基於NFC、iBeacon之智慧型安全校園巡邏通報系統

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(1)國立臺灣師範大學資訊工程研究所碩士論文. 指導教授：林均翰博士共同指導：葉耀明博士. 基於 NFC、iBeacon 之智慧型安全校園巡邏通報系統. NFC and iBeacon-based Smart Campus Patrol and Safety Reporting System. 研究生：張書誠. 中華民國. 一零四. 年. 撰. 六. 月.

(2) 摘要基於 NFC、iBeacon 之智慧型安全校園巡邏通報系統張書誠傳統的巡邏方式是以紙本簽到，容易有遺失紙本、毀損、造假等等的情況發生，人工比對巡邏資料也相當耗時間；隨著科技進步，RFID 電子簽巡逐漸的取代了以紙本簽到的傳統巡邏方式。但其功能仍然有限，巡邏簽到資料需到達定點或是巡邏完成之後才能回傳到後端管理系統，管理的人員並無法即時掌握到巡邏員目前的巡邏進度情況及當前所在位置。近年來漸普及的智慧型手機，結合 NFC 近場通訊技術及 iBeacon 低功耗藍牙技術，運用到安全通報與改善巡邏的機制，是本研究的重要探討議題。本研究旨在運用以 iBeacon 低功耗藍牙技術及 NFC 近場通訊技術為基礎，並結合智慧型手機及其 GPS 定位的功能，發展一套校園巡邏與安全通報系統。此系統提供了各種智慧型服務給在校園巡邏的巡邏員及後端管理人員，包含當巡邏員到達巡邏點時系統主動提醒地點資訊並進行簽到，巡邏的簽到紀錄能即時傳送到後端管理介面，此系統不僅支援 GPS 室外定位，在 iBeacon 及 NFC 的輔助下還可支援室內報位，報位資訊能即時傳送到後端管理介面，讓後端管理人員隨時可掌握追蹤巡邏員目前位置、巡邏路徑及巡邏狀況，以維護巡邏員的人身安全。本系統支援了室內巡邏的功能，讓巡邏員對於室內的情況能更清楚掌握，補足了以往研究都較無支援室內功能的問題。除此之外，若在巡邏過程中遇到緊急事件時，巡邏員可以使用通報系統來回報突發情況。本系統支援離線巡邏，在無網路環境下能暫存巡邏簽到資料於手機中並等到有網路時再自動上傳到後端管理介面。關鍵字：校園巡邏、安全通報、iBeacon、NFC i.

(3) ABSTRACT NFC and iBeacon-based Smart Campus Patrol and Safety Reporting System Shu-Cheng, Chang The traditional guard patrol systems use sign-in sheets and hand-writing to keep the patrol data. With the advance of technology, RFID sensors were introduced in the new guard patrol systems. But the functions of RFID sensors based guard patrol systems are still limited. With the gradual increase use of smart phones in recent years, the use of smart phones is the new trend for guard patrol systems, which not only can extend the functions of a guard patrol system, but also can reduce cost and improve the management of the campus safety. This study aims to use Bluetooth low-energy technology iBeacon with NFC to provide the sensor functions needed in guard patrol systems. Our design uses smart phones and outdoors/indoors positioning technologies combined with back-end management functions to provide a variety of intelligent services to the campus patrol guard. In addition, if an emergency event occurs while on patrol, the safety reporting system can be used to report the emergency situations. The system also supports offline patrol while Wifi is not available in the patrol path. In other words, in the absence of network environment, the system can temporarily retain the patrol attendance data in the smart phone and wait for data transmission until internet is restored.. Keywords: Campus Patrol , Safety Report , iBeacon , Near Field Communication. ii.

(4) 誌謝在碩士的這兩年期間，進入了 XML 實驗室的大家庭，十分感謝指導教授葉耀明博士從我開始進入實驗室到完成論文，都細心地引導以及指導我，也十分感謝共同指導教授張芳仁博士給予我許多論文的啟發，以及我需要的協助。這兩年期間在兩位教授的帶領之下，接觸到許多不同的計畫，也學習到許多團隊合作的經驗，也感謝陳永昇教授，在百忙之中抽空來擔任口試委員，對於論文給予相當寶貴的意見，使得論文內容可以更加完整且豐富。感謝實驗室同學，凱逸、書宇、俞君、韋宏，在我就讀研究所期間，給予我的諸多照顧，包含在參與計畫、學習、研究讓我學從中學習到很多。也感謝學長姊，醇洋、聖儒、奐均、名甫、念學、清晏、馨民的教學以及帶領，還有感謝學弟妹，柏均、建穎在計畫上的協助，讓我有更多的時間能專注在論文上，很高興在 XML 實驗室認識了. 大家，更高興大家一起相處的時光。最後我要感謝我的父母以及所有的家人，一路支持我讀書，在我專注在研究時，總是能替我分擔許多事情，讓我最後完成碩論以及研究所的課業。在此我要再一次衷心感謝以上所有的人，謝謝大家的大力幫忙。張書誠謹致國立臺灣師範大學資訊工程研究所民國 104 年 6 月. iii.

(5) 目錄第 1 章緒論.............................................................. 1 1.1 研究背景........................................................... 1 1.2 研究動機與目的..................................................... 4 1.3 論文架構........................................................... 6 第 2 章文獻探討.......................................................... 7 2.1 iBeacon 技術 ....................................................... 7 2.2 近場通訊（Near Field Communication，NFC）.......................... 7 2.3 全球定位系統 (Global Positioning System，GPS)..................... 10 2.4 電子地圖 (Electronic Map)......................................... 12 2.5 Android 作業系統 .................................................. 13 2.5.1 Android 系統架構 .............................................. 13 2.5.2 應用程式框架(Application Framework)........................... 14 2.6 Android 函式庫(Libraries) ......................................... 15 2.7 MySQL 資料庫 ...................................................... 15 第 3 章系統架構及設計................................................... 17 3.1 系統功能需求...................................................... 17 3.2 系統架構與設計方法................................................ 22 3.3 系統架構.......................................................... 24 3.4 管理人員建立巡邏點設計方法........................................ 25 iv.

(6) 3.5 巡邏員簽到巡邏點設計方法.......................................... 27 3.5.1 巡邏點 iBeacon 偵測簽到模組.................................... 29 3.5.2 巡邏點 NFC 標籤感應簽到模組.................................... 30 3.5.3 巡邏定位模組.................................................. 30 3.5.4 離線巡邏模組.................................................. 30 3.6 緊急通報系統設計方法.............................................. 31 第 4 章系統實作呈現..................................................... 33 4.1 系統開發環境...................................................... 33 4.2 使用者操作方法.................................................... 35 4.2.1 使用者案例圖.................................................. 36 4.2.2 使用者循序圖.................................................. 40 4.2.3 使用者操作流程圖.............................................. 43 4.3 設置巡邏點功能.................................................... 47 4.4 巡邏簽到功能...................................................... 55 4.5 巡邏後端管理系統.................................................. 69 4.6 緊急安全通報系統.................................................. 75 4.6.1 訊息通報 ...................................................... 77 4.6.2 電話通報...................................................... 80 4.6.3 檔案上傳...................................................... 81 第 5 章結論與未來發展................................................... 84 5.1 結論.............................................................. 84 v.

(7) 5.2 未來展望.......................................................... 85 參考文獻................................................................ 86. vi.

(8) 附表目錄. 表 1.1 ................................................................. 2 表 2.1. NFC 標籤總類(資料來源: NFC forum)............................. 10. 表 4.1................................................................ 33 表 4.2................................................................ 34. vii.

(9) 附圖目錄圖 2.1................................................................... 8 圖 2.2.................................................................. 12 圖 2.3.................................................................. 14 圖 2.4.................................................................. 16 圖 3.1.................................................................. 18 圖 3.2.................................................................. 22 圖 3.3.................................................................. 22 圖 3.4.................................................................. 23 圖 3.5.................................................................. 24 圖 3.6.................................................................. 25 圖 3.7.................................................................. 25 圖 3.8 .................................................................. 26 圖 3.10 ................................................................. 27 圖 3.11 ................................................................. 28 圖 3.14 ................................................................. 28 圖 3.15 ................................................................. 29 圖 3.17 ................................................................. 31 viii.

(10) 圖 3.18 ................................................................. 32 圖 3.19 ................................................................. 32 圖 3.20 ................................................................. 32 圖 4.1.................................................................. 35 圖 4.2.................................................................. 36 圖 4.3.................................................................. 37 圖 4.4.................................................................. 39 圖 4.5.................................................................. 40 圖 4.6.................................................................. 41 圖 4.7.................................................................. 42 圖 4.8.................................................................. 43 圖 4.9.................................................................. 45 圖 4.10................................................................. 46 圖 4.11 ................................................................. 47 圖 4.13 ................................................................. 48 圖 4.15 ................................................................. 49 圖 4.17................................................................. 49 圖 4.18 ................................................................. 50. ix.

(11) 圖 4.20 ................................................................. 51 圖 4.22 ................................................................. 52 圖 4.24 ................................................................. 53 圖 4.26 ................................................................. 53 圖 4.28 ................................................................. 54 圖 4.29 ................................................................. 55 圖 4.31 ................................................................. 56 圖 4.33 ................................................................. 57 圖 4.35 ................................................................. 58 圖 4.37 ................................................................. 59 圖 4.38 ................................................................. 59 圖 4.40 ................................................................. 60 圖 4.42 ................................................................. 60 圖 4.44： ............................................................... 61 圖 4.46： ............................................................... 62 圖 4.48： ............................................................... 62 圖 4.50 ................................................................. 63 圖 4.52 ................................................................. 64. x.

(12) 圖 4.53 ................................................................. 65 圖 4.55 ................................................................. 65 圖 4.56 ................................................................. 66 圖 4.58 ................................................................. 67 圖 4.60 ................................................................. 68 圖 4.62 ................................................................. 69 圖 4.63 ................................................................. 70 圖 4.64 ................................................................. 70 圖 4.65 ................................................................. 71 圖 4.66 ................................................................. 71 圖 4.67 ................................................................. 72 圖 4.68 ................................................................. 72 圖 4.69 ................................................................. 73 圖 4.70 ................................................................. 74 圖 4.71 ................................................................. 75 圖 4.72 ................................................................. 76 圖 4.74 ................................................................. 76 圖 4.75 ................................................................. 77. xi.

(13) 圖 4.77 ................................................................. 78 圖 4.79 ................................................................. 78 圖 4.80 ................................................................. 79 圖 4.81 ................................................................. 79 圖 4.82 ................................................................. 80 圖 4.83 ................................................................. 80 圖 4.84 ................................................................. 81 圖 4.86 ................................................................. 82 圖 4.87 ................................................................. 82 圖 4.88 ................................................................. 83 圖 4.89 ................................................................. 83. xii.

(14) 第1章緒論 1.1 研究背景校園巡邏的重要性：校園安全和學生、家長到整個社會皆有著密切的關係，通常都是在災害或犯罪發生了之後，我們才會察覺到。若透過主動巡邏的方式，將有助於發現問題及抑制犯罪，如果使用良好的巡邏方式將有助於提高巡邏效率並提升安全性。巡邏系統傳統方式：巡邏系統在國內大多以紙本簽到的方式為主，在巡邏區域內的各個巡邏點設置巡邏箱並且將簽到表放置在內，來供巡邏員簽到，讓巡邏員能夠按照巡邏的指定路徑來進行巡邏，但這種紙本簽到的方式卻會產生很多弊端，例如：可能沒有確實簽到或找人代簽、偽造簽到的時間，或是紙本簽到表可能因觸碰了雨水造成損毀、簽到表可能遺失被偷等等。此外，以紙本簽到方式來進行巡邏，事後核對紙本的過程相當耗時，且不易瞭解巡邏員簽到的即時狀況，也都是其不良缺點。 RFID 電子簽巡方式：後來在多個縣市地區都已有電子巡邏系統的運用，使用無線射頻辨識（Radio Frequency Identification， RFID）技術以及搭配個人數位助理 PDA （Personal Digital Assistant）來進行巡邏，取代傳統紙本簽到的使用方式。運用此種方式來進行巡邏，簽到時只需要感應有 RFID 標籤的巡邏點，就可以把簽到的時間用電子化方式來儲存在讀取 RFID 的專用裝置或是 PDA 上。等到巡邏任務完成後，再將資料從 RFID 裝置或 PDA 中取出，放入到後端管理系統或是資料庫。RFID 機器加上 PDA 的應用加速了巡邏簽到的作業，且簽到的紀錄儲存在電子設備裡，因此資料較不易遺失。但是受限於智慧型 PDA 的功能，RFID 機器在存取 RFID 標籤的資料後，資料的處理必須存取到後端系統才能進行，而資料也必須等到巡邏完成或是等到有網路的工作 1.

(15) 站地點才能進行資料傳輸，無法做到即時上傳簽到資訊和即時掌握巡邏員目前的位置，如此一來，巡邏員與後端管理人員得到的資訊就會不同步。一旦有突發狀況發生時，後端管理人員得到的資訊就會有延遲，沒辦法掌握到即時狀況的資訊及巡邏員所在位置，使得處理狀況效率降低。理想的巡邏機制，應該是要能讓後端管理人員能夠即時掌握巡邏的狀況和巡邏員的目前位置，巡邏員也能夠很方便的進行簽到並且得到許多的巡邏資訊，遇到緊急情況的時候能快速完整的回報狀況，提高整體的巡邏效率。. 巡邏方式探討方向巡邏員操作. 管理端. 表 1.1 各種巡邏方式比較傳統巡邏箱 RFID 電子簽巡 (紙本簽到) 到達巡邏點後必須以筆在紙本上進行簽到，紙本容易造假或遺失。需要到巡邏點或收回紙本簽到單後才能知道巡邏狀況。. 理想的巡邏機制. 巡邏紀錄需連接電巡邏時可方便的簽到並即腦後進行匯出，較麻時回傳簽到紀錄；可得到許煩。多巡邏資訊；遇緊急狀況時可完整回報。需等待巡邏完畢後簽到記錄、巡邏員目前位置資料回傳才可得知即時回傳至管理中心，管理巡邏狀況。人員可即時監控。. 因應目前 NFC 的興起，多數的智慧型手機皆已內建支援 NFC 的功能，產生大量的相關應用。運用 NFC 短距離交換傳送資料的方式，能夠讓資料直接且確實的進行交換，且因資料交換的距離短，不易受到周遭雜訊的影響，所以其安全性高且不容易被竄改，用在巡邏系統中相當的適合。目前的智慧型手機都擁有強大的計算處理和相當多的感應裝置，能夠把得到的資料做立即處理或連上網路進行資料的交換及儲存，所以運用智慧型手機及 NFC 的功能，勢必會逐漸取代一般 RFID 電子簽巡的巡邏方式。 2013 年，Apple 在「全球開發者大會」WWDC 大會上提出了 iBeacon 技術，主要. 2.

(16) 是利用藍牙 4.0 的 BLE(Bluetooth Low Energy)技術來達到低功耗的偵測服務，iBeacon 發射器可以自動建立一個訊號區域，當智慧型手機進入該區域時，設計的相對應 APP 程式便會接收這個訊號網路，並做出相對應的動作。近年來漸普及的智慧型手機，結合 NFC 近場通訊技術及 iBeacon 低功耗藍牙技術，來運用到安全通報與改善巡邏方式，達到理想的巡邏機制，是本研究的重要探討議題。此外，過去對於巡邏的研究重點皆在室外，如運用 GPS 定位或 WiFi 網路等告知巡邏員位置。當進入室內時，GPS 將無法做精準定位，WiFi 在無訊號的狀況下也無法接收，巡邏員在室內巡邏所能取得的巡邏資訊十分地有限，巡邏時在建築物內部方面的檢查也較少，因此對於存放危險物品的建築物就形成死角，如化學或實驗室的危險物品，而若是能把室內的巡邏檢查加入到巡邏任務當中，將可以提升巡邏區域的安全性，因此如何加強室內巡邏功能，也是本研究的探討重點。. 3.

(17) 1.2 研究動機與目的使用本研究開發的巡邏系統，不只是室外巡邏，還可兼顧到室內的部分，補足了以往研究都較無支援室內功能的問題。本系統支援了室內巡邏的許多功能，在離線狀態或是網路訊號不良的情況下，運用 iBeacon 的信號區域性、NFC 標籤 UID 的唯一性、輔以室內地圖的方式，來指引巡邏員進行巡邏任務，將可使巡邏員更容易了解巡邏任務的內容，對於室內的情況也能夠更清楚掌握。iBeacon 室內報位也能將巡邏員在室內的當前位置即時回報到後端，以維護巡邏員的人身安全。本研究目的是在運用以 iBeacon 低功耗藍牙技術及 NFC 近場通訊技術為基礎，並結合智慧型手機及其 GPS 定位功能，發展一套新型態的巡邏通報系統，讓巡邏員及後端管理人員都能以更有效率且可靠的方式進行巡邏或控管，達到理想的巡邏機制本研究是以開南大學為例，並以 GPS 做巡邏員室外精準定位，而考慮到 GPS 在室內環境下並不精準，而 iBeacon 擁有信號區域特性，因此以 iBeacon 做巡邏員室內報位，後端管理人員可以即時監控掌握巡邏員目前的室內外位置及巡邏路徑。巡邏員在室外巡邏時，可以依照在系統中的 Google Map 上顯示的巡邏點依序巡邏，並由 Google Map 上顯示的 GPS 座標，來得知自己的目前位置；巡邏員在室內巡邏時，巡邏員能依照各巡邏點的室內地圖，清楚得到巡邏點室內位置及周遭環境等資訊，並由 ibeacon 偵測到巡邏員而顯示在系統中的位置導引提示，來得知自己的目前位置；當巡邏員到達巡邏點時，巡邏點的 iBeacon 能偵測到巡邏員並主動告知巡邏員進行簽到及顯示地點資訊，若遇到 iBeacon 故障失效等情況時，也能以巡邏點的 NFC 標籤來輔助簽到；進行簽到時，巡邏員可手動勾選有異常的檢查項目並拍攝照片，巡邏的簽到紀錄能即時傳送到後端管理介面，並能同時將簽到資訊及巡邏點異常項目及拍攝的照片即時傳至後端， 4.

(18) 後端管理人員可以立即得知目前巡邏點是否有狀況發生，方便後端管理及處理突發狀況。若校園巡邏過程中遭遇到無網路環境時(如：電梯內、地下室)，能暫存巡邏簽到資料於手機中並等到有網路時再自動上傳到後端管理介面。巡邏安檢的標準要做到：(1)確實到點 (2)確實檢查。本系統透過以下方式來滿足此二標準。確實到點部份：當巡邏員以 NFC 標籤或 iBeacon 來簽到巡邏點完成後，就會產生電子紀錄來證明已確實到過此巡邏點(電子巡邏紀錄包含該巡邏點的：簽到時間、異常項目、照片檔案等等)。確實檢查部份：當該巡邏點的檢查項目有問題時，巡邏員可手動將該異常之檢查項目打勾，並拍攝照片。除了巡邏功能外，另外整合通報系統在校園巡邏系統當中，功能包含了：一般訊息通報(能同時傳送精準位置的通報到後端管理介面、傳遞簡訊、email)、電話通報（如：撥打 110）、檔案上傳（拍照、錄影、錄音、或選擇原有檔案），並將檔案即時傳至後端管理介面。警政署的通報原則：當發生搶劫、偷竊等緊急或突發事件時，建議通報者快速通報完畢之後，迅速安全離開，且在通報過程中，盡量不發出聲響，因很多案例，在行兇者發現有人通報之後，該通報人員也成為受害者。本系統的通報系統部份，可在無聲無息的狀態下，以簡訊、上傳檔案等方式進行即時的安全通報，以維護巡邏員、通報人員的人身安全並達到快速通報緊急事件之目的。. 5.

(19) 1.3 論文架構本論文一共分為五個章節，各章節內容敘述如下: 第一章緒論介紹研究背景、研究動機與目的和論文架構。第二章文獻探討介紹本系統所用到的相關背景知識及研究項目，包含:iBeacon、NFC、全球定位系統、電子地圖、Android 作業系統、Android 函式庫、MySQL 資料庫等等。第三章系統架構及設計分析巡邏系統所需內容項目及依需求規劃和制訂系統內容和規格項目。第四章系統實作呈現本章節將說明系統之功能及其操作方式，透過圖文的講解及分析，讓使用者更易瞭解系統內容。第五章結論與未來發展總結研究成果及討探未來發展。. 6.

(20) 第2章文獻探討 2.1 iBeacon 技術 iBeacon 是 Apple 在 2013 年「全球開發者大會」WWDC 大會上所提出的一種技術，主要是利用藍牙 4.0 的 BLE(Bluetooth Low Energy)技術來達到低功耗的偵測服務，而有具備 Apple 的 iOS7+ 或是 Android 4.3 以後的 device, 只要藍牙元件有支援 4.0 之後的協定就可以用來偵測 iBeacon。它的運作原理是 iBeacon 發射器上電後會自動建立一個訊號區域，會定期的發廣播自身的 Universally unique Identifier (UUID)(128 bits)、 Major (16 bits)、Minor (16 bits)和 Received Signal Strength Indicator( RSSI)等訊息，當智慧型手機進入該區域時，設計的相對應 APP 程式便會接收這個訊號，並根據訊號做出相對應的動作。在本研究的系統當中， iBeacon 被用來做巡邏員的即時室內報位，當巡邏員接近目標巡邏點就主動顯示巡邏地點資訊給巡邏員並進行簽到。. 2.2 近場通訊（Near Field Communication，NFC）近場通訊（Near Field Communication，NFC）又稱近距離無線通信，在 2004 年由 Philips 和 Sony 共同開發的短距離高頻無線通訊技術而來，NFC 技術是由 RFID (Radio Frequency Identification）及互連的技術為基礎，因為 NFC 是由 RFID 所演變而來的，因此 NFC 也可向下兼容 RFID 技術，而近場通信則是一種短距高頻的無線電技術，使用的頻率為 13.56MHz，在這頻率下可運行的有效距離為 20 公分內，可以在十到十五公分內進行資料傳輸。 NFC 的傳輸速度有 106Kbit/秒、212Kbit/秒或者 424Kbit/ 7.

(21) 秒三種。目前 NFC 已通過成為 ISO/IEC IS 18092 國際標準、EMCA-340 標準與 ETSI TS 102 190 標準。NFC 的讀取方式分為主動和被動兩種，若 NFC 為以主動的方式，設備兩端都須支援雙向資料的交換，若是為以被動的方式，NFC 啟動端把要發送的訊息發送至接收端，接收端本身並不需要有電源供應，如同悠遊卡一樣，而接收端會利用發送端產生的電場回應給 NFC 的啟動端，圖 2.1 簡單說明如下： (1) 主動模式. (2) 被動模式. 圖 2.1. (1)主動模式及(2)被動模式圖片參考來源:. http://itmgm.blogspot.tw/2010/12/nfc-near-field-communication.html. 8.

(22) 而 NFC 工作模式有分為三種:. . 卡片模式(Card Mode): 卡片模式就如同一張有 RFID 技術的 IC 卡，所以可透過近距離非接觸的方式就可以讀取或交換設備的資訊，包括門禁卡、信用卡、悠遊卡、車票等。在此模式下有個很大的優點是，卡片是以無線射頻來做供電，因此可以不依賴其他的裝置（如手機或平板等）提供電能，在沒有電源下也可以運作，只需要簡易轉換就能切換卡片模式。. . 讀寫模式(Reader/Writer Mode)：作為非接觸讀卡器使用，像是從海報上的 NFC Tag 讀取訊息，NFC Tag 是用穿透性的感應方式，使用擁有 NFC 功能的裝置，可主動對任何接近 NFC Tag 的卡片做讀取與寫入資料。. . 點對點模式(P2P Mode)：使用兩台具備 NFC 功能的手機或平板來進行資訊交換，資訊可以在兩裝置間進行資訊傳遞。此模式傳輸距離極短，但傳輸的速度快且功耗相當低，常用於名片的交換，圖片、文字、音樂的分享及不同裝置互動的遊戲中。. NFC 電子標籤的種類，由 NFC Forum 定義了 Type1 到 Type4 共四種類別[8]，主要的差異包括了記憶容量的大小，及傳輸的速度等等如表 2.1 所示，可依照需求選擇類型，本研究儲存資訊大多存於後端，以 NFC 標籤的 UID 作為辨認，目前存於 NFC 標籤的資訊有巡邏地址、巡邏點經緯度等等，目前本研究所使用的 Tag 標籤格視為 Type 4，儲存容量為 4096 bytes。. 9.

(23) 表 2.1. NFC 標籤總類(資料來源: NFC forum). NFC 技術可以用在兩裝置間的傳輸，優點是操作使用可以相當自動化及人性化，如同 RFID 的使用方式，但是 RFID 傳輸感應距離可較長。本論文有採用 NFC 技術，因相對來說 NFC 較具有安全性，且 NFC 可自己編寫及主動傳送訊息內容，讓整體使用的自由度提高很多，只需要簡單的接觸，加上使用者的確認，即可完成整個應用服務流程，這對過去 RFID 有相當大改變及方便性的提升，同時也能使巡邏系統安全度提高及增加安全效率。. 2.3全球定位系統 (Global Positioning System，GPS) 全球定位系統(Global Positioning System，GPS)，又稱為全球衛星定位系統，GPS 剛開始由美國國防部來主導建置並且提供免費的服務，GPS 在全球覆蓋率達 98%，因此能夠在地球大多數的地方來進行定位、測速、定時以及導航功能，GPS 不但可取代 10.

(24) 舊有的導航系統，也可接收到手機基地台的信號，並且搭配傳統衛星信號，使定位更加迅速。 GPS 的使用操作簡易，所以一般使用者只需擁有 GPS 接收器就可使用此功能帶來的服務。GPS 為一個中距離圓型軌道的衛星導航系統，它擁有二十四顆 GPS 衛星，在至少有三顆衛星的情況下，就能使用三角定位的方式算出所在者的位置及海拔高度。 GPS 的優點如下： . 使用低頻訊號. . 穿透性高，不容易受白天黑夜會氣候的影響. . 可節省人力及經費. . 可擁有較高精準度的座標值、定速和定時. . 可依據所在位置移動來即時定位. . 全球覆蓋率達到 98%. 另外還有一種：輔助全球衛星定位系統(Assisted Global Positioning System，AGPS)，它會運用特定輔助伺服器進行 GPS 的定位方式。傳統 GPS 由衛星和訊息接收器組成，而 AGPS 還會支援行動網路的基地定位，所以 AGPS 會利用手機基地的信號加上傳統的 GPS 衛星信號可更快速的定位，在用 AGPS 定位時，定位的計算皆由輔助定位伺服器來做，所以如果以 GPS 再加上 AGPS 的輔助還能使定位的速度更快速。本論文使用 GPS 的定位方式來作為定位巡邏員目前所在位置，以及做為系統中開啟定位，可追蹤巡邏員的移動路徑，並將巡邏員的移動紀錄傳至後端網頁做為管理紀錄。. 11.

(25) 2.4電子地圖 (Electronic Map) 電子地圖可用數位的方式來查閱及儲存地圖，通常儲存地圖時會以向量方式儲存，所以地圖在放大或縮小時，並不會影響其顯示效果，因行動裝置的普及，電子地圖的功能也逐漸重要，電子地圖可用在桌上型電腦外，手機和平版的使用者也相當多。早期的線上地圖相當不方便，因當時的網路地理資訊系統所使用的技術可能是 Microsoft ActiveX 或 Sun Java Applet 技術，但之後電子地圖大多都用 AJAX (Asynchronous JavaScript and XML)技術進行開發，AJAX 指的是有多項技術的瀏覽器端網頁開發技術，AJAX 向伺服器發送並取回必須的資料，使用者在等待資料回傳的同時也能繼續在頁面中進行操作，讓使用者沒有感覺到自己正在等待資料回傳。這種方式用於電子地圖時，就可使得即使搜尋的地圖資訊內容還未回傳給使用者，但使用者仍然可對地圖進行移動位置、縮放大小等其他活動，其優點為能在不更新整個頁面的前提下維護資料，而不會被換頁的動作中斷。. 圖 2.2 為 AJAX 的運作架構:. 圖 2.2 AJAX 運作架構 Client 端. Server 端. XMLHttpRequest. Internet Javascript Controller. DOM CSS Model HTML. View. 12.

(26) 目前市面上有許多免費電子地圖，如 Google Map、UrMap、GIS 等，地理資訊系統（Geographic Information System， GIS），大多利用電子地圖且以 Web 的方式呈現，配合電子地圖與地理資訊系統等功能，可提供使用者有關食、衣、住、行、育、樂等相關生活資訊服務，而其中以 Google Map 最受歡迎，它也提供了 Google Map API 等，使得開發者能夠自行利用 Google Map 實作程式的混搭應用，本研究也使用了 Google Map 提供的 API 來加入程式中，以告知校安人員巡邏點位置及運用於通報系統中。. 2.5 Android 作業系統 Android 系統為 Andy Rubin 及其夥伴的公司所開發，於 2005 年時被 Google 公司所收購，在此之後由 Google 領導 Android 的開發內容。2007 年時，由 Google 所領導的開放手持設備聯盟(Open Handset Alliance)成立，聯盟結合眾多的公司，如: HTC、 LG、Intel 等，並發表了搭載 Android 作業系統的手機。Android 系統為開放式的資源，加上其可跨平台、易移植的特性，使多數的智慧型手機大廠都投入開發，目前的智慧型手機市場中，Android 作業系統的市佔率已達到第一。. 2.5.1 Android 系統架構 Android 是完全免費的手機作業系統，與微軟的 Windows、蘋果電腦的 iOS、及 RIM 使用的 BlackBerry OS 等手機作業系統處於同一級別，Android 架構是以軟體層疊的分層設計方式，優點是能夠獨立開發，各層之間依賴性低，Android 擁有完整的開發環境，如模擬器、除錯等等，此應用程式框架提供了可重覆使用和取代的開發元件。 13.

(27) Android 內部架構如圖 2.3，主要分為三個部分:藍色部份為應用程式(Application)，綠色及黃色部份為中介軟體(Middleware)，紅色部份為操作系统(Linux Kernel)。圖 2.3 Android 系統架構圖. 2.5.2 應用程式框架(Application Framework) 應用程式框架提供了 API 框架讓程式開發者進行存取，使得開發可以較為簡易。此外，任何應用程式都可發佈此框架的功能區塊讓應用程式使用，且可重復利用此框架做出的應用程式。Android 提供的框架包含了視圖，視圖可建立應用程式，包含清單、表格等，而內容提供器可以讓應用程式能存取或共用其它應用程式的資料，除此之外，還包括了視窗管理器、封包管理器、通知管理器、資源管理器以及活動管理器等。. 14.

(28) 2.6 Android 函式庫(Libraries) 函式庫提供 Android 系統的各種元件所使用，包含了 C/C++程式庫，手機應用程式開發時能透過 Android 的函式庫來方便進行系統設計及實作，下列為部分常見的函式庫： . C 函式庫 : 專為嵌入式 Linux 設備制定的標準 C 函式庫。. . 媒體庫 : 支援多種錄放音樂和影片格式，也支援靜態圖片檔，例如:MPEG4、JPG、 PNG 等等。. . 3D 函式庫 : 運用 OpenGL ES1.0 APIs 來支援硬體 3D 的加速或是將 3D 光柵掃描程式進行最佳化。. . Surface Manager : 提供應用程式中 2D 及 3D 圖層的接合。. . LibWebCore : 支援 Web 瀏覽器引擎和 Web 視圖。. . SQLite : 提供輕型關聯式資料庫。. . SGL : 支援 2D 影像處理的引擎。. 2.7 MySQL 資料庫本論文以 MySQL 做為本系統資料庫，包含所有後端介面需求的顯示資料、應用程式所需的資料或是資料上傳的位置。巡邏系統的資料庫內容包含了巡邏點資訊、巡邏路徑、巡邏任務、巡邏員帳號密碼等，如下圖 2.。緊急通報系統資料庫則包含通報者的手機、性別、年齡、身分證字號、通報類型如偷竊、搶劫等等，如 Error! Reference 15.

(29) source not found.圖 2.5。圖 2.4 巡邏系統資料庫. 圖 2.5 巡邏系統資料庫. 16.

(30) 第3章系統架構及設計 3.1系統功能需求系統功能包含了設置巡邏點、巡邏簽到、安全通報三個部分。在設置巡邏點方面，管理人員需使用設置巡邏點的 APP 去設置要巡邏的地點以及巡邏的內容，如地點的 GPS 座標、要注意的檢查項目等，並將其資料寫入 NFC 標籤內，而設置資料也會傳回後端資料庫，並以網頁 PHP 抓取資料庫內容來作為後端的呈現。在巡邏簽到方面，巡邏員在巡邏時，使用巡邏簽到 APP 進行巡邏簽到任務，依照設定好的巡邏路徑，到達目標巡邏地點後可自動接收到巡邏點的 iBeacon 訊號或是感應 NFC 標籤來進行巡邏點簽到作業。巡邏員簽到任務結束後，後端會顯示巡邏已完成，但巡邏作業為常態性的，巡邏員需在固定時間巡邏一次，所以長期累積下來，會產生大量的記錄資料，為解決此問題，需要有一個巡邏資料控制中心，將資料進行整理後儲存於資料庫中，即可增加人員巡察巡邏資料和紀錄之方便性。另外，此巡邏簽到系統內整入了安全通報系統，此功能可以讓巡邏人員在巡邏的同時，能快速解決緊急問題，通報程式包含了訊息通報(同時傳送到後端管理介面、簡訊、Email)、電話通報、傳送檔案到後端管理介面(照片、錄音、錄影等)等方式通報，無論是設置巡邏點、巡邏簽到、安全通報皆會將資訊立即傳回資料庫，而其它各項使用需求則是在此三大功能下再作細部的延伸。. 本研究以 PDCA 的概念建立了一個巡邏安全通報的系統，PDCA 循環指的就是由. 17.

(31) P 計畫（Plan）、D 執行（Do）、C 查核（Check）及 A 處置（Action）四大步驟過程所構成的一連串追求改善的行動，亦有人稱為「戴明循環」（Deming Cycle）或「戴明轉輪」（Deming Wheel）。  P（Plan）--計畫，確定方針和目標，確定活動計畫  D（Do）--執行，實地去執行，實現計畫中的內容  C（Check）--檢查，總結執行計畫的結果，瞭解效果為何，及找出問題點  A（Action）--行動，根據檢查的問題點進行改善，將成功的經驗加以適當推廣、標準化；將產生的問題點加以解決，以免重複發生，尚未解決的問題可再進行下一個 PDCA 循環，繼續進行改善，將 PDCA 概念如圖 3.1。. 圖 3.1. PDCA 概念. 圖 3.1 參考來源: http://www.docstoc.com/docs/73845927/Pdca-Template-PDCA-Cycle-Source 18.

(32) 本研究的巡邏系統導入了 PDCA 概念，改善了原有的巡邏程式：一、. PLAN(計畫)：本研究目的是開發出可即時室內外定位，並且支援無網路環. 境，可使用智慧型手機、iBeacon 和 NFC 功能取代 RFID 和 PDA，使得校園巡邏通報系統能夠在開南大學校園中進行巡邏和安全通報，可即時回報後端管理介面，並應用於開南大學校園的巡邏中。本巡邏通報系統改善部分計畫如下: (1)改善系統前端 . 加入 iBeacon 的改良，透過 iBeacon 偵測到巡邏員走近巡邏地點時，系統就主動顯示該巡邏地點要檢查的項目及地點資訊給巡邏員，並且進行該巡邏地點的簽到。. . 如果遇到該巡邏地點的 iBeacon 因為沒電失效等情況而無法作用的時候，巡邏員也可以透過感應該巡邏地點的 NFC 標籤來代替無法作用的 iBeacon，取得地點資訊並且進行簽到。. . 解決了目前的巡邏通報系統無法在無網路環境下正常運作的問題，增加了離線巡邏以還有離線通報的功能，當系統偵測到有網路時就上傳巡邏資料和通報資料到後端，以應付巡邏區域沒有網路的狀況。. . 巡邏員進行簽到時，鎖住後面螢幕，避免感應巡邏點後卻跳過簽到程序的問題。. . 整合動態勾選各個巡邏點的檢查項目。. . 增加[藍芽偵測]按鈕，點選可查看附近所有的巡邏點及其他 ibeacon 的訊號，並大略得知其距離遠近。. . 系統主動做巡邏員的即時”室內外”定位，每 30 秒上傳 GPS 定位資訊到後端，每 5 秒上傳 iBeacon 報位資訊到後端。. 19.

(33) (2)改善系統後端 . 後端可即時觀看以 iBeacon 報位及 GPS 定位的巡邏員目前位置，及巡邏路徑紀錄. . 更改巡邏系統和通報系統的管理介面中頁面列表項目的呈現順序，所有最新的資料都會顯示在畫面最上面。. . 整合動態更改巡邏點檢查項目網頁。. 二、DO(執行)：依據上述 P 的計畫的方式，實作了一個擁有巡邏系統、安全通報、後端管理介面並可即時室內外定位報位、支援無網路環境的巡邏安全通報系統，此系統可以使用於設置巡邏點、讓巡邏員於校園中巡邏、並提供緊急安全通報(發送簡訊、 Mail、撥打電話、檔案上傳)等功能。. 三、CHECK(檢查)：當 DO 執行完，可以檢查總結執行計畫的結果，是否有依照需求計畫去執行並瞭解效果為何，若有程式問題或實作問題需另找出問題點，之後會讓巡邏員實際使用測試是否有問題點。. 四、ACTION(行動)：根據巡邏員實際測試巡邏檢查的問題點來進行改善，並將系統標準化及簡單化讓巡邏員容易使用；最後會加強管理模組，因增強管理面可使系統更容易管理也較容易找出功能問題所在，加強系統管理後端是重要的一環。. 20.

(34) 巡邏點設置及巡邏路線的規劃也導入 PDCA 概念如下：一、PLAN(計畫)：在欲巡邏區域中，想加強安檢的重要地點，設置巡邏點，並建立該巡邏點的檢查項目、室內地圖等資訊，再從任務中，欲巡邏哪些巡邏地點及適合的動線，來規劃出任務的巡邏路線。. 二、DO(執行)：依據上述 P 的計畫的方式，在合適的地方設置了巡邏點並規劃出巡邏路線，並在實地佈建巡邏點所需的 NFC 標籤、iBeacon 等裝置，達成本巡邏系統可執行巡邏任務的環境。. 三、CHECK(檢查)：當 DO 執行完，可以檢查設置的巡邏點及規劃的路線，是否有依照需求來建立並瞭解效果為何，之後讓巡邏員實際使用測試巡邏點及路線。. 四、ACTION(行動)：之後會根據巡邏員實際測試巡邏路線的問題點來進行改善，統計出常出現狀況的巡邏點或常被通報系統回報事件的地區，增設巡邏點並對被通報的事件或狀況來加強安檢；改善測試過後動線不佳的巡邏路線，並可按照需求動態規劃任務的路線。. 21.

(35) 3.2系統架構與設計方法本研究的系統架構的部分，主要分為三個部份，分別包含了：Server 端、Client 端和資料庫。系統模組可以分為: 巡邏系統、安全通報，後端管理等等，系統模組架構如圖 3.2，本系統整體架構流程如圖 3.3。圖 3.2 系統模組架構. 圖 3.3 系統整體架構. 22.

(36) 校園巡邏及安全通報系統的設計概念如圖 3.4，首先管理員透過智慧型手機的 APP 建立巡邏地點資料，把資料寫入 NFC 標籤，然後把這次寫入 NFC 標籤的巡邏地點資料上傳到後端 Server，當 Server 接收到資料之後，就以固定格式儲存到後端資料庫當中。此外管理員可以使用 Server 後端管理網頁介面來控管修改巡邏點的資料。而 Server 後端管理網頁介面透過 Server 取得後端資料庫資料，巡邏員巡邏時透過智慧型手機來向 Server 取得本次巡邏任務的資料。巡邏員到達巡邏地點時透過智慧型手機感應 NFC 標籤或是 iBeacon 主動偵測到巡邏員手機，自動提供巡邏地點資訊並且進行簽到，每完成簽到一個巡邏點，智慧型手機就會即時上傳簽到資料到後端資料庫，若巡邏簽到遭遇到無網路環境時，就會先把簽到資料暫存在手機資料庫中，等回到有網路環境時手機再自動上傳簽到資料到後端資料庫。智慧型手機的 GPS 及 iBeacon 偵測會自動定位及報位，並將定位報位資訊即時上傳到後端資料庫。圖 3.4 系統設計圖. 23.

(37) 3.3系統架構本研究中將圖 3.4 的系統示意圖分為三個主體形成如圖 3.5，依序是 Client 端、 Server 端及資料庫。在 Client 端的部分，因為管理人員和巡邏員所需使用功能不同，所以使用兩種不同操作模式的 APP 來區別，讓管理人員和巡邏員能更方便進行設置巡邏點及巡邏簽到的動作。Client 端運用智慧型手機透過網路連線方式，讓使用者的資訊能夠即時傳回後端，所需的資訊也能夠即時透過網路下載得到。在此系統中，Client 端與後端 Server 端的連接傳輸方式都是以 JSON 的格式進行資料交換，因使用此方式 Client 端和 Server 端在收送資料時都能夠快速解析及處理，本系統使用 MySQL 當作後端資料庫，MySQL 為目前常用的資料庫之一，能夠處理複雜的關聯式資料，方便使用且擁有強大的內部功能讓使用者能夠快速上手。. 圖 3.5 巡邏系統架構圖. 24.

(38) 3.4 管理人員建立巡邏點設計方法室內及室外的巡邏地點需由管理人員來設置，管理人員可設定地點名稱、地點描述、該巡邏點需加強之重點檢查項目，該巡邏點經緯度座標及地址。最後將資訊寫入 NFC 標籤且以 NFC 標籤的 UID 作為識辨依據，並將資料封裝成 JSON 格式。最後資料透過 HTTP POST 連線模式傳到後端伺服器進行資料處理。另外，在設置巡邏地點的經緯度的方面，採用了 Google Map 的 API 以視覺的方式呈現。本研究是使用 Google 提供在 Android 上的 Google Map 第二版進行開發，而 Android 上的 Google Map 第二版與第一版差異相當大，在程式的撰寫上，變得相當簡潔，載入的速度也變得相當快。使用 Google Map 需先至 Google APIs Console 打開其服務並進行 key 的申請在所用專案的 Manifest.xml 檔案上加入如圖 3.6 的設定，並加入 Key 的設定如圖 3.7。圖 3.6：Manifest 中需設定項目. 圖 3.7：Manifest 中專案 Key 的設定. 25.

(39) 而本系統主要以桃園的開南大學為例，在設置巡邏點 APP 的地圖上有 Ping 點的設計，Ping 點標示了開南大學的各個建築物名稱及建築物的經緯度(圖 3.8)，可以方便巡邏點設置的時候辨認建築物，並可以點選地圖上開南大學建築物經緯度連結直接進行巡邏點設置，開南大學實際巡邏點有 18 個地點，如圖 3.9。. 圖 3.8：地圖上加入 Ping 點. 圖 3.9：開南大學巡邏點列表. 26.

(40) 3.5 巡邏員簽到巡邏點設計方法當巡邏員開始巡邏任務時，先運用智慧型手機連線至後端 Server，驗證巡邏員帳密是否登入成功，當成功後，將下載此次巡邏任務相關資料，其巡邏簽到流程如圖 3.10。. 圖 3.10：巡邏簽到流程圖. 當開始巡邏時，需先開同時本系統也加入了驗證程式，在巡邏時會先確認網路(如圖 3.11)、藍芽是否開啟(如圖 3.12)及 GPS 是否開啟(如圖 3.13)，驗證藍芽及 GPS 是否開啟的程式如圖 3.14。 27.

(41) 圖 3.11：網路是否開啟. 圖 3.12：藍芽是否開啟. 圖 3.13：定位是否開啟. 圖 3.14：取得及確認是否開啟 GPS 及藍芽. 接著再點選開啟定位按鈕，每隔固定時間，就會將 GPS 及 iBeacon 的即時定位報位的座標資訊回傳到後端 Server，使控管中心能夠了解即時的巡邏員位置及巡邏路徑。接著，巡邏員可選擇列表介面(如圖 3.15)或圖形介面(如圖 3.16)開始進行簽到，圖形介面是運用 Google Map 以視覺化的方式在地圖上直接呈現本次任務需巡邏的地 28.

(42) 點; 列表介面則是將巡邏點以條列式的狀態列出。每當完成一次簽到作業，就會立即傳送簽到資料到後端資料庫，或是遭遇到無網路環境的時候，就會把簽到資料暫存於手機資料庫，等到有網路時再上傳全部巡邏資料。. 圖 3.15：列表方式呈現巡邏點. 圖 3.16：圖形化呈現巡邏點. 3.5.1 巡邏點 iBeacon 偵測簽到模組因為 iBeacon 的 UUID、Major 及 Minor 有唯一的識別性，所以本研究系統是針對 iBeacon 的 UUID、Major 及 Minor 進行比對是否為目標巡邏點。在校園各個巡邏點佈建 iBeacon 發射器，只要巡邏員帶著手機走進目標巡邏點 iBeacon 的訊號區域之後，系統就會主動通知巡邏員進行簽到作業並提供巡邏地點資訊。 29.

(43) 3.5.2 巡邏點 NFC 標籤感應簽到模組因為 NFC 標籤的 UID 有唯一的識別性，所以本研究系統也將 NFC 標籤做為巡邏點簽到的方式，當 iBeacon 失效的情況下就可以使用 NFC 標籤來輔助進行簽到，在校園各個巡邏點也有佈建 NFC 標籤，只要巡邏員感應到目標巡邏點的 NFC 標籤，即可進行巡邏點簽到作業。. 3.5.3 巡邏定位模組巡邏定位模組運用 GPS 定位、iBeacon 報位等方式，每隔固定時間即記錄巡邏員經緯度位置和時間，再將定位報位資料即時傳回後端資料庫，使管理人員能了解其目前位置和行進軌跡。運用此模組能夠知道巡邏員去過那些地方及是否有偷懶的情形，但 GPS 在室內則會有無法精準定位情形，因此室內以 iBeacon 來報位，在校園各個巡邏點及常經過的區域佈建 iBeacon 發射器，只要巡邏員帶著手機走進該 iBeacon 的訊號區域之後，系統就會偵測到該 iBeacon 訊號並將該 iBeacon 相對應的經緯度位置及目前時間等報位資訊即時傳回後端資料庫，iBeacon 室內報位能有效補足 GPS 室內無法精準定位的情形。. 3.5.4 離線巡邏模組此模組會隨時監聽偵測目前是否為無網路環境，若巡邏簽到時偵測到為無網路環境的情況下，就會先把簽到資料暫存在手機資料庫中，等再偵測到目前已回到有網路環境的情況下時，手機再自動上傳簽到資料到後端資料庫。. 30.

(44) 3.6緊急通報系統設計方法在巡邏系統中，也加入了緊急安全通報的部分，為達成新形態之通報機制，必須要讓報案者在第一時間就能簡單、快速的將報案資訊發送給報案管理單位，且可將現場完整狀況記錄下來，並即時發送給救援單位來處理。通報系統包含了檔案上傳(錄影、照相)、打電話及簡訊通報(同時寄 Email、簡訊及通報後端管理介面)等功能，而在開發簡訊通報的功能時，必須要有能接收及處理通報訊息的系統，本研究希望能利用多功能的 Android 智慧型手機，來開發能接收處理 SMS 訊息並且提供即時同步至電腦的系統，而後端管理系統能夠負責接收、儲存以及顯示相關的報案訊息等等，本系統設計通報簡訊及 Email 內容格式如圖 3.17，將標頭加入”#ER”作為通報系統用之識別碼，每筆資料中間利用分隔符號”@”將資料分開，這種方式可以讓簡訊接收系統判斷每個欄位的資料，讓管理人員收到相關資訊。本研究將此安全通報系統結合巡邏系統，來完成一套多功能的巡邏安全通報系統。. 圖 3.17：通報簡訊內容格式. 在Android開發環境中，若需使用傳送簡訊的服務，需在AndroidManifest.xml中允許 android.permission.SEND_SMS這個權限，語法如圖3.18。傳送簡訊的主程式中須先取得SmsManager，再利用當中的sendTextMessage執行傳送語法如圖3.19，若需要修改傳. 31.

(45) 送簡訊的電話號碼可以至程式碼中SMS.java進行修改，如圖3.20。. 圖 3.18：允許使用傳送簡訊方法. 圖 3.19：傳送簡訊語法. 圖 3.20：允許修改傳送簡訊支電話號碼. 32.

(46) 第4章. 系統實作呈現. 4.1 系統開發環境本研究主要使用 Eclipse 作為整合開發工具，以 Android SDK 及其相關套件進行開發，並且使用擁有 NFC、BLE 的智慧型手機作為測試裝置，其詳細開發環境如表 4.1 在 Server 端使用的架設環境則如表 4.2。. 表 4.1 Client 端開發環境. 名稱. 用途. 版本. 作業系統. 系統開發平台. Window 7. JDK. Java 開發環境. 7.0.250. Eclipse IDE. 開發工具. 3.9.0. ADT. Android 擴充套件. 22.3.0. Android Platform. Android 程式平台. 4.4.2. Android API. Android程式開發套件. 33. 19.

(47) 表 4.2 Server 端架設環境. 名稱. 作業系統. Windows7. Apache. 2.2.17. PHP. 5.2.17. MySQL. 5.0.51a. 34.

(48) 4.2使用者操作方法此小節將說明系統的操作流程，包括建立巡邏點位、巡邏、緊急通報及後端介面操作，並以使用者案例圖、使用者循序圖、使用者操作流程圖的方式加以輔助，巡邏與安全通報系統概略架構，如圖 4.1。. 圖 4.1 巡邏與安全通報系統概略架構. 35.

(49) 4.2.1 使用者案例圖建立巡邏點的使用者案例圖如圖 4.2 所示，主要功能分為四部分:. 圖 4.2 建立巡邏點使用者案例圖. (1) 建立 NFC 室內標籤若巡邏點建置在室內區域，需有經緯度、地址、選擇室內平面圖、檢查項目、樓層等，建立完畢可直接上傳到後端資料庫。 (2) 建立 NFC 室外標籤若巡邏點建置在室外區域，需有經緯度、地址、檢查項目…等，建立完畢可直接上傳到後端資料庫。 (3) 讀取 NFC 標籤資訊當建立的巡邏點完成時，會將經緯度、地址等資訊放入 NFC 標籤中，可用此功能判斷寫入是否正確。 36.

(50) (4) 上傳本機資料建立室內外標籤後，可將建立的資訊先存入手機的資料庫中，等到完成所有巡邏點建置時，再透過此功能批次上傳所有建置好的巡邏點資料到後端資料庫。. 而巡邏簽到系統的使用者案例圖則如圖 4.3，其主要功能如下:. 圖 4.3 巡邏簽到使用者案例圖. (1)巡邏員帳號登入巡邏員在開始巡邏前需登入帳號，後端伺服器會依帳號判斷在此時間有屬於此帳號的巡邏任務且帳密正確才予登入。 (2)下載更新本次巡邏任務資料巡邏任務開始前，需將本次巡邏任務所需資料進行下載及更新，包括巡邏點順序、檢查項目、室內圖等資料。. 37.

(51) (3)GPS 及 iBeacon 定位資訊開啟 GPS 定位及 iBeacon 的報位，GPS 每 30 秒固定上傳一次，每 5 秒偵測一次周邊 iBeacon 訊號，若有偵測到 iBeacon 報位訊號，就上傳一次。 (4)以 iBeacon 或 NFC 標籤進行巡邏地點簽到此為巡邏系統最主要的功能，透過偵測到巡邏點 iBeacon 訊號或是感應巡邏點的 NFC 標籤後，代表確實有到此巡邏點進行巡邏。此外，在進行簽到時，還能將巡邏點的異常狀況也即時上傳通報給後端。而若遭遇到無網路的環境，就會將巡邏簽到資料先暫存在手機資料庫，等回到有網路環境時再自動上傳簽到資料。 (5)緊急通報系統在緊急的情況下，可以使用此系統，此系統又分成訊息通報、電話通報、檔案上傳，其中訊息通報可同時發送到 Email、簡訊、後端管理介面，檔案上傳可即時拍照、錄影並將檔案即時上傳至後端管理介面。 (6)巡邏點資料查詢系統中，可藉由透過視覺化的地圖介面或列表介面點選查看所需的巡邏點資料，包含巡邏點的檢查項目、室內圖….等等。. 38.

(52) 圖 4.4 為後端系統使用者案例圖，管理人員可透過伺服器存取後端資料庫，以獲得巡邏記錄、路徑記錄等相關資訊，並針對巡邏員和巡邏任務進行設定。. 圖 4.4 後端系統使用者案例圖. 39.

(53) 4.2.2. 使用者循序圖. 圖 4.5 為建立巡邏點循序圖，使用者在主頁面上選擇要建立巡邏點的類別後，即開始輸入相關資料。當完成設定後感應 NFC 標籤即出現將資料存於手機資料庫或後端資料庫的選項，並依照選項將巡邏點資料存於後端資料庫中。圖 4.5 建立巡邏點循序圖. 圖 4.6 為巡邏員簽到循序圖，巡邏員在巡邏時間先透過帳號驗證登入後，開啟 GPS 定位及 iBeacon 報位功能以利追蹤，接著選擇簽到介面進行巡邏，每完成一個巡邏點的簽到同時，即立刻回傳簽到資料。. 40.

(54) 圖 4.6 巡邏員簽到循序圖. 41.

(55) 後端管理介面的循序圖則如圖 4.7，管理者可查詢巡邏記錄資料、目前巡邏進度或新增巡邏相關項目至資料庫中。圖 4.7 後端管理介面循序圖. 電腦介面UI. 伺服器. 資料庫. 查詢巡邏資料取得查詢資料 {或}. 新增巡邏資料新增巡邏資料. 回傳新增或查詢資料回傳新增或查詢資料. 42.

(56) 4.2.3 使用者操作流程圖巡邏系統的部分可以分為兩個部分，設置巡邏點以及巡邏簽到兩個系統，第一部分，建立巡邏點的操作流程如下圖 4.8，在建立巡邏點時需將資料寫入 NFC 標籤，並分為室內或室外兩種巡邏地點；在設立室內地點標籤時，需先選擇樓層，以方便輸入接下來的室內資訊，將標籤設定完成後，將可選擇將資料直接上傳至後端 Server 或是先儲存在手機資料庫內，存在手機內可在網路收訊不良時先存於手機系統中，而當所有巡邏點都完成設定後，再透過網路將所有巡邏點設置的資料批次上傳。. 圖 4.8 建立巡邏點操作流程圖. 43.

(57) 第二部分為巡邏系統，巡邏系統操作流程圖則如圖 4.9，巡邏員需在巡邏時間內登入帳號密碼確認身分，才能開始進行巡邏。當身份確認正確時，智慧型手機將會抓取後端管理資訊，後端管理會依巡邏員身份判斷目前屬於此巡邏員的本次巡邏任務，並將此巡邏任務的相關資料傳送至手機端，接著，巡邏員可選擇以圖形化介面或列表介面開始巡邏作業。而當到達目標巡邏點時就會接收到巡邏點 iBeacon 訊號主動告知進行簽到，若 iBeacon 失效時也可使用巡邏點的 NFC 標籤來輔助簽到，每簽到完一個巡邏點，將立即回傳簽到內容至後端，使控管中心能了解狀況，簽到任務完成即會在後端呈現巡邏完成訊息，巡邏過程中巡邏員可開啟 GPS 及 iBeacon 定位報位功能，可讓後端得知目前巡邏員位置，而在手機端也會有提示訊息，以讓巡邏員知道目前所在位置將會傳至後端讓管理人員知道，定位報位功能會在背景程式中執行，使管理者在巡邏員開啟定位報位功能時，能夠隨時監控巡邏員位置。. 44.

(58) 圖 4.9 巡邏操作流程圖. 45.

(59) 另外，若在巡邏簽到時遇到緊急狀況時，可使用通報系統進行通報，緊急通報操作流程圖如圖 4.10。. 圖 4.10 緊急通報操作流程圖. 46.

(60) 4.3設置巡邏點功能建立巡邏點系統選單呈現如圖 4.11，清單選項包含了：上傳本機資料庫巡邏點資料、建立 NFC 室內地點標籤、建立 NFC 室外地點標籤、讀取 NFC 標籤訊息以及離開等，讓使用者選擇所要進行的事項。上傳本機資料庫巡邏點資料的選項是在建立完室內外巡邏點之後，可將資料先存於手機本機端，再批次上傳的選項，此作法可以在無網路的情況下先將巡邏點資料存至手機端，等待有網路時再一次上傳，也較每次分別上傳巡邏點資料省時。若在圖 4.11 選擇建立室內巡邏點，則會呈現如圖 4.12。一開始即跳出選單讓使用者選擇一層或是兩層的巡邏點，第一層指的是建築物平面圖，如開南大學至誠樓 A 棟一樓，第二層指的是一樓的某個教室平面圖，使用者可依序填入巡邏資料。. 圖 4.11：主選單. 圖 4.12：室內地點表單介面. 47.

(61) 經緯度及地址方面同樣有地圖視覺畫面幫助使用者進行選擇，本研究以開南大學為例，在開南大學地圖上設置各棟建築物之 Ping 點如圖 4.14，並且將各個建築物標上經緯度，因此設置巡邏點時可以直接點選 Ping 點進行設置，也可直接在搜尋欄打上地址或地點，此功能會以搜尋到的第一筆資料經緯度做為顯示結果，如圖 4.15，另外，也可以使用定位，定位至目前所在位置如圖 4.16，以及更換其他顯示方式如一般圖、混合圖、衛星圖、地形圖等等，如圖 4.17。在設置時也做了完整性的檢驗，若管理人員沒有將資料填寫完整，點選確定按鈕並無法到達下一頁繼續將資訊寫入 Tag 的動作。. 圖 4.13：室內地點資料填寫. 圖 4.14：開南大學各建築物 Ping 點. 48.

(62) 圖 4.15：搜尋地點功能，. 圖 4.16：定位目前所在位置. 圖 4.17 混合圖及地形圖等呈現方式. 49.

(63) 當文字項目填入完成時，可選擇室內設定，接下來可點擊選擇圖檔，選擇巡邏點所需的室內平面圖，如圖 4.18。當選擇室內圖完成時，可以長按螢幕的方式將巡邏點位置放置在平面圖上，如圖 4.19，藍色 NFC 圖案即為選擇放置位置。當設定都完成後，接下來會跳回原本輸入資料的畫面，按確定按鈕，即完成室內設定。. 圖 4.18：選擇室內圖檔. 圖 4.19：將巡邏點位置放置在圖上. 若在圖 4.12 畫面上，選擇二層的選項，則在設定室內圖時須設定兩張室內圖，第一次為設定第一層的室內圖如圖 4.20，選擇的位置並非 NFC 標籤位置，而是成為進入第二層的按鈕位置，在第二次設定室內圖時如圖 4.21，才是 NFC 標籤地點的設置。. 50.

(64) 圖 4.20：第一層的室內圖. 圖 4.21：第二層的室內圖. 設置好平面圖之後可以回到填寫資料的清單中，如圖 4.13，按下確定後，需將資料寫入標籤內如圖 4.22，接著將 NFC 標籤貼緊裝置後會出現寫入 NFC 標籤成功的提示如圖 4.23，接著再選擇將資訊寫入手機資料庫或是直接上傳到後端。. 51.

(65) 圖 4.22 將資訊寫入 NFC 標籤內. 圖 4.23 將資訊新增資料庫或上傳後端. 而在當點選建立室外地點標籤時(圖 4.11)，點入後會進入到如圖 4.24 畫面，接著可填入巡邏點所需資訊。當點擊經緯度選項時，會呈現畫面如圖 4.25，運用視覺化呈現地圖的方式，讓使用者方便輸入經緯度。在設置巡邏位置時，可以搜尋欄直接打入文字搜尋位置，也可短按地圖畫面可使上方呈現經緯度及地址 ; 長按地圖某一點時，則代表使用者選擇此點作為巡邏點，會出現紅色點位告知。. 52.

(66) 圖 4.24：寫入標籤訊息. 圖 4.25：設置巡邏點經緯度. 當填入資料完成時，按下確認按鈕即會跳至將巡邏點資訊寫入 NFC 標籤畫面如圖 4.26，此時即可將含有 NFC 裝置的智慧型手機靠近 NFC 標籤，就會出現寫入 NFC 標籤成功的提示如圖 4.27 圖 4.26：將巡邏點資訊寫入 NFC 標籤. 圖 4.27：將資訊新增資料庫或上傳後端. 53.

(67) 當點選系統主畫面(如圖 4.11)的讀取 NFC 標籤按鈕，在進入後即可對 NFC Tag 進行感應讀取內容，即會看到如圖 4.28 的畫面。此功能主要是能知道 NFC 標籤的內容是否有被正確寫入或得知 NFC 標籤內的位置等資訊。. 圖 4.28：讀取標籤訊息. 54.

(68) 4.4 巡邏簽到功能如圖 4.29 為巡邏功能進入時的主畫面，巡邏員需先登入帳號密碼，帳號密碼是於後端管理系統設定的，系統會回傳至後端資料庫進行比對。當登入系統時需按下更新資料的按鈕，即開始將本次巡邏任務的資料進行下載和更新，並呈現此次巡邏所有的巡邏點。圖 4.29：帳號登入介面. 圖 4.30：登入後畫面. 在進行巡邏前可按下開始定位的按鈕，即會開始進行 GPS 定位及 iBeacon 報位功能並將定位報位資訊即時傳至後端，讓管理人員能即時掌握巡邏員目前位置和巡邏路徑，而巡邏員的地圖上也會顯示自己的目前所在位置如圖 4.31，當巡邏員走到 iBeacon 報位偵測區域時，不僅會把 iBeacon 報位資訊即時傳至後端，在巡邏員畫面上也會提示 iBeacon 報位偵測到的巡邏點或是位置如圖 4.32。若要查詢附近的所有 iBeacon 訊號，可點選畫面的藍芽偵測按鈕如圖 4.33，點選後進入如圖 4.34，在此列出偵測到的 55.

(69) 所有附近 iBeacon 訊號，若該訊號為巡邏點或是路線指引，也會顯示在該訊號項目上面，可由項目中的 RSSI 值大略了解該訊號距離遠近，值越小訊號距離越近，RSSI 值 =100 時大約距離 2 公尺。. 圖 4.31：巡邏員可看目前位置. 圖 4.32：提示報位偵測到的巡邏點或是位置. 56.

(70) 圖 4.33：點選藍芽偵測按鈕. 圖 4.34：提示報位偵測到的巡邏點或是位置. 在巡邏方面，有兩種介面模式可進行選擇，預設是列表介面如圖 4.35，將巡邏點依巡邏順序以表列出，也可透過”轉為圖形”的按鈕，即可轉為圖形介面，以 Google Map 的地圖介面顯示，如圖 4.36。. 57.

(71) 圖 4.35：列表介面模式. 圖 4.36：圖形介面模式. 在使用列表模式進行簽到時，下個目標巡邏點在列表上以不同的顏色告知並在上方有文字說明。可點選列表項目上的任一巡邏點，點選後進入該巡邏點的詳細資訊頁面，會列出巡邏點名稱、檢查項目、巡邏點地址、室外路線指引、標籤室內位置。如圖 4.37 所示，在建立巡邏點時的資料將在此時呈現出來，圖 4.38~圖 4.43 為點選該巡邏點詳細資訊項目後顯示的該巡邏點資訊。. 58.

(72) 圖 4.37：巡邏點內容及資訊顯示. 圖 4.38：顯示巡邏點名稱. 圖 4.39：顯示檢查項目. 59.

(73) 圖 4.40：顯示巡邏點地址. 圖 4.42：顯示第一層室內地圖. 圖 4.41：顯示室外路線指引. 圖 4.43：顯示第二層室內地圖. 60.

(74) 在圖形模式下，則如圖 4.44 所示，藍色標記代表下個需前往巡邏簽到的目標巡邏點，點擊巡邏點標記可顯示此建築物名稱，並且會告知為室內或室外如圖 4.45。. 圖 4.44：下個巡邏點以藍色表示. 圖 4.45：點擊巡邏點出現巡邏點資訊. 接著可以點選巡邏點資訊，可進入觀看資訊，出現該巡邏點詳細資訊頁面如圖 4.46，巡邏點名稱如圖 4.47，檢查項目如圖 4.48，巡邏點地址如圖 4.49。. 61.

(75) 圖 4.46：巡邏點內容及資訊顯示. 圖 4.48：檢查項目. 圖 4.47：巡邏點名稱. 圖 4.49：巡邏點地址. 62.

(76) 當巡邏員到達目標巡邏點如示意圖 4.50，巡邏點的 iBeacon 就會偵測到巡邏員而主動告知巡邏員進行巡邏點簽到並提供檢查項目等資訊如圖 4.51，簽到時系統會要求巡邏員回報該巡邏點有沒有異常。萬一遭遇到該巡邏地點的 iBeacon 因為沒電失效等情況而無法作用時，也可以巡邏點的 NFC 標籤來代替失效的 iBeacon 來輔助簽到。把手機靠近巡邏點 NFC 標籤來感應如示意圖 4.52，就可以進行巡邏點簽到。. 圖 4.50：到達目標巡邏點示意圖. 圖 4.51：告知進行巡邏點簽到. 63.

(77) 圖 4.52：把手機靠近巡邏點 NFC 標籤來感應. 如果感應到的 NFC 標籤並非本次巡邏任務的 NFC 標籤資料時，會提示告知此並非本次巡邏任務的 NFC 標籤，呈現方式如圖 4.53。而若為本次巡邏任務的 NFC 標籤但巡邏簽到順序錯誤時，會提示告知如圖 4.54 且圖形介面以綠色標記告知此巡邏點位置，藍色標記才是目標巡邏點，如圖 4.55。. 64.

(78) 圖 4.53：非巡邏簽到點介面提示. 圖 4.54：巡邏簽到順序錯誤提示. 圖 4.55：以綠色點標示簽到錯誤的巡邏點(藍色點才是目標巡邏點). 65.

(79) 當進行巡邏點簽到選擇有異常狀況的選項時，會跳出圖 4.56，每個巡邏點的異常檢查項目都可個別設定而不相同，巡邏員勾選該巡邏點的異常檢查項目後點選左下角按鈕，就會進入如圖 4.57，可進行異常項目拍照的功能，將異常狀況拍下來後點選確定，即時回報簽到狀況給後端。. 圖 4.56：異常處理. 圖 4.57：異常處理可輸入說明文字及上傳照片. 66.

(80) 上傳完成後會顯示巡邏點"簽到資料上傳完成"並且列表介面的重點綠色會跳到下個目標巡邏點如圖 4.58，圖形介面的藍點也會跳到下個目標巡邏點如圖 4.59。接著可繼續進行下一個巡邏點的簽到作業，而當巡邏完成時，系統會以畫面告知已完成本次巡邏任務。. 圖 4.58：列表介面顯示下個巡邏點. 圖 4.59：圖形介面顯示下個巡邏點. 67.

(81) 在巡邏過程中，如果遇到地下室、電梯等無網路的環境的話，系統會提醒巡邏員如圖 4.60，並且把所有巡邏簽到資料先暫存在手機資料庫，而當到了有網路的環境的畫面時，系統也會提醒巡邏員如圖 4.61，並且自動把暫存在手機資料庫的巡邏簽到資料全部上傳到後端。. 圖 4.60：提示目前為無網路環境. 圖 4.61：提示目前為有網路環境，並自動上傳. 68.

(82) 4.5 巡邏後端管理系統後端的管理系統是以網頁方式呈現，伺服器透過 SQL 語法將資料從後端資料庫取出並以網頁方式呈現出來。後端管理系統主要呈現：. . 巡邏員資料在巡邏員資料介面上，除了能知道每位巡邏員帳號及密碼外，還能在此新增巡邏員帳號密碼，如圖 4.62 圖 4.62 巡邏員資料. . 巡邏點資料巡邏點資料主要是呈現建立巡邏地點時所輸入的資料，如圖 4.63 所示。可在此查看各巡邏點的 NFC 標籤 ID、iBeacon UUID、檢查項目、巡邏點經緯度、 69.

(83) 室內圖檔等巡邏點的詳細資訊。除了顯示各巡邏點資料外，在點擊該巡邏點的檢查項目後，可進入更改該巡邏點的檢查項目頁面如圖 4.64，可動態更改任一巡邏點的檢查項目。而在點擊巡邏點名稱時，會在 Google Map 上呈現巡邏點位置如圖 4.65。圖 4.63：巡邏點資料. 圖 4.64：更改該巡邏點的檢查項目. 70.

(84) 圖 4.65：在 Google Map 上呈現巡邏點位置. . 巡邏路線巡邏路線除了可顯示巡邏經過的巡邏點及資訊外，還可新增巡邏路線，如圖 4.66，. 點擊路線可看到詳細資訊，如圖 4.67。圖 4.66：巡邏路線. 71.

(85) 圖 4.67：巡邏路線詳細資訊. . 巡邏任務在巡邏任務的項目中，依時間列出過去及目前已完成及未完成的巡邏任務，以方便管理人員追蹤，如圖 4.68，可在此新增巡邏任務。. 圖 4.68：巡邏任務資訊. 72.

(86) . 巡邏記錄巡邏記錄以列表方式列出每個任務的各個巡邏點記錄，圖 4.69 為示範其中一個巡邏任務。巡邏記錄將是否簽到、簽到時間、異常內容及現場相片呈現在網頁上，管理人員能夠一目瞭然。圖 4.69：巡邏記錄. . 巡邏路徑記錄巡邏路徑記錄則是顯示點選的該巡邏任務中，巡邏員所走過的巡邏路徑如圖 4.70，透過巡邏員開啟定位，每隔固定時間及回傳定位資訊到後端，而此頁面也每隔一分鐘即更新一次，讓管理人員能即時掌握巡邏員目前位置及路徑記錄，圖 4.為其畫面呈現，圖中的標記代表巡邏員走過的路徑，紅色標記代表 GPS 定位的路徑紀錄，藍色標記代表 iBeacon 報位所偵測到的路徑紀錄，綠色標記代表到達巡邏點簽到的記錄。把滑鼠游標放在這些標記上面，就會顯示巡邏員到達該標記地點的時間資訊。。. 73.

(87) 圖 4.70. 巡邏路徑記錄. 74.

(88) 4.6 緊急安全通報系統初次進入此系統時，可至簡訊模組APP先設定好通報時收件的Email、輸入信箱密碼及後端資料庫位置，如圖4.71。. 圖 4.71：基本資料設定. 在巡邏系統介面中，點選通報系統按鈕如圖4.72，進入後通報系統主畫面如圖4.73，需要先設定基本資料如圖4.74設定基本資料，包含姓名、年齡、緊急聯絡人電話、性別。. 75.

(89) 圖4.72：點選通報系統按鈕. 圖4.73：通報系統主畫面. 圖 4.74：基本資料設定. 76.

(90) 4.6.1 訊息通報要進行訊息通報時，可先感應附近的 NFC 標籤，取得精準地點位置(沒有 NFC 標籤也沒關係，但之後位置就需自己描述)，感應完 NFC 標籤會出現提示如圖 4.75，再點選訊息通報按鈕如圖 4.76。. 圖 4.75：感應 NFC 標籤，取得精準地點位置. 圖 4.76：點選訊息通報按鈕. 點選進入後可以選擇報案類型，如偷竊、滋事、搶劫、交通事故等，如圖 4.77。選擇某一通報類型如挾持，點選後系統會自動載入原先資料設定之訊息，地點的部份也會載入剛剛感應的 NFC 標籤的精準經緯度座標及位置描述，此時使用者需再填寫備註即可如圖 4.78(若剛剛沒感應 NFC 標籤則需自行填寫地點描述)。. 77.

(91) 圖 4.77：選擇報案類型. 圖 4.78：只需填寫備註即可. 接下來按確定發送按鈕，即可將訊息發送至 Email、管理後端網頁以及簡訊發送。發送之通報簡訊內容格式標頭會加入通報系統用之識別碼”#ER”，每筆資料中間利用分隔符號”@”將資料分開，以作為簡訊接收系統判斷各個欄位的資料。收到簡訊狀況如下如圖 4.79，後端管理介面收到資料如圖 4.80，收到 Email 通知如圖 4.81。圖 4.79：收到報案簡訊. 78.

(92) 圖 4.80：後端管理介面收到資料. 圖 4.81：收到 Email 通知. 79.