基于人工智能的機(jī)器視覺導(dǎo)航與標(biāo)志定位識別系統(tǒng)分析目錄TOC\o"1-2"\h\u31075一、引言 123732二、系統(tǒng)設(shè)計 215057（一）系統(tǒng)框架設(shè)計 216507（二）移動端 226351（三）服務(wù)器端 218154（四）用戶端 332739三、主要技術(shù)與原理介紹 34462（一）GPS定位技術(shù) 34566（二）GSM網(wǎng)絡(luò) 329238（三）MQTT協(xié)議 427202（四）阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺 415562（五）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析 517052四、系統(tǒng)功能 628824（一）系統(tǒng)功能介紹 616703（二）系統(tǒng)硬件介紹 613478（三）供電模式選擇 82762（四）Sim卡的設(shè)計與使用 85637參考文獻(xiàn) 9摘要：隨著全球的導(dǎo)航定位技術(shù)不斷發(fā)展，導(dǎo)航定位技術(shù)在實際場景中應(yīng)用更加廣泛。本系統(tǒng)主要由移動端、服務(wù)器端和用戶端組成。移動端使用Air800M4開發(fā)板作為中央處理模塊，實現(xiàn)采集GPS的定位數(shù)據(jù)并進(jìn)行定位數(shù)據(jù)的解析、轉(zhuǎn)換和打包。再通過GSM網(wǎng)絡(luò)將打包好的定位信息通過MQTT協(xié)議將其發(fā)送至服務(wù)端。服務(wù)器端主要使用阿里云平臺，阿里云平臺接收到移動端傳輸?shù)亩ㄎ恍畔⑵浯鎯Γ缓笸ㄟ^數(shù)據(jù)分析中的實驗室功能將定位信息通過二維數(shù)據(jù)可視化界面將定位位置展示出來，并使用地理柵欄功能，如果定位信息不在地理柵欄范圍，就會通過短信告知用戶。關(guān)鍵詞：人工智能；機(jī)器視覺；標(biāo)志定位一、引言隨著高速率、低時間延遲、成本低廉的第五代移動通信技術(shù)(5thgenerationmobilenetworks,簡稱5G)的問世，導(dǎo)航定位技術(shù)更是適用于多個場景。互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使導(dǎo)航定位技術(shù)的應(yīng)用場景更加廣泛。比如智慧交通、智能穿戴、智能景區(qū)等。智慧交通系統(tǒng)主要是使用導(dǎo)航定位技術(shù)將車輛正在行駛的道路信息進(jìn)行反饋，讓小車在行使過程中避免交通堵塞道路。緩解道路交通擁堵，增強(qiáng)公路網(wǎng)絡(luò)貫通能力，減少交通事件，避免能源損失，減少環(huán)境污染。可適用于火車站和機(jī)場的人流量的疏導(dǎo)，城市交通的智能化調(diào)度，運(yùn)營區(qū)車輛的自動管理等一系列場景。二、系統(tǒng)設(shè)計（一）系統(tǒng)框架設(shè)計系統(tǒng)包括移動終端，服務(wù)器終端和用戶終端。移動端使用Air800M4開發(fā)板。服務(wù)器使用阿里云平臺。用戶端使用手機(jī)app（阿里云）或PC端登陸阿里云平臺。系統(tǒng)框架如圖1：圖1系統(tǒng)框架設(shè)計圖（二）移動端本系統(tǒng)的移動終端采用的是Air800M4開發(fā)板，其工作內(nèi)容是使用sim卡連接GSM網(wǎng)絡(luò)和使用陶瓷天線獲取衛(wèi)星報文。首先利用Air800M4開發(fā)板上搭載的無源陶瓷天線獲取衛(wèi)星報文，解析后得到經(jīng)緯度等信息，最后利用GSM網(wǎng)絡(luò)和MQTT協(xié)議將解析的位置信息傳輸至服務(wù)器端。移動終端主要使用了GPS定位技術(shù)、三球交匯原理、GPS報文分析、GSM網(wǎng)絡(luò)、MQTT協(xié)議、Lua開源結(jié)構(gòu)等技術(shù)和原理。（三）服務(wù)器端本系統(tǒng)的服務(wù)器端主要使用的是阿里云提供的物聯(lián)網(wǎng)平臺，物聯(lián)網(wǎng)平臺創(chuàng)建的產(chǎn)品收到Air800M4開發(fā)板傳輸?shù)亩ㄎ恍畔⒑螅瑢⑵鋬Υ娌⑼ㄟ^數(shù)據(jù)可視化在地圖上顯示出來。在服務(wù)器端主要使用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析等技術(shù)。（四）用戶端本系統(tǒng)的用戶端可以使用手機(jī)app（阿里云）和PC，用戶使用自己的賬號密碼進(jìn)行登錄，登陸以后在常用中找到物聯(lián)網(wǎng)平臺，找到物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析中的實驗室就可以觀察到實時的定位數(shù)據(jù)和歷史軌跡。三、主要技術(shù)與原理介紹（一）GPS定位技術(shù)衛(wèi)星定位系統(tǒng)即全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem，簡稱GPS）。全球定位系統(tǒng)是20世紀(jì)70年代由美國研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。起初其主要目的是為海、陸、空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并應(yīng)用于應(yīng)急通訊等軍事目的。直至1994年3月，GPS定位系統(tǒng)共由24顆工作衛(wèi)星布設(shè)而成，全球覆蓋率高達(dá)98%，24個工作衛(wèi)星的6個傾斜角以55?均等分布，它的數(shù)量是子午衛(wèi)星數(shù)目的四倍。高達(dá)20,000公里的GPS衛(wèi)星會在一天時間內(nèi)上升和下降，并會暴露在用戶的視野中運(yùn)行5個小時左右。因此，衛(wèi)星可以實時地收集測量位置的經(jīng)緯度和高度，并實現(xiàn)導(dǎo)航、定位、定時等功能。其定位原理為：GPS工作衛(wèi)星不斷地向地球表面發(fā)送連續(xù)的無線電信號。這些信號包括衛(wèi)星信號的準(zhǔn)確發(fā)射時間和衛(wèi)星的空間精確位置。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)接收衛(wèi)星的無線信號，測量信號到達(dá)時間。然后采用導(dǎo)航算法（最小二乘法或濾波估計法）計算用戶位置。（二）GSM網(wǎng)絡(luò)全球移動通訊系統(tǒng)（GlobalSystemforMobileCommunications，簡稱GSM），又稱“全球通”，是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動通信技術(shù)，其開發(fā)目的是全世界共同使用一個移動電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。中國于20世紀(jì)90年代初引進(jìn)了這項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，此前一直是采用蜂窩模擬移動技術(shù)，即第一代GSM技術(shù)。目前，中國移動、中國聯(lián)通各擁有一個GSM網(wǎng)，是世界最大的移動通信網(wǎng)絡(luò)。GSM系統(tǒng)包括若干頻帶，例如GSM900:900MHz、GSM180:180MHz和GSM900:190MHz。對于Air800支持GSM850：32.5dBm±1.5dB～5dBm±5dB，GSM900：32.5dBm±1.5dB～5dBm±5dBGSM使用時分多址的變體。GSM對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化、壓縮數(shù)據(jù)、與其他兩個用戶數(shù)據(jù)流一起從信道發(fā)送，而其他兩個用戶數(shù)據(jù)流具有各自的時隙。由于不同的GSM網(wǎng)絡(luò)之間有漫游協(xié)議，用戶到其他國家后也可以繼續(xù)使用他們的移動電話。（三）MQTT協(xié)議MQTT(MessageQueuingTelemetryTransport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議）是基于ISO標(biāo)準(zhǔn)下一個客戶端－服務(wù)器的消息發(fā)布/訂閱（publish/subscribe）式的消息協(xié)議。它以TCP/IP協(xié)議族運(yùn)行。這是為改善硬件性能差的遠(yuǎn)程設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)狀況不好而設(shè)計的發(fā)布/訂閱消息的協(xié)議。因此，它需要一個消息中間件。MQTT協(xié)議的最大優(yōu)點是可以提供實時可靠的消息服務(wù)，以便以極小的代碼和有限的帶寬連接到遠(yuǎn)程設(shè)備。MQTT協(xié)議由于其輕便、簡單、開放、易于實現(xiàn)的優(yōu)點和特征，適用范圍非常寬。在很多情況下，包括有限的環(huán)境也依然適用，如：機(jī)器與機(jī)器（M2M）通信和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。MQTT協(xié)議在智能火災(zāi)報警與遠(yuǎn)程監(jiān)控、智能家居及一些小型化設(shè)備中早已廣泛使用。消息隊列的MQTT是用于阿里云設(shè)備的連接服務(wù)，用于定位、實現(xiàn)應(yīng)用層快速、實時、可靠地獲取設(shè)備信息的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)構(gòu)成要素。其服務(wù)模式如圖2所示。圖2MQTT服務(wù)模型（四）阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺為設(shè)備提供安全可靠的連接通信能力，向下連接海量設(shè)備，支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云；向上提供云API，服務(wù)端通過調(diào)用云API將指令下發(fā)至設(shè)備端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。圖3阿里云物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路本系統(tǒng)主要使用的是物聯(lián)網(wǎng)平臺的上行數(shù)據(jù)鏈路--設(shè)備通過MQTT協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)平臺建立長連接，上報數(shù)據(jù)（通過Publish發(fā)布Topic和Payload）到物聯(lián)網(wǎng)平臺。（五）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析LA（LinkAnalytics）是阿里云為物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者提供的設(shè)備智能分析服務(wù)，全鏈路覆蓋了設(shè)備數(shù)據(jù)采集、管理（存儲）、清洗、分析等環(huán)節(jié)，有效降低了數(shù)據(jù)分析門檻，實現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的融合分析透視。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析可結(jié)合應(yīng)用開發(fā)（IoTStudio）使用，配置數(shù)據(jù)可視化的大型屏幕，進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、小區(qū)環(huán)境監(jiān)測、完成大型屏幕運(yùn)營等業(yè)務(wù)場景的開發(fā)，幫助物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者在數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實現(xiàn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，創(chuàng)造更多的業(yè)務(wù)價值。物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用開發(fā)的架構(gòu)圖如下：圖4物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析具有實驗室功能，提供具有IoT數(shù)據(jù)特征的空間數(shù)據(jù)可視化，支持二維、三維空間數(shù)據(jù)的可視化，用數(shù)據(jù)連接真實世界。因此，本系統(tǒng)使用物體網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析中的實驗室功能，使用地圖表示位置。四、系統(tǒng)功能（一）系統(tǒng)功能介紹本系統(tǒng)設(shè)計由Air800通信系統(tǒng)和阿里云平臺以及阿里云app來顯示定位數(shù)據(jù)和行動軌跡三部分組成。其中，Air800通信系統(tǒng)具有定位和傳輸定位信息的作用。首先通過Air800通信系統(tǒng)的定位功能得到定位的各個信息，時間、經(jīng)緯度等。然后通過Air800通信系統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)和MQTT協(xié)議將定位信息傳送到阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析中的實驗室功能將定位信息通過二維數(shù)據(jù)可視化在地圖上進(jìn)行顯示。并使用地理柵欄功能，一旦定位信息不在地理柵欄范圍，就會通過短信告知。此時用戶使用手機(jī)登錄阿里云app，即可查到當(dāng)時的被監(jiān)測人的位置信息以及歷史活動軌跡。二維數(shù)據(jù)可視化可以在地圖上實時展示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，方便進(jìn)行觀察。（二）系統(tǒng)硬件介紹Air800是一款GPRS+GPS二合一模塊，支持上海合宙通信模塊特有的Luat開源平臺，極大地方便了客戶的二次開發(fā)和成本的節(jié)省。其體積具有65.50mm×53.50mm×2.4mm的超小特點，Air800的周邊接口豐富，支持UART、SPI、I2C等各種接口，支持22個GPIO（如圖5），支持ADC、音頻輸入輸出等一系列功能，可以滿足各種應(yīng)用場景的使用要求。Air800模塊采用低耗電技術(shù)，在睡眠模式DRX=5下，實現(xiàn)了低于1.14mA的電流消耗量。Air800在TCP、UDP、PPP、HTTP和SSSL中嵌入，用戶可以使用這些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來滿足用戶的需求。本設(shè)計通過MQTT協(xié)議將Air800獲取的GPS坐標(biāo)發(fā)送給阿里云平臺進(jìn)行展示。圖5Air800-IO端口圖Air800M4開發(fā)板的正面由SMA座子、無源陶瓷天線、串口跳線、開關(guān)鍵、板載麥克風(fēng)、指示燈（網(wǎng)絡(luò)、開關(guān)機(jī)狀態(tài)、充電）、MicroUSB插口、重啟鍵、SIM卡槽、板載PCBGSM天線組成（如圖6所示）。圖6Air800M4開發(fā)板正面圖Air800M4開發(fā)板的反面由看門狗芯片、串口轉(zhuǎn)USB芯片、GSMSMA天線座組成（如圖7所示）。圖7Air800M4開發(fā)板的背面圖（三）供電模式選擇Air800M4開發(fā)板共有三種供電方式，分別是使用USB接口5V供電、使用5V串口線供電和鋰電池或外接直流電源供電（3.4V-4.2V）。本次設(shè)計選用可移動直流便攜式電源進(jìn)行5V供電，將USB插口擦入電腦，另一端插入Air800M4開發(fā)板的MircoUSB插口，將Air800M4開發(fā)板的撥桿開關(guān)撥到上方，長按開機(jī)鍵兩秒后Air800M4左下角中間的紅燈亮起時表示供電成功。（四）Sim卡的設(shè)計與使用Sim卡接口不僅支持GSMPhase1規(guī)格的功能，還支持GSMPhase2+規(guī)格的功能.和FAST64kbpsSIM卡（SIM應(yīng)用工具包）。SIM卡通過模塊內(nèi)部的電源供給，支持1.8V和3.0V的電力供給。因為是要與Air800M4開發(fā)板配套的Si