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1、2020年湖南省大学生创新创业训练计划项目申报书项目名称：“寻书”图书馆寻书定位系统学校名称中南林业科技大学完成时间项目类型创新训练项目项目所属 专业类软件设计指导教师林杨职称讲师学生姓名学号专业性别入学年份陈茹秀工业设计女2019刘泽平工业设计男2019李艾玲工业设计女2109黄玉洁工业设计女2019李凌欣软件工程男2018学生曾经参与创新创业的情况李艾玲：海报设计实习、摄影、抗疫 交互与服务体验设计比赛黄玉洁：抗疫明星片创意大赛、抗疫小故事征集大赛陈茹秀：抗疫明星片创意大赛、校内辩论比赛、创新创业演讲比赛指导教师承担科研课题/创业实践情况多次创业实践经历，多次参与指导学生参加大学生“挑战杯
2、”创业大赛、互 联网+创新创业大赛以及湖南省双创训练计划。(1) 2016年，参与益阳皇家湖国家湿地公园生态修复建设。(2) 2017年，参与株洲醴陵官庄湖国家湿地公园生态修复建设。(3) 2018年，参与东洞庭湖长江岸线40公里复绿工程规划设计。(4) 2018年，参与采桑湖生态修复方案设计。(5) 2019年，参与长沙傅家洲生态修复设计。(6) 2020年，参与湖北仙桃湿地公园生态修复设计.项目研究的目的、内容和要解决的主要问题一、研究目的：图书馆是一个大学知识底蕴的一种体现，对于每一个大学生来说都是必不可 少的获取知识的殿堂。图书馆里有着各行各业、各个领域的书籍，数目繁多。这 在丰富了同
3、学知识的同时，却也因为不合理的管理书籍，导致同学们，怕找书、 找书难的问题，甚至有的同学会因为找不到书而放弃读书。我们项目的目的就是为了祖国的未来更好的摄取养分而存在的，我们希望每 个学生都能在图书馆快速高效的找到自己需要的资料。二、研究内容：将图书馆内的馆藏和位置信息输入系统内，每本书都要进行磁化成磁性A同 时贴有位置的标签，每本书都会出现在APP内的虚拟地图中。只要进入了图书馆 wifi包含的区域内，打开我们的寻书APP,搜索想要的书籍，就能轻松根据路线 图和语音播报找到书的位置。书籍借走后需要在借书机器中（本层内或者大厅）扫描，使书的磁性A转变 为磁性Bo在图书馆门口出入口都有探测机器，
4、出口探测机器用于检测磁性A,若存在 用户身上存在磁性A则说明身上带有未输入系统的擅借书，则不能离开图书馆， 必须去相应的借书系统输入信息入口的探测机器则用于检测磁性B,出口外有相应的借书机器，用户进入图 书馆前必须将所借书通过借书机器还书后放到门口的书车或者通过门口外的借书 机器选择继续借书，将磁性B重新转换为磁性A。归还到书车的书籍则由图书管理员通过位置标签放回馆内。三、要解决的主要问题：没有办法给每一本书精确定位，如果利用芯片等给每本书定位成本过高且容 易丢失损坏。国内外研究现状和发展动态/创业环境及创业形势分析（一）、室外定位1 .卫星定位卫星定位有四大系统，美国的GPS系统、欧盟的伽利
5、略定位系统（Galileo）、 俄罗斯的GLONASS系统和中国的北斗卫星导航定位系统。GPS又称为全球定位系 统（Global Positioning SystemGPS）。GPS系统包括三大部分：空间部分一 GPS卫星星座；地面控制部分一地面监控系统；用户设备部分一GPS信号接收机。 GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息用户接收 到这些信息后经过计算求出接收机的三维位置三维方向以及运动速度和时间信 息。2 .基站定位基站定位一般应用于手机用户，手机基站定位服务又叫做移动位置服务LBS, 它是通过电信移动运营商的网络（如GSM网）获取移动终端用户的位置信息（经 纬
6、度坐标），在电子地图平台的支持下，为用户提供相应服务的一种增值业务。 基站定位则是利用基站对手机的距离的测算来确定手机位置的。大致原理为：移 动电话测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的TOA （Time of Arrival,到达时刻）或 TDOA（Time Difference of Arrival,到达时间差），根 据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三角公式估计算法，就能够计算出移 动电话的位置。（二）、室内定位1 .UWB （超宽带）脉冲信号，由多个传感器采用TDOA和A0A定位算法对标 签位置进行分析，多径分辨能力强、精度高，定位精度可达厘米级。但UWB难以 实现大范
7、围室内覆盖，且手机不支持UWB,定位成本非常高。2 .RFID的定位，采用刷卡方式，根据阅读器位置对刷卡人员或设备进行区 间定位。主要应用在仓库、工厂、商场广泛使用在货物、商品流转定位上、ETC、 办公考勤等，无法进行实时定位，定位精确度低，不具有通信能力，抗干扰能力 较差。3 .ZigBee室内定位技术通过若干个待定位的盲节点和一个已知位置的参考节 点与网关之间形成组网，每个微小的盲节点之间相互协调通信以实现全部定位。 作为一个低功耗和低成本的通信系统，ZigBee的信号传输受多径效应和移动的影 响都很大，而且定位精度取决于信道物理品质、信号源密度、环境和算法的准确 性，造成定位软件的成本较
8、高，提高空间还很大。ZigBee室内定位已经被很多大 型的工厂和车间作为人员在岗管理系统所采用。4 .超声波定位应用案例的代表是Shopkic,在商店内安装超声波信号盒，手 机麦克风检测到声波，从而实现定位，主要用于店铺的签到。超声波在空气中的 衰减较大，不适用于大型场合，加上反射测距时受多径效应和非视距传播影响很 大，造成需要精确分析计算的底层硬件设施投资，成本太高。5 .惯导由于手机初始姿态的不确定性和手机惯性传感器精度问题，室内定位 效果不佳。现在越来越多的人用自主惯性传感器定位导航进行辅助导航，特别是 I0S手机不开放RSSI等接口的情况下。6 . LED定位系统通过往天花板上的LED
9、灯具实现，灯具发出像莫斯电报密码 一样的闪烁信号，再由用户智能手机照相机接收并进行检测，定位精度可以在1 米之内。LED定位需要改造LED灯具，增加芯片，增加成本，红外线只能视距传 播，穿透性极差也极易受灯光、烟雾等环境因素影响明显。定位效果有限。比较 适用于实验室对简单物体的轨迹精确定位记录以及室内自走机器人的位置定位。 尽管如此，LED定位是一种很有潜力的室内定位技术。7 .Wi-Fi定位由于Wi-Fi网络的普及，变得非常流行。Wi-Fi定位可以达到米 级定位（110米），Wi-Fi定位技术有两种，一种是通过移动设备和三个无线网 络接入点的无线信号强度，通过差分算法，来比较精准地对人和车辆
10、进行三角定 位。另一种是事先记录巨量的确定位置点的信号强度，通过用新加入的设备的信 号强度对比拥有巨量数据的数据库，来确定位置（“指纹”定位）。但是iOS不支 持Wi-Fi室内定位（Apple把Wi-Fi底层的东西锁住了，开发者无法得知一些Wi-Fi 重要讯息），无法做到精准定位且响应速度不高。Wi-Fi定位适用于对人或者车的 定位导航，可用于医疗机构、主题公园、工厂、商场等各种需要定位导航的场合。 目前市场上已逐步用ibeacon定位。8 .地磁和计算机视觉定位的产品，目前这两类产品大多用于军事及科学探 测，如军事上的水下导航常用的地磁导航，火星车的导航用到了计算机视觉导航。(三)、上海微肯
11、室内导航解决方案1、蓝牙定位技术与算法iBeacon蓝牙方案采用低功耗的蓝牙传输方式，仅需钮扣电池即可运行，因 此省去布电源线的麻烦，此外本身BTLE成本较为低廉，因此大量布建也不会有太 高的部署费用。理论上，对于持有集成了蓝牙功能移动终端设备的用户，只要设 备的蓝牙功能开启，蓝牙室内定位系统就能够对其进行位置判断。因此很容易推 广普及。蓝牙定位技术-通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线 传输技术，在室内安装适当的蓝牙局域网接入点，把网络配置成基于多用户的基 础网络连接模式，并保证蓝牙局域网接入点始终是这个微微网(piconet)的主设 备，就可以获得用户的位置信息。再加上利用
12、手机内部的惯性传感器如加速度计、 陀螺仪、电子罗盘来加强定位的准确度，这种技术称为多种定位算法融合。顾名 思义，就是将所有的传感器融合起来，得到一个精确且平滑的定位效果。这个技 术可将原本5-lOm的定位误差进一步缩小到l-2mo采用该技术作为室内短距离定 位时容易发现设备且信号传输不受视距的影响。蓝牙定位技术主要分为三角定位法和指纹计算法。(1)三角定位算法是一种常规的定位算法，通过获取相关基站的坐标以及手 机到每个基站的距离来计算用户位置。单纯的三角定位算法的准确性是不高的， 需要引入一些其他算法例如高斯滤波、卡尔曼滤波算法来进行补充。(2)指纹计算法是一种利用余弦定理来计算相似度的方法，
13、此方法并不需要 知道每个基站的坐标，但是需要提前对现场进行指纹采集，即记录现场每个点位 扫描到的基站信号数据并存储到专门的指纹库中。而用户使用过程中，将手机扫 描到的基站信号上传到服务器，服务器在指纹库中匹配出和该上传数据最为接近 的点位，作为定位坐标返回给用户。指纹计算由于前期采集指纹的工作量非常浩 大，每隔一段还需更新一遍指纹，而且指纹算法必须采用服务端计算方式，定位 延时大。综合比较采用蓝牙三角定位算法，效果优良的。2、系统结构蓝牙定位系统的架构如上图所示，数据库中存储了线下每个蓝牙基站的坐标 信息，云服务器主要负责存储地图文件和定位算法。手机开启定位页面之后，从 服务器获取地图、定位算
14、法以及相关蓝牙基站的坐标。然后手机每扫描到一组蓝 牙基站，通过基站的信号强度算出距离每个基站的距离，并加入蓝牙基站的坐标 数据，进行三角定位算法计算，将实时计算的位置在地图上进行呈现。使用手机 端而不是服务端来计算位置的优点是：1.不需要进行数据上传，定位的实时性更 加，几乎没有延时；2.定位过程中不再产生任何流量。3、蓝牙三角定位实际项目部署流程L基站部署过程基站部署之前要完成地图绘制，通常用作室内定位导航的地图均为矢量地图, 这种地图无论怎么缩放都不会影响地图的展现效果。矢量地图本身是带坐标信息 的，地图上的每个点相对参考点都有一个相对坐标。基站部署需要借助部署工具，即一个手机App软件，
15、部署人员使用部署工具 从服务器获取矢量地图。部署人员部署基站时，在地图上选择和实际位置对应的 点，App会自动从地图中抓取该点位的坐标，加上部署人员记录的基站编号，将 数据一并上传到服务器。用户开启应用时，就会从数据库获取到相关基站的坐标 数据，方便手机进行定位计算2.手机定位过程手机定位过程：用户打开应用开启蓝牙扫描后，会获取周围蓝牙基站的ID和 信号强度等数据，根据信号强度和高频信号的衰减公式可以计算出手机到周围每 个基站的距离。但是由于蓝牙是2. 4G HZ高频信号，信号本身的稳定性很差，再 加上室内环境的各种反射和折射，所以单次的信号强度是不能直接拿来使用的， 否则会产生巨大的误差，所
16、以必须引入相应的滤波和加权算法，来尽量减少信号 噪音的干扰。滤波算法可以采用简单的高斯滤波法，将不符合要求的信号数据直接过滤掉, 剩余的有效数据按照时间先后顺序进入数据列表，并采用先进先出的队列数据刷 新方式。在设定的队列长度范围内，时间尺度上越近的数据获得越高的权重。同 时采用多角定位算法，并不局限于使用三角定位。这样带来的优势是：(1)由于进行了数据平滑，定位点不会因为信号突变而发生大范围飘动；(2)由于采用了多角定位，当少数蓝牙基站发生信号跳变时，有其他基站的 信号数据来做中和；(3)更近时间尺度的数据带有更高权重，可以在一定程度上保证定位的实时 性。本项目学生有关的研究积累和已取得的成
17、绩对于学生来说，学习是第一要务。书是学习的重要工具之一。大学图书馆书 目繁多，图书管理系统也比较老旧，图书馆管理系统更新不及时，尽管有书目条 引导，找到自己需要的书也不是一件容易的事。通常找一本书就要花去很大一部 分时间，学习时间建设，很多学生对此苦不堪言。现在大学生的生活和学习节奏 越来越快，老旧的图书管理系统已经满足不了学生们快速找书学习的要求。所以 我们秉承能让学生快速找到自己所需要的书的理念，研发一款能快速找书导航的 手机软件。我们在校内对很多同学进行了采访，了解了他们对图书馆的诉求，对市场有 了基本的定义。同时了解了图书馆相关的制度、图书的管理方式及相关技术。项目的创新点和特色1、比
18、起原有的图书管理系统的繁琐和难以理解，我们的APP采用地图导航的 方式，更加清晰明确。2、装在APP上随时随地都可以搜索定位，而不需要到处找查询机器，更加节 约时间。3、若出现书籍丢失的情况，则可以通过我们的APP找到相同的书，学生直接 购买补偿。项目的技术路线及预期成果(1) 2020年6月制定研究大纲及实验方案，细化各项研究内容，明确分工(2) 2020年7月一一10月资料收集及相关技术人员的寻找资料收集：查找更多关于图书馆及现存导航的系统知识，同时对于相关的图 书馆和系统的用户进行调查，询问他们的使用感，再在原来基础上进行理论改进。技术人员：需要寻找对软件编程及导航定位有了解的相关人员，
19、若条件满 足以本校学生为主。(3) 2020年10月 开始软件设计11月GPS定位制作完成。12月加入语音导航:相关音频可在校内招播音主持专业的学生采集。2月 软件的界面及功能的设计完善。3月加入3D空间模拟技术完成实景导航。2021年4月小范围开始试用，收集使用感想2021年5月 根据试用感想进行软件的优化优化后投入市场年度目标和工作内容(分年度写)2020年下半年相关资料的查询和人才的招揽2021年上半年完成软件设计并进行小范围的试用和优化2021年下半年 在本校校内开始投入，调查使用结果并继续进行优化2022年长沙其他学校投入使用2023年在全湖南省的学校投入使用2025年 全国范围投入使用指导教师意见该项目立意新颖，贴近实际，针对客户在浩瀚的图书海洋里怕找书、找书难 的痛点，打造“寻书”图书馆寻书定位系统满足客户的需求。该项目适合大学生 创业，商业模式清晰，采取低成本策略，以定制个性化产品的商业模式，填补市 场空隙，有较大的市场潜力。签字：日期：