Введение
В данный момент на рынке представлено довольно много различных систем, методов и технологий, предназначенных для навигации [1]. Однако большая часть таких технологий предназначена для работы не внутри зданий, а на открытом воздухе. Среди таких систем можно выделить: GPS, Galileo, ГЛОНАСС, iBeacon, WPS и др. В свою очередь для обработки навигационных данных, предоставленных с помощью вышеуказанных технологий используются такие сервисы, как: Google Maps, NAVIMIND, 2GIS.
При этом сейчас все острее встает проблема навигации внутри различных зданий и помещений, так же растет и заинтересованность в услугах, предоставляемых на основе местоположения клиента и его предпочтений. Здания с каждым днем становятся все более объемными, а их структура усложняется. В сооружениях такого типа уверенно могут ориентироваться лишь постоянные гости и сотрудники, и то такие посетители часто знают лишь необходимые им участки здания. В свою очередь ориентирование в здании для человека, который оказался там впервые, в большинстве случаев является крайне сложной задачей. Очевидно, что в такой ситуации на освоение в незнакомом месте тратится огромное количество времени, что чревато, например, опозданием на работу. Таким образом возникает потребность в сервисе, который поможет любому его пользователю максимально просто и без траты лишнего времени добраться до нужного ему места в здании.
Стоит так же отметить, что решения такой проблемы часто являются актуальными не только внутри, но и вне зданий — в условиях плотной застройки часто неэффективны даже системы, предназначенные специально для навигации на открытой местности.
Так как здания становятся все более громоздкими, классические методы навигации сильно теряют в эффективности. Решение в виде настенных планов уже не являются наглядными, особенно если размеры здания весьма велики. Зачастую конфигурация этажей разнится, что вносит еще больше путаницы в попытку сориентироваться и определить свое местоположение в здании. Вариант использования указателей так же крайне неэффективен, так как они используются лишь для обозначения самых важных помещений. Если же попытаться установить в здании указатели для всех помещений, то посетитель окажется просто переполнен количеством информации, в которой ему будет необходимо разобраться.
Решением этой проблемы должна быть автоматическая система, реализующая следующий функционал и обладающая такими свойствами:
- единое ядро для мобильного и веб-приложения.
- использование 2D и 3D — карт;
- построение наиболее простых и понятных маршрутов;
- упрощение взаимодействия клиентов (посетителей) и зданий;
- возможность пользовательского развития, когда пользователи имеют возможность вносить (после модерации) оперативные изменения в планы помещений;
- предоставление актуальной информации, такой как график работы, контактная информация и т.п.
Задачи прокладки эффективных маршрутов внутри зданий можно отнести к классическим задачам трассировки с линейными и пространственными ограничениями, которые хорошо проработаны и эффективно применяются в радиоэлектронике [2-9].
Требования к навигационной системе
В данный момент существуют несколько вариантов реализации подобных информационных систем, и все они предусматривают наличие следующего функционала как для клиентов, так и для администрирования:
Для пользовательского приложения:
- форма авторизации пользователя;
- отображение актуальной карты здания;
- просмотр свойств и информации о помещениях;
- прокладка маршруты с выбором начальной и конечной точки;
- запуск и остановка процесса формирования маршрута.
Для приложения администратора:
- изменение доступности различных функций или информации;
- предоставлять доступ к просмотру пользовательских данных;
- формировать статистические отчёты о работе системы;
- предоставлять доступ к управлению списком клиентов;
- предоставлять доступ к управлению списком зданий.
Так как разрабатываемая система нацелена на активное использование мобильного приложения, для неё была выбрана клиент-серверная архитектура, состоящая из следующих компонентов:
- сервер с базами данных;
- веб-сервер;
- веб-интерфейс и интерфейс баз данных;
- тонкий клиент для мобильного приложения.
В данный момент на рынке имеется большое количество программных платформ и компонентов, дающих возможность реализации такой архитектуры. Однако в целях упрощения структуры и увеличения функционала были выбраны следующие компоненты:
- серверная ОС Linux Ubuntu 14.04;
- база данных MongoDB 3.0.6;
- веб-серверное ПО NodeJS 4.0.0;
- мобильные приложения для платформ Android и iOS.
Подобная структура информационной системы позволит в полной мере реализовать весь необходимый функционал, а также даст возможность легко и удобно работать над изменением самой системы.
Техническая структура системы
Архитектура системы
Как уже отмечалось ранее, для организации работы мобильного приложения используется двухуровневая клиент-серверная архитектура. Подробно техническая реализация этой архитектуры представлена на рисунке 1.
Основные данные системы хранятся на сервере БД под управлением СУБД MongoDB. Вывод и изменение необходимых пользователям данных осуществляется с помощью веб-сервера Nginx под управлением NodeJS. Клиенты в свою очередь взаимодействуют с системой с помощью специальных мобильных приложений, работающих как на платформе Android, так и на iOS.
Структура программы
Программная часть системы indoor-навигации реализуется в виде набора приложений на языке программирования JavaScript, основанном на ECMAScript 5. Помимо этого используется фреймворк AngularJS, который позволяет разделить систему на модули.
Приложение администрирования поделено на 5 основных модулей: «Аккаунт», «Статистика», «Управление», «Здание» и «Граф». Связь этих модулей в системе показана на рисунке 2.
Объекты класса «Статистика» играют роль транзакций в данной системе. Они отражают факты того, что пользователь A, авторизовавшийся в системе под своим аккаунтом B, в здании C запросил маршрут D. Эта информация в дальнейшем используется для формирования отчётности.
На диаграмме пакетов изображены связи между модулями приложения администрирования. Модули «Граф», «Здание» и «Клиент» напрямую связаны с соответствующими базами данных. Они нужны для хранения справочных данных.
Модуль «Маршрут» использует данные о зданиях, полученные через обращения к базе данных, для формирования маршрута и записи в статистику. Модуль «Управление системой» имеет доступ к модулю «Здание» и «Граф» для обеспечения актуальности информации и осуществления изменений.
Описание логической структуры
Взаимодействие клиента с мобильным приложением осуществляется в один этап. Пользователю необходимо авторизоваться, выбрать здание и задать начальную и конечную точки маршрута:
- ввод логина и пароля или регистрация;
- выбор здания из доступных вручную или по геопозиции;
- вывод схемы 1-го этажа выбранного здания;
- выбор начальной и конечной точек пути маршрута;
- построение необходимого маршрута.
После формирования маршрута пользователю доступна возможность поделиться маршрутом, добавить его в избранное или построить другой маршрут. Аналогичным образом пользователь может запросить доступную информацию о любом объекте в выбранном здании.
Связи между составными частями программ
Связи между объектами навигационной системы показаны на рисунке 3. Центральным звеном является объект «Аккаунт», т.к. все перечисленные выше действия могут выполняться только с привязкой к конкретному пользователю.
Взаимодействие объектов «Аккаунт» и «Маршрут», как видно на диаграмме, является наиболее активным. Для обеспечения быстрой работы системы необходимо использовать высокоскоростные интерфейсы к БД в виду частых обращений как к данным аккаунта, так и к данным зданий.
Заключение
Созданная информационно-навигационная система решает множество важных задач, связанных с проблемами навигации в зданиях со сложной архитектурой, объединяя наиболее существенные функции в единой системе.
Структура данной системы сразу несколькими важными преимуществами:
- простота реализации;
- использование открытого ПО;
- работа на широком спектре устройств.
Система реализована с помощью простой и уже зарекомендовавшей себя клиент-серверной архитектуры, которая обеспечивает стабильную и быструю работу, а также легкую масштабируемость и редактируемость системы.
Использование открытого и доступного ПО дает возможность тонкой настройки, модификации и отладки отдельных модулей системы, при этом не теряя в эффективности и скорости работы.
Программная реализация системы и используемые решения позволяют системе быстро и эффективно работать на широком спектре платформ и устройств.
Разработанная система является универсальным и удобным инструментом, способным быстро и эффективно решить любую задачу, связанную с предоставлением информации касательно здания, в котором применяется ИНС.