线接入的主流标准。3、工作原理和方案设想该项目的产品主要以大型超市（生活、建材、家具）为对象。有针对性地对目前存在的几大不便利提供解决方案，并整合到“便携式多功能消费导航仪”上，同时以基于Android系统的配套App为辅助产品。3.1 导航功能（主体功能）仪器将运用Java或Android系统； 首先在仪器内内置超市的“楼层平面图”及“商品位置信息”；仪器通过在超市装配的WIFI-RTLS系统定位出顾客的“目前所在地”；顾客通过“搜索货物”功能搜到所需商品；顾客根据地图指示选购到心仪货物。顾客使用该项目产品进行购买商品的示例如下图1所示。图1 使用便携式多功能消费导航仪/配套APP购买商品示意图3.1.1 WIFI-RTLS系统工作原理定位标签或者无线设备周期性地发出无线信号；AP接收到信号后，将信号传送给定位服务器；定位服务器根据信号的强弱或信号到达时差判断标签或无线设备所处位置，并通过电子地图显示。 WIFI-RTLS系统的工作原理如下图2所示。 图2 RTLS系统工作原理考虑到超市空间的复杂性，我们可以将超市分楼层、分区域进行架设该系统，提供系统稳定性。关于导航仪内置的超市信息(所有商品的位置，包括价格、品牌等商品信息，超市各层平面图等)，本团队将做出一个版式，让各大超市按照这个版式录入各自的信息，方便地实现数据的录入。而且可以每隔一段时间让超市更新自己的信息。3.1.2 RLTS系统优势基于标准Wi-Fi网络，无需读写器，无须重新搭建其他网络或设施，安装实施灵活方便迅捷，降低成本；超低电池功耗，标签寿命可达5年以上，电池可充可更换；既可使用定位标签定位任何资产和人员，也可直接追踪各种无线设备，如：手提电脑、PDA等；远距离识别，室内、外定位，精度高达3米；双向通信模式，动态管理标签，LED和报警提示。3.2 比照功能 及 计价器功能3.2.1 当需要对相同类型产品进行选择时，顾客利用导航仪“比照功能”将列出两/1.当需要对相同类型产品进行选择时，顾客利用导航仪“比照功能”将列出两/多件产品的价格、净含量、产地等信息，便于横向对比产品，做出理性的消费选择。 这项功能本项目将通过编写JS代码实现。此外，目前已经有较成熟的此功能软件供给借鉴。3.2.2 计价器功能。实际通过一简易的计算器程序实现，顾客对所购所有商品随时进行计价，方便顾客在购物过程中随时掌握自己的收支预算。同时“计价器”功能在一定程度上改善大型超市存在的结算缓慢问题。通过编写JS代码实现。有成熟软件可供借鉴。3.3 滚动信息功能导航仪终端系统导航仪客户端1导航仪客户端2导航仪客户端3超市方可以通过导航仪终端系统及时对客户端特惠产品信息更新，顾客可以在导航仪客户端上随时进行查看，及时掌握有利信息。信息的更新途径示意如图3。图3 信息更新途径3.4 配套基于Android系统的App（应用程序）开发配套的Android系统应用程序将实现“硬件”（客户端）与软件的无间隙连接。此款应用上将配备“便携连接”及“购物清单”等功能：1、“便携连接”：用户的Android系统的设备（如手机、pad等）与超市配备的WIFI进行连接，此款应用程序将自动下载“导航仪终端系统”上的信息（包括超市导航地图、特惠信息等）到用户的设备上。由此用户可以直接用手机等设备进行操作。2、“购物清单”：消费者可以在到达超市前在手机等设备上通过此款应用程序列好“购物清单”，到达超市后可通过WIFI将“购物清单”导入到“导航仪客户端”上。Android系统的padAndroid系统的手机导航仪终端 WIFI 图4 软硬件的互相配合4、计划进度安排：流程内容时间安排确定设计任务查阅资料确定所需功能；查阅并学习相关知识；确定设计任务。10月末12月总体结构设计通过所需功能，分成若干具体的“组成块”；运用知识逐个“块”进行设计。次年1月软硬件设计具体实施“块”设计方案进行攻关。做出实体。次年2月次年6月鉴定和评价在校内对仪器进行测试，并不断改进问题。总结所遇到的问题，为结题答辩作准备。次年7月8月实地实践通过联系校内外小型超市进行实地操作实验。次年9月二、项目自我评价 （创新点、实现的可能性、可操作性、可能存在的问题等）1. 创新点分为能应用于智能手机的App软件和超市提供给顾客的导航仪两种。1.1基于WIFI-RTLS技术的导航功能。当顾客在进入一家新的超市的时候，往往不知道想买的东西在哪个地方，这时他们就可以操作手机上的这个App应用来获取商品的位置。该App应用了WIFI-RTLS系统。Wi-Fi定位的原理是采用三点定位的方式，即通过移动设备和三个无线网络接入点的无线信号交流来鉴别移动设备所处的位置，由于移动设备距离三个无线接入点的距离不同，因此反映在无线接入点上的该移动设备的无线信号场强会有差异，通过差分算法，可以比较精准地确定位置。1.2对照功能。对于顾客想购买的某种商品，仪器能列出不同品牌、型号商品的规格、价格等属性来帮助顾客判断应该购买哪种商品。1.3 笔记功能。顾客可以先用笔记功能将犹豫不决的商品记录下来，然后回头再看。 此功能也可以用于“列购物清单“方便购物，避免非理性消费。列清单的时候会自动把商品的大致价格列出来并求和，让顾客知道买这些东西需要多少钱。1.4计价器功能。内置的计算器，顾客可以通过输入货号方式（或感应条形码）对所购所有商品随时进行计价，方便顾客在购物过程中随时掌握自己的收支预算，同时减轻超市收银台压力。1.5软硬件无缝连接。2实现的可能性2.1关键技术App应用：该App的功能实现起来并不复杂，通过编程均可解决，且目前已有成熟的范例以供借鉴。但需要的数据量很大（大型超市所有物品的位置，包括价格、品牌、商品具体规格等商品信息，超市各层平面图等），本团队将做出一个版式，让各大超市按照这个版式录入各自的信息，方便地实现数据的录入。而且可以每隔一段时间让超市更新自己的信息。本团队要和超市合作，这方面可能需要些努力去实现。多功能导航仪：硬件方面主要依赖对现有设备组装、改进以及升级重塑，这一点是可以实现的。关于RTLS系统的安装测试，我们可以依托学校的教学资源进行。此外，超市必须配备wifi设备，用于实现导航功能同时进行高速的信息传输。目前WIFI技术已相对较成熟，许多商厦业已安装WIFI设备，重新安装WIFI设备的成本也不高。2.2团队素质我们的团队队员横跨多个学院多个专业（一人自自动化专业，一人自信息对抗专业，一人自自车辆工程专业，两人自信息与计算科学专业），所拥有知识储备包括各种所需要的电路知识、控制理论、通信原理、计算机语言、数据分析等。团队内大部分成员平时还有跨学科学习的习惯。所以说各类知识储备都已达到项目应用水平。未来的一年学校还开设了很多对项目有帮助的课程，团队成员也会在课余时间学习项目所需要的相关知识。2.3市场分析具有较好的应用前景，创意的实际应用可行.本项目的主要功能“导航”采用的是较为先进的WIFI 实时定位系统（WIFI-RTLS）。由长远来看，WIFI无线技术的推广将是城市发展的必然选择，而基于WIFI技术的室内定位系统RTLS将具有很好的应用前景。本项目的实现将推动RTLS技术与居民生活的有机结合，将给居民带来实实在在的便利。2.4小结。综合以上关键技术可行性、团队可行性、市场可行性分析，我们认为我们所申报的项目具有研究价值且可以做出成果。3.可操作性：App和导航仪的操作大体上相似，对于核心功能导航来说，只需要先选取商品，就能自动显示商品所在位置。App的其他功能操作起来也很简单，只需要12步就能完成。4.可能存在的问题：对于App来说，商品数据量比较大，某些功能可能无法实现，而且超市经常更新自己的商品，如果App更新不及时的话可能会误导顾客。对于超市导航仪来说，可能成本比较高，超市方面可能不愿意安装。三、预期成果（成果的具体形式，如：申请专利、公开发表论文、制作科技实物（含软件程序）等，可以同时有多种成果形式） 1科技实物1.1一个4寸左右的导航仪。采用Java或Android系统，可安装在超市购物车上。1.2一项辅助用的应用软件。客户在搭载Android系统的设备上安装该应用程序即可导航仪配合使用。1.3完成商品信息传输、顾客位置定位，以及录入超市商品信息相应程序。产品完成后，能实现：导航