基于Android平台的智慧城市客户端设计与实现

2019-06-10李昆

软件导刊 2019年2期

李昆

摘要：为了提升城市管理水平，推动城市管理工作信息化与智慧化，为城市居民日常生活提供更多便利，提出一种城市规划、管理与服务的智能新模式，利用物联网、大数据、地理信息系统与云计算等新一代信息技术促进城市建设的快速发展。在智能新模式的设计思想下，利用Android studio作为移动客户端开发工具，实现一个可集成城市各项公共服务功能的智慧移动应用平台。测试结果表明，该智慧城市移动客户端UI设计简洁、直观，且运行流畅，可提供城市居民所需的各项功能。

关键词：智慧城市;Android;数据融合;JSON;UI设计;物联网

中图分类号：TP319文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）002-0076-03

Abstract： In order to build an efficient and sustainable intelligent urban service system， improve the level of urban management， promote the informationization and wisdom of urban management， and provide more convenience for urban residents in their daily life， a new intelligent model of urban planning， management and service is proposed. It uses the new generation of information technology， such as Internet of Things， big data， geographic information system and cloud computing， to promote urban construction. Under the design idea of the new model， using Android studio as a mobile client development tool， a smart mobile application platform integrating various public services in the city is realized. The experimental results show that the smart city mobile client provides all kinds of functional services necessary for urban residents. The UI design of the client is concise and intuitive， after being installed installing and testing on the real machine， the client runs smoothly and all functions run normally， and it can the design purpose of the smart city mobile client.

Key Words： smart city;Android; data fusion;JSON;UI design;Internet of Things

0 引言

隨着物联网、移动互联网、云计算等新一代信息技术的快速发展，智慧城市逐渐成为全球关注的热点[1]。数字城市存在于网络空间（Cyber Space）中，是现实物理城市在网络世界中的数字再现。智慧城市则建立在数字城市基础框架上，通过无所不在的传感网将其与现实城市关联起来，将海量数据存储、计算、分析与决策交由云计算平台处理，并按照分析决策结果对各种设施进行自动化控制[2]。

早在2008年[3]，IBM即提出“智慧地球”的构想[4]。目前在国内尚没有关于智慧城市的明确定义，根据2007年10月欧盟委员会发表的《欧盟智慧城市报告》，智慧城市可根据六大坐标维度进行界定，即智慧经济、智慧流动、智慧环境、智慧公众、智慧居住与智慧管理[5]。智慧城市发展经历了3个阶段：

（1）信息化城市阶段。90年代初期，美国提出“信息高速公路”发展计划，同期我国提出信息化的“八金”工程，此为智慧城市雏形期。

（2）数字城市阶段。1998年，时任美国副总统戈尔提出“数字地球”概念，同年我国已有300多个城市初步建成数字城市基础框架，标志着进入数字城市阶段。

（3）智慧城市阶段。2006年，随着物联网、云计算等技术的出现，使城市信息系统的综合集成与整合应用成为可能。2009年，为了改变金融危机给美国带来的经济萧条状态，并为社会经济发展提供新的动力，IBM首席执行官彭明盛向美国高层提出建设智慧基础设施的请求，标志着由数字城市阶段正式步入智慧城市阶段。

国内很多城市都开始尝试进行智慧城市建设，但在一些地区的所谓智慧城市，只是建设了一些相对独立的移动应用，或在城市局部区域实现智慧社区等。此外还面临着部分单位因固有利益，甚至出现不愿开放数据或服务的情况。这些因素导致无论是面向政府层面的决策分析，还是面向市民的服务，都缺乏统一的整合平台，使数据无法得到充分挖掘利用，且服务项目缺乏统一入口，利用率低[6]。因此，本文提出一种系统分层架构的设计新模式，以最大程度提高数据利用率，并从系统架构、客户端功能、用户界面及数据处理等方面进行详细分析与设计，最后对系统功能模块和UI等进行编码实现。

1 系统架构设计

为确保平台建设的灵活性与可移植性，需采用平台分离策略。平台分离策略可简单归纳为“空间数据管理与业务数据管理分离、数据资源服务与信息服务分离、功能服务与业务应用分离”[7]。智慧城市移动应用平台的定位不仅仅是一个门户网站，而是一个整合全市政务、民生、城市商业经济服务等资源的综合性平台[8]。系统总体架构分为感知层、通信层、数据层与应用层。具体架构如图1所示。

（1）感知层。智慧城市建设基础为对城市多模式数据的感知与挖掘[9]，感知层是通过物联网实现整个系统的“皮肤和五官”。物联网（The Internet of Things，IOT）即“物物相连的互联网”[10]，是按照约定的通信协议，利用各种感知设备如条码、二维码、传感器、摄像头或GPS等，将物与物、人与人或人与物通过各种网络进行信息交互，同时对其实现智能化的管理与监控。在物联网中每一个物件都可以进行寻址、控制与通信。

（2）通信层。通过光纤或4G等移动网络将感知层获取的数据信息精准、快速地传输给数据层。

（3）数据层。近20年里，数据产生的方式不断扩展，数据之间的关系也呈现大规模关联、交叉与融合的局面[11]，而对大量数据的分析与融合是智能决策过程中的决定性因素[12]。数据融合（Data Fusion）技术是指整合表示同一现实世界对象的多个数据源和知识描述，形成统一、准确、有用的描述过程[13]。智慧城市数据源极其分散，例如交通传感器数据、移动互联网数据及各种信息系统数据等，如何更加有效地实现对分散数据的融合并提高数据利用率，是智慧城市建设需要解决的关键问题。

本层功能之一是将感知层获取到的数据信息分别存入对应部门或行业数据库中，然后将各部门或行业数据进行融合，根据统计分析作出智能决策，并将最终决策提交给应用层，最后将相关数据再次存入数据库，以便为下次分析决策提供参考;功能之二是为应用层数据存取提供保障。

（4）应用层。本层功能之一是将数据层提供的智能决策信息传输到对应部门，并通过UI直观地展示给用户，例如出行路况信息等，从而帮助用户作出最佳决策。同时本层还依赖数据层提供的数据完成一些交互性业务，例如生活缴费、保险业务、医疗服务和政务等，最后将需要储存的数据返回数据层，并存入对应部门或行业数据库中。

2 客户端设计

2.1 功能模块设计

客户端整体架构采用主流的MVC模式[14]，该模式可大大降低代码耦合度，并提高软件系统的可扩展性。智慧城市作为一个需要不断进行改造、升级的系统，面对新需求、新功能的提出，如果将整个系统进行重新设计将代价很高，所以在设计时应遵循“开闭原则”，以保证系统对新功能的接入能力[15]。智慧城市设计目标在于使城市居民日常生活及常用业务办理过程更加便捷与高效。根據相关需求，客户端功能模块分为如下几部分：交通出行、生活缴费、智慧人社、智慧医疗、政务服务等。客户端部分功能模块如图2所示。

（1）咨询投诉：用户可对相关事宜进行咨询，或将对服务不满意的地方及时反馈给管理中心，管理中心对咨询进行答复，或根据用户诉求及时作出改正。

（2）办事指南：主要对业务办理流程等作出详细指导，以提高业务办理效率，达到节省用户时间的目的。

（3）扫一扫：该模块是客户端进行数据交互的重要途径之一，因为客户端很多功能都需要依赖二维码扫码加以实现，如电子支付、乘坐公交车等。

（4）语音导航：用户对客户端发出语音信息，客户端进行语音识别后实现对功能模块的快速启动，方便用户快速定位到所需功能，为用户节省寻找功能模块的时间。

（5）常用功能导航：用户可将常用功能放置到首页作为快捷方式，如交通出行等。

（6）交通出行：包含公交出行、共享单车、长途汽车、停车缴费、加油充电、交通违章、路况大数据等子模块，使城市居民的出行更加便利。

（7）生活缴费：可在移动端完成日常生活所需的缴费业务，节省用户在营业网点排队等候的时间。

（8）智慧人社：包含医疗保险、工伤保险、失业保险、养老保险、生育保险、商业保险等子模块，可方便用户对各项保险业务的申办、缴费、查询等。另外该模块还提供房产交易登记、公积金查询、生育在线登记等功能。

（9）智慧医疗：包含预约挂号、医检报告、医保药品查询与在线问诊等子模块。如今已步入老龄化社会，就诊人数相比过去大大提高，老人在医院排队挂号及问诊都需要等候很久，该模块可以实现在手机上提前预约挂号。此外对于一些非急症病人，可以通过在线问诊功能与医生进行视频，医生通过病人口述病情症状进行诊断，并判断是否需要到医院就诊，从而实现病人分流的目的。

（10）政务服务：包含企业税务、企业工商、教育、文化、公益等子模块。

（11）设置：包含账号管理、功能设置等子模块，可对用户账号进行管理。

2.2 客户端UI设计

移动客户端软件开发的第一步是UI设计[16]，为了实现良好的用户体验，UI设计应保证界面美观大方，符合大众审美需求。因此，本文采用Google推荐的Material design语言进行设计[17]。此外，设计UI时应采用“易见、易学、易用”的设计原则，符合普通人使用习惯[18]。客户端部分UI截图如图3、图4所示。

2.3 客户端数据处理

在客户端数据交互过程中，服务端返回的数据格式通常采用JSON或XML进行解析。由于XML解析文件比较庞大且格式复杂，对于大规模数据一般采用XML进行解析。JSON作为一种轻量级数据交换格式，结构简单、操作灵活，易于阅读和编写，同时也易于机器解析与生成。更重要的是，由于JSON不使用需要匹配的标签，因而大大降低了传输信息长度[19]。通过对智慧城市客户端数据交互需求的分析，客户端涉及的数据量相对较小，且格式简单，因此选择JSON格式进行解析。此外在许多情况下，多线程处理可以提高程序响应效率并提高资源利用率，从而减少用户等待时间，因此客户端使用多线程处理UI刷新及网络数据传输任务[20]。客户端数据解析流程如图5所示。

3 结语

随着信息技术的飞速发展，以及光纤宽带、WiFi等网络基础设施的不断完善，智慧城市将成为未来城市的发展趋势。然而，智慧城市建设需要结合城市发展现状，作出科学的规划与设计。此外，城市数据资源的整合对于推动智慧城市建设也是极其重要的，并且只有全面、准确的数据才能最大化地发挥其利用价值。随着国家政策的积极推动，智慧城市未来必将建设地更加智能与完善，从而使广大城市居民得到更加便捷、高效的服务。

参考文献：

[1] 刘颜. 智慧社区平台的前端系统设计与实现[D]. 北京：北京邮电大学，2017.

[2] 李德仁，姚远，邵振峰. 智慧城市中的大数据[J]. 武汉大学学报：信息科学版，2014，39（6）：632-640.

[3] 中国智慧城市网. 欧美的智慧城市战略和实践.[EB/OL]. http：//www.cnscn.com.cn/news/show-htm-itemid-1040.html.

[4] IBM.IBM builds a smarter planet[EB/OL]. http：//www.ibm.com/smarterplanet/us/en/index.html？re=sph.

[5] 肖浩. 智慧城市—事件模型软件体系结构分析设计与应用[D]. 天津：天津大学，2013.

[6] 吴坤. 红谷滩智慧城市及其实现[D]. 南京：南京邮电大学，2015.

[7] 常泽锋. 基于云计算数据中心的数字城市研究与应用[D]. 武汉：华中科技大学，2012.

[8] 宋志恒. 智慧城市移动应用平台建设方案探讨[J]. 通信设计与应用，2016（5）：62-63.

[9] 张义，陈虞君，杜博文，等. 智慧城市多模式数据融合模型[J]. 北京航空航天大学学报，2016，42（12）：2683-2690.

[10] 王冬. 基于物联网的智能农业监测系统的设计与实现[D]. 大连：大连理工大学，2013.

[11] 熊安萍，詹妮，邹毅，等. 大数据环境下一种基于模式匹配的实体统一方法[J]. 计算机应用与软件，2018，35（8）：87-92.