校正數(shù)據(jù)庫模式在手機定位系統(tǒng)中的實現(xiàn)*

陳鯉文,鄒復民,張方舟

（福建工程學院 福建省汽車電子與電驅(qū)動技術重點實驗室，福建 福州350108）

移動定位技術已成為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)能否進一步順利發(fā)展的關鍵問題?，F(xiàn)在應用較廣泛的是GPS技術。這種方式要求與交通中心定時通信才能獲得實時的交通數(shù)據(jù)。但其工作過程中卻極易受到工作條件、信號傳播途徑、地圖偏移等多種因素的影響[1]。目前，隨著3G應用的不斷普及，未來的手機將向功能更強、速度更快、形狀更輕薄和小巧的方向發(fā)展，并擁有高速數(shù)據(jù)通信和無線上網(wǎng)的功能，手機導航市場出現(xiàn)爆發(fā)式增長的契機，它開始擴展到人們生活的各個領域，相比GPS技術,基于手機蜂窩移動定位技術的采集技術無需任何巨額安裝與維護費用,獲取手機的定位數(shù)據(jù)相對較容易，但基站定位的精度不如GPS[2]。因此，影響定位技術應用的關鍵是定位頻率、定位精度、地圖匹配和手機的覆蓋率[3]。

本設計通過手機定時采集位置等信息，再借助移動蜂窩通信傳送至服務器，服務器會根據(jù)有無GPS信號來判斷是否自動切換到基站定位，并針對地圖偏移問題，提出校正數(shù)據(jù)庫模式，對位置進行算法校正以達到更高精度的定位，是一種高精度、高效率的位置信息采集處理方案。

1 系統(tǒng)整體架構

手機操作系統(tǒng)采用Windows Mobile,該系統(tǒng)是Microsoft用于Pocket PC和Smartphone的軟件平臺。Windows Mobile將熟悉的Windows桌面擴展到了個人設備中。Windows Mobile是微軟為手持設備推出的 “移動版Windows”。其主要特點包括:硬件指標合理、軟件支持強大、支持硬件擴展、娛樂功能強大、網(wǎng)絡接口豐富及簡單易上手[4]。系統(tǒng)整體架構如圖1所示。

手機終端定期采集其用戶編號、位置、速度、方向、時間和基站編號信息，并通過移動蜂窩通信等技術傳送到服務器，服務器將用戶周期性上報的信息存入歷史記錄數(shù)據(jù)庫，根據(jù)用戶上傳的數(shù)據(jù)，在GPS無信號情況下改為基站方式來定位用戶當前的位置，并可實時監(jiān)控用戶當前所處位置[5]。

1.1 終端程序功能框圖

用戶終端程序如圖2所示，主要包括監(jiān)控設置、參數(shù)設置、窗口設置幾個功能，用戶可根據(jù)自己的實際情況和需要設置GPS以及網(wǎng)絡的參數(shù)，并選擇被監(jiān)控或者不被監(jiān)控，也可按照實際需求將該程序以最小化的方式隱藏，或者后臺運行。

1.2 服務器數(shù)據(jù)處理程序

服務器數(shù)據(jù)處理程序如圖3所示，主要包括地圖顯示、數(shù)據(jù)處理、通信程序幾個功能，為達到更好的定位精度對經(jīng)緯度進行了校正，程序中允許用戶在服務器方實時監(jiān)控終端所處的位置[6]。

2 谷歌地圖經(jīng)緯度校正

受一些政策法規(guī)的限制，Google電子地圖必需加上偏移。其實，不僅是谷歌地圖，所有國內(nèi)地圖公司的產(chǎn)品也都是要加上偏移。各公司在自己的客戶端上再加上修正算法，從而保證使用其產(chǎn)品不會產(chǎn)生偏移。本設計提出一種通過校正數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)經(jīng)緯度校正的方法，該方法可以很好地對經(jīng)緯度進行校正，是一種切實可行的經(jīng)緯度校正方法。

2.1 基站坐標校正

圖4為基站坐標校正流程圖，具體包括以下幾個步驟：

(1)獲取基站經(jīng)緯度信息(Lat0,Lng0)，并判斷該經(jīng)緯度與上次經(jīng)緯度相比是否超過校正數(shù)據(jù)庫的最小精度Dmax，即校正數(shù)據(jù)庫對經(jīng)緯度坐標的分辨力，本設計使用的是分辨力為0.01°校正數(shù)據(jù)庫,全國的校正數(shù)據(jù)量接近1 000萬條。

(2)如步驟(1)成立,則通過API接口訪問校正數(shù)據(jù)庫，獲取當前位置下的偏移像素點(△X,△Y)，并將偏移像素點轉(zhuǎn)為偏移經(jīng)緯度(△Lat0,△Lng0),偏移經(jīng)度為：

偏移緯度為：△Lat=△X×360÷(256×2zoom)-180 (其中zoom為地圖縮放尺度)。

(3)根據(jù)當前基站經(jīng)緯度(Lat0,Lng0)，當前位置的偏移經(jīng)緯度 (△Lat0,△Lng0)，得到校正后的基站經(jīng)緯度(Lat,Lng)，即

校正后的基站經(jīng)度：Lat=Lat0-△Lat

校正后的基站緯度：Lng=Lng0-△Lng

(4)對基站經(jīng)緯度進行地圖呈現(xiàn)。

2.2 GPS定位校正

圖5為GPS坐標校正流程圖，具體包括以下幾個步驟：

(1)獲取 GPS經(jīng)緯度信息(GLat0,GLng0)，并將其轉(zhuǎn)化為谷歌地圖坐標(GLat1,GLng1)，并判斷該經(jīng)緯度與上次經(jīng)緯度相比是否超過校正數(shù)據(jù)庫的最小精度Dmax。

(2)如果步驟(1)成立,則通過 API接口訪問校正數(shù)據(jù)庫，獲取當前位置下的偏移像素點(△GX,△GY)，并將偏移像素點轉(zhuǎn)為偏移經(jīng)緯度(△GLat,△GLng),偏移經(jīng)度為：

偏移緯度為：

△GLat=△GX×360÷(256×2zoom)-180其中zoom為地圖縮放尺度。

(3)根據(jù)當前 GPS經(jīng)緯度(GLat1,GLng1)，當前位置的偏移經(jīng)緯度(△GLat,△GLng)，得到校正后的GPS經(jīng)緯度(GLat,GLng)，即：

校正后的基站經(jīng)度：GLat=GLat1+△GLat

校正后的基站緯度：GLng=GLng1+△GLng

(4)對GPS經(jīng)緯度進行地圖呈現(xiàn)。

3 實驗結果分析

3.1 GPS定位精度測試

測試方法:選取路口等標志性位置測量其GPS數(shù)據(jù)，并記錄算法校正后的數(shù)據(jù)，與谷歌地圖獲取的位置數(shù)據(jù)比較得出誤差。測試結果如表1所示。

數(shù)據(jù)分析：由測試數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過算法校正后的定位精度有很大程度的提高，可以由之前的數(shù)百米提高到小于5 m。

3.2 基站定位精度測試

測試方法：選取路口等標志性位置測量其GPS數(shù)據(jù)，并記錄算法校正后的數(shù)據(jù),與ARCGIS地圖中的位置數(shù)據(jù)比較得出誤差。結果如表2所示。

數(shù)據(jù)分析：由測試數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過算法校正后的定位精度有很大程度的提高，由之前的數(shù)百米提高到幾十米。

表1 GPS定位精度測試表

表2 基站定位精度測試表

3.3 數(shù)據(jù)流量測試

按照每10 s上傳一個數(shù)據(jù)，連續(xù)運行軟件一定時間，查看手機流量使用情況。具體測試結果如表3所示。

表3 數(shù)據(jù)流量測試表

數(shù)據(jù)分析：按照單次上傳41 B計算，軟件連續(xù)工作30 min理論流量為 41×6×30/1024=7.21 KB，但測試數(shù)據(jù)流量均小于理論值，說明GPRS網(wǎng)絡存在一定的延遲，軟件無法準確地按照每次10 s的速度上傳數(shù)據(jù)。按照測試流量可以估算出該軟件長期運行一個月數(shù)據(jù)流量大概為10 MB，在可接受的范圍內(nèi)。

本設計對軟件功能和數(shù)據(jù)進行了測試，通過功能測試說明軟件已達到設計要求，通過數(shù)據(jù)測試得出該軟件GPS定位精度由之前數(shù)百米提高到小于5 m，基站定位精度由之前數(shù)百米提高到幾十米，誤差在可接受范圍內(nèi)，有效地達到了位置信息采集的效果。同時GPS和基站定位互補的工作模式，能夠提高智能手機定位的穩(wěn)定性。

[1]陸建山,王昌明,宋高順,等.基于卡爾曼濾波的交互式多模型GPS定位方法研究[J].兵工學報,2011,32(6):770-774.

[2]朱鯉,孫亞,胡小文.基于手機定位的動態(tài)行程時間探測[J].計算機工程與應用,2007,43(10):244-248.

[3]孫棣華,陳偉霞.基于手機定位的高速公路事件檢測方法研究[J].公路交通科技,2006,23(2):133-136.

[4]錢恭斌,尹文濤,王文富.基于WM6.0操作系統(tǒng)的智能手機定位監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].電子技術應用，2009，35(12):24-30.

[5]楊飛.基于手機定位的交通OD數(shù)據(jù)獲取技術[J].系統(tǒng)工程， 2007，25(1):42-48.

[6]李錦輝,徐敬海.基于網(wǎng)絡的導航信息服務系統(tǒng)研究[J].測繪科學，2009,31(1):207-209.