基于二维码的实验仪器定位系统研究

李响 李英浩 赵桐 李春金 何东钢

摘  要：本文是利用二维码定位来解决实验室中实验仪器定位及存放的问题，充分利用二维码的高储存容量、高可靠性、高准确度、高输入效率等优点。通过二维码存储数据，设计了基于二维码的实验仪器定位系统，应用MapInfo软件进行地图的设计，并将搭建好的数据库传输到服务器，实现准确的位置显示。实验表明，该系统极大的减少了实验仪器存放带来的麻烦。

关键词：二维码定位;数据库;服务器;MapInfo

中图分类号：TP391.44;TP399-C2      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）01-0168-04

Research on Positioning System of Experimental Instrument Based on

Two Dimensional Code

LI Xiang1，LI Yinghao1，ZHAO Tong2，LI Chunjin1，HE Donggang1

（1.School of Information Engineering，Dalian Ocean University，Dalian  116023  China;

2.School of Information Science and Technology，Dalian Maritime University，Dalian  116026，China）

Abstract：In this paper，two-dimensional code localization is used to solve the problem of locating and storing experimental instruments in the laboratory，making full use of the advantages of two-dimensional code，such as high storage capacity，high reliability，high accuracy and high input efficiency. The experimental instrument positioning system based on two-dimensional code is designed by storing data with two-dimensional code. MapInfo software is used to design the map，and the built database is transmitted to the server to realize accurate position display. Experiments show that the system greatly reduces the trouble caused by the storage of experimental instruments.

Keywords：two-dimensional code location;database;server;MapInfo

0  引  言

随着移动互联网的快速发展，基于位置的服务LBS被广泛应用，如在个人的定位导航、货物物流跟踪和车载导航等各个领域[1，2]。定位技术在现在来看非常普遍（如全球卫星定位系统GPS），且技术较为成熟，但室内环境无法接收GPS的信号，这导致GPS定位技术在室内导航方面仍存在较大的缺陷。例如各大高校的实验室地理位置信息复杂，导致人们在实验室内不能准确获得实验仪器的方位，增加了其做实验时的各种不便。如果可以在实验室内进行定位并精准地获取地理位置信息，同时提供准确的实验仪器导航，那么将会给实验带来诸多的便利。

目前有三种常见的定位方法：邻近信息法、场景分析法、几何特征法。这三种方案衍生出了多种用于确定位置的技术，其中有射频识别技术、红外线技术、蓝牙技术、GPS技术等[3]，而这些方法都要使用辅助节点进行定位，加大了实验仪器定位的成本，并使得工序变得更加复杂。基于红外线技术的室内定位较基于二维码的室内定位，传播距离短，不适合大范围应用;基于无线射频识别技术的室内定位较基于二维码的室内定位[4]，因RFID标签不提供信号强度信息，需进行手工估计，而难度和误差较大，且工序复杂;结合被动RFID标签和WiFi RSSI信号的定位方法较基于二维码的室内定位[5，6]，因部署环境时需要安装额外的RFID阅读器[7]而成本提高，部署麻烦。相比之下本文基于二维码的实验仪器定位是一种将电子地图结合起来的直观的定位模式，其能夠快速定位、提高效率，为人们提供一个最便捷有效的定位方法。

本文采用基于二维码的方法研究实验仪器的定位，首先是由于二维码的成本较低而且能够存储海量信息。其次是现代对于二维码的应用已经非常普及，二维码应用技术较为成熟，这为二维码在实验仪器定位的应用创造了良好的外部条件。最后，二维码的部署样式多种多样，耳目一新的时代感为实验仪器定位注入了活力。

1  基于二维码的实验仪器定位系统的组成

基于二维码的实验仪器定位系统主要由四个模块组成，如图1所示。二维码生成模块，二维码识别模块，扫码定位模块，位置显示模块[8]。二维码生成模块是用于确定实验室仪器位置，建立数据库，生成实验室仪器所对应的唯一的二维码，此二维码中含有实验室仪器的相关信息。二维码识别模块是在确定实验室仪器的位置时，用智能手机扫描识别二维码，读取其识别实验仪器的相关信息。扫码定位模块：识别二维码后获取链接，并将其传到服务器中;位置显示模块：用于确定实验室仪器位置，根据传到服务器以及空间数据库中的定位，反馈输出实验仪器应该所处的位置[9]。

2  基于二维码的实验仪器定位系统的工作原理

本系统首先使用笔记本电脑的应用Microsoft提供的Windows操作系统搭建一个Web服务器，其次应用MapInfo软件地图制作软件，制作地理信息地图[10]，然后导入数据库中的地图信息数据，来建立定位地图，最后将数据传递到服务器中，获取链接，从而使定位显示在智能手机端，系统的原理流程如图2所示。

2.1  位置信息数据库建立

2.1.1  数据存储结构

对于数据库的建设需进行全方位多层面的考虑，要对整体数据存储结构进行设计，实现数据的有序存储，从而缩短存储时间，实现存储空间利用最大化，同时还要及时对存储空间进行维护等。由于这些条件之间相互制约，所以存储结构的选取应综合考虑其他条件，权衡利弊之后再做决定，以此制定兼容性较好的解决方案。

本文的存储结构为[11，12]：

（1）物理数据。物理數据是构成数据信息体系的最底层的逻辑，其可以对原始数据进行修整处理，实现对数据的储存和修改，当实验室仪器地理位置发生变化时，可以通过修改其物理数据来修正其位置。

（2）概念数据。概念模式是用户直观了解数据库中数据的窗口。概念数据是主要的框架结构体系。从图3数据库结构可以看出，它是数据库框架的中枢，是对数据库的逻辑表达，体现了数据库中数据的逻辑意义，标明了数据库中数据间的逻辑关系，是数据存储记录的集合。它不包含物理情况的数据，只体现数据库中概念数据的逻辑关系。用管理员身份可对其进行访问使用。

（3）用户数据。外模式是数据库框架结构体系的基本组成部分。外模式是可以让用户了解数据库框架结构的总视图，每个用户只能访问其所对应的外模式中的数据，数据库中的其余数据对其不可见。外模式在数据库的应用可以保证数据库的安全性和稳定性，防止数据库出现错误或者被侵入。

2.1.2  数据存储路径

因存储路径与检索直接相关，为便于检索，建立数据库时应选择合适的存储路径。数据存储路径大致有两种：一是储存在数据库中对应的文件中，二是直接储存在操作系统上。这两种存储路径各有其优缺点，其优缺点比较如表1所示。

存储路径的选择应基于实际应用的需要。本文的设计数据量不是很大，所以采用存储在数据库的方式。本文所建立的数据库是基于Excel的数据库，数据量小，管理方便。

2.1.3  数据存储位置

数据存储位置的选择对数据存储十分关键。在进行数据存储时，我们应该严格区分稳定的数据区域和不稳定的数据区域，以及使用频率高的存储区域和使用频率低的存储区域，重视存储的重要性。为了建设使用效率较高的数据库系统，在建设过程中我们应根据实际建设需要和数据实际应用的动态情况来选择合适的数据存储位置，从而建立一个稳定高效的数据库，为室内定位打造一个数据基础平台。

2.2  地理信息位置确立

相比于其他地图制作软件，如ArcGIS，MapInfo软件不仅可以满足本系统的地图制作需要，构造体现数据的信息（如温度、湿度），还可体现地理坐标，同时其还可以承载数据库对外接口传输的地图信息。除此之外，MapInfo软件还具有其独特优势：强大的图形表达、处理功能;实用的关系型数据库功能;灵活的数据查询分析功能;多样化的数据可视表达方式;功能强大的系统开发工具;方便灵活的图形输入输出功能;支持多种硬件操作平台;快速、准确的GPS连接能力。因此本系统采用MapInfo软件制作地图。

采用MapInfo软件制作好地图，将地图放入数据库中，把每一个二维码的数据一一对应到数据库中相应的地理数据信息位置。之后通过扫描二维码得到数据信息并将数据信息发送给服务器，服务器通过对信息解码允许其访问并通过接口连接到相对服务器中对应信息的位置，最后通过调取其中的信息传输到手机移动终端实现定位。

2.3  数据库服务器数据传递

随着智能机的大规模应用，移动的访问需求也越来越大，同时信息获取方式也越来越多，小服务程序（Servlet）因其移动便利性，稳定性和易开发性，而在各领域被广泛应用，其可以让访问端与服务端进行有效的交流并随时产生动态的数据内容。其数据传输过程如图4所示。

客户端发送请求指令到服务器→服务器将请求信息发送到Servlet→Servlet生成响应内容并将内容传递给服务器→服务器将响应返回给客户端。

3  系统的实现与实际应用

准备工作完成后，进行测试并得出结果便可完成检验工作。具体操作步骤如下：首先，把二维码固定在实验室门口处。打开智能手机，将服务器上线，地图确认完毕，网络通信状况良好;接着将手机扫码功能打开，对准二维码（如图5所示）;随后，使用智能手机对二维码进行识别（如图6所示）;识别后弹出相应链接，点击进入（如图7所示）。

最终得到对应地理位置信息，成功实现位置坐标标定，从而实现实验仪器定位。（如图8所示）。

对各个实验仪器均进行实验，得到的结果全部准确正常。考虑到光照等因素对室内定位的影响，笔者又对黑暗条件下的定位情况进行了检验，结果发现在不使用手机探照灯的情况下，定位依旧准确正常。至此，笔者对本文研究的室内定位系统的检验完成，结果令人满意。由于二维码本身的材质禁不住外部化学物品的侵蚀，所以当其应用于大型工厂厂房、医院等场所时，会使维护管理变得更加复杂，但其应用前景不会受其微小缺陷的影响。

4  结  论

本文利用二维码的高储存容量、高可靠性、高准确度、高输入效率等优点，来存储数据，并设计了基于二维码的实验仪器定位系统。该系统采用MapInfo软件建立地图，并通过服务器传输数据，实现了准确的位置显示。多次实验对比显示，该系统可以实现有效快捷地定位，减少寻找实验室仪器时的麻烦，所以其应用前景广泛。

参考文献：

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