基于移動終端與Google Map的定位系統(tǒng)

摘 要：在快速發(fā)展的移動互聯(lián)網時代，在情景智能感知技術中，用戶的位置信息具有重要意義，本文在調研的基礎上首先介紹了LBS（基于位置服務）的定義，行業(yè)現(xiàn)狀，整體產業(yè)鏈和研究意義的基礎上，設計實現(xiàn)了基于移動終端與Google Map的定位監(jiān)控系統(tǒng)，為相關的情景判別中的定位監(jiān)控實現(xiàn)奠定了基礎。

關鍵詞：情景感知；LBS；基于位置服務；Google Map

中圖分類號：P231

隨著3G業(yè)務進入快速發(fā)展期，公共WIFI熱點進一步鋪開，智能手機大量普及，移動互聯(lián)網進入了一個長足發(fā)展期，基于位置服務的應用越發(fā)普及?；谖恢玫姆眨峭ㄟ^電信移動運營商的無線電通訊網絡（如GSM網，CDMA網）或外部定位方式（如GPS）獲取移動終端用戶的位置信息（地理坐標），在GIS（地理信息系統(tǒng)）平臺的支持下，為用戶提供相應服務的一種增值業(yè)務。

LBS應用眾多，可以分為以下三大類：（1）公共安全類LBS應用：（2）消費服務類LBS應用；（3）企業(yè)類LBS服務。

通過對LBS服務體系以及各項數(shù)據(jù)和行業(yè)標準的研究，制定，不僅可以使傳統(tǒng)的定位技術研究，專業(yè)的地理信息系統(tǒng)研究，公用或者專用基于位置的服務開發(fā)連成一體，而且可以使物聯(lián)網中任何設備，物品的實時位置獲取成為可能，方便物聯(lián)網中一系列核心服務的開發(fā)。通過研究開發(fā)這樣一款定位系統(tǒng)，可以很好的提高團隊對于定位技術的深入掌握，同時成為我們進一步開發(fā)情景感知系統(tǒng)的基礎保障。

眾所周知，智能情景感知系統(tǒng)的目的是試圖利用人機交互或傳感器提供給計算設備關于人和設備環(huán)境等情景信息，并讓計算設備給出相應的反應。我們認為，情景感知的目的是試圖利用人機交互或傳感器提供給計算設備關于人和設備環(huán)境等情景信息，并讓計算設備給出相應的反應。

通過筆者前期的研究，我們研究的《基于校園情景的智能感知系統(tǒng)》的判別精確性及基礎判別信息均有很大程度上取決于定位系統(tǒng)。由此我們決心致力于定位系統(tǒng)的研究開發(fā)，全面深入了解定位原理，力求研發(fā)一款性能及簡便性完全符合我們的情景感知系統(tǒng)開發(fā)研究。

1 定位技術研究

在LBS的整個產業(yè)和技術體系中，定位技術都是最重要的一個先決條件，本章對LBS所涉及到的GPS定位，網絡定位，混合定位三種方式及其各自包含的定位技術進行詳細解釋，并給予性能評估比較。

1.1 定位技術分類

從技術實現(xiàn)上看，定位服務可以分為不同類別，包括通過移動終端定位，通過移動運營商的基站實現(xiàn)網絡定位，以及兩種方式混合定位。

1.2 基于終端的定位技術原理

GPS定位原理：GPS定位的技術基礎是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由美國建成并正式使用，最初以軍事應用為目的最終發(fā)展為民用，商用結合的高精度的，全天候，全球性的無線導航定位，定時的多功能系統(tǒng)。

圖1 GPS衛(wèi)星定位計算

通過計算，解出4個方程，即可得到定位數(shù)據(jù)。

1.3 基于網絡的定位技術原理

（1）小區(qū)定位原理：小區(qū)定位技術就是常說的Cell-ID技術，它以移動通信的基站所覆蓋的蜂窩小區(qū)作為定位基礎單元，移動終端獲取其當前接入網絡所在的小區(qū)基站的基站標識，然后轉為當前地理位置信息標識，從而完成定位。

（2）到達角度定位原理：通過輔助或升級設備增強基站的信號，手機發(fā)出信號，就可以同時被幾個基站接收，根據(jù)到達不同基站的信號角度就可以引出幾條不同的射線，射線交點即是終端的當前位置。

（3）到達時間定位：到達時間定位技術，即LBS定位中的TOA技術。TOA技術獲取終端的位置信息，主要是通過計算終端信號到達多基站的相互傳播時間之差。該定位技術具體實現(xiàn)步驟為：首先，終端發(fā)出特定信號，多個位置測量設備可以先后接收到該信號。然后，各位置測量單元得到信號到達時的絕對GPS時間后，經過計算可以得到信號接收的相對時間差。根據(jù)前兩步信息，移動定位服務中心進行兩兩比較，計算突發(fā)信號到達時間差，得出精確位置。

1.4 混合定位技術原理

（1）輔助GPS定位技術：輔助GPS定位就是常說的A-GPS定位技術。它是目前應用最廣的移動終端定位技術。這種技術將純GPS定位過程分離，通過網絡存儲GPS信息，包括時間、移動通信終端位置和GPS數(shù)據(jù)。A-GPS的基本原理是建立一個GPS參考網絡，該網絡通過服務器與無線網絡相連，根據(jù)移動終端定位請求確定所在小區(qū)上空的GPS衛(wèi)星。

（2）GPSOne定位技術：GPSOne是SnaTrack/Qualcomm公司開發(fā)的定位技術，采用Client/Server方式。它將三種定位技術（網絡輔助GPS，小區(qū)定位和高級前向鏈路三角定位法AFLT）結合起來實現(xiàn)高精度和高可用性的定位。在無線基站較少的地方，A-GPS服務可以正常使用，完成定位，而在室內，橋下等GPS受影響的地方，無線基站一般覆蓋良好，可以完成網絡定位。如果兩種定位技術都無法正常定位時，還可以使用CCLL-ID定位，從而保證系統(tǒng)可用。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

圖2 數(shù)據(jù)采集端流程圖

2.1 獲取服務器IP地址

位置采集端采用Socket與PC端連接從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所以android端獲取到服務器IP地址是定位系統(tǒng)開始獲取位置之前的第一步。系統(tǒng)第一個界面是登錄服務器對話框，在硬編碼服務器端口號的基礎上，要求輸入服務器IP地址

實現(xiàn)思路：Android采用基于Activity的編程方式，每一個Activity即為屏幕上的一屏，需要書寫獨立的布局文件和程序邏輯代碼，Activity之間通過Intent傳輸數(shù)據(jù)。當用戶輸入PC端IP地址，點擊登錄按鈕，則系統(tǒng)獲取IP地址并以Intent形式傳入下一個Activity，當點擊取消按鈕時，程序直接退出，不保存對話框中IP地址數(shù)據(jù).

2.2 獲取并顯示定位數(shù)據(jù)

每次點擊發(fā)送實時GPS數(shù)據(jù)按鈕，系統(tǒng)即獲取一次GPS數(shù)據(jù)，并通過Socket連接發(fā)送到PC端，由PC端程序接收并保存到文件中。傳輸完畢，則socket連接釋放資源。每次服務器端只有在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時才建立Socket連接，發(fā)送完畢隨即拆除連接，降低了資源損耗和連接中斷導致程序中斷的可能性。

每次點擊獲取GPS信息，則系統(tǒng)取到LocationManager實例對象，優(yōu)先選用GPS定位方式獲取一次位置，當GPS定位不可用時才選擇網絡定位方式，獲取到Location對象，再從Location對象獲取到經緯度，海拔高度，速度，方向等一系列詳細位置信息。

2.3 定位數(shù)據(jù)格式

每次定位采集到的數(shù)據(jù)為Location對象，Location對象包含了一系列如經緯度，海拔，速度等詳細信息，由于Google Map是根據(jù)經緯度確定位置，在不同縮放級別和不同的地圖模式中顯示位置，所以結合Google Map的位置格式，實際傳輸?shù)絇C端的數(shù)據(jù)格式采用經緯度數(shù)值對的格式（經度，緯度），經緯度均精確到小數(shù)點后14位（單位為度）。

2.4 拍照并發(fā)送

當用戶在第二個Activity中點擊拍照并發(fā)送即進入第三個Activity，由于要自定義圖片精度及壓縮格式，所以沒有采用Intent調用系統(tǒng)照相機的方法，而是采用自定義拍照程序。

2.5 圖片格式

由于3G網絡帶寬依然有限，為了優(yōu)化圖片格式，降低傳輸延遲，所以采用了JPEG作為圖片格式，在相機初始化時通過設置相機的各項參數(shù)，使圖片盡量變小，便于傳輸。

（1）定位監(jiān)控端邏輯處理層設計

監(jiān)控端邏輯處理層即為監(jiān)控端服務器程序，主要負責與移動終端建立Socket連接，接收并保存圖片和GPS數(shù)據(jù)，為表示層提供直接數(shù)據(jù)，相當于數(shù)據(jù)中轉的作用，其功能流程圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)控端邏輯層流程圖

（2）定位監(jiān)控端顯示層設計

PC端接收和保存GPS和圖片數(shù)據(jù)后，顯示層即可在Google 地圖上顯示插入了的用戶位置和基于位置的圖片。顯示層由Eclipse RCP的Browser組件完成。監(jiān)控端程序運行時，首先載入自定義的template.html文件，該網頁文件中引入了谷歌地圖，初始運行效果如圖4所示。當android終端向監(jiān)控端發(fā)送圖片和位置數(shù)據(jù)時，監(jiān)控端服務器線程負責接收并保存位置和圖片信息，同時構建google.maps.Marker對象供顯示層程序調用，顯示層程序接收到新的Marker對象后，則通過Browser.execute（String script）方法執(zhí)行指定的腳本，向地圖中添加新的用戶標記，并為附有圖片的Marker設置監(jiān)聽器，加上彈出的InfoWindow，當用戶點擊地圖上該處的Marker標記時，即可彈出該處的拍攝圖片。

圖4 監(jiān)控端初始運行界面

3 結束語

通過考察現(xiàn)有LBS常見應用如百度地圖，Google地圖等，基于遠程定位和監(jiān)控的需求，完成了一個基于移動終端與Google Map的遠程定位監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)的特色之處表現(xiàn)在以下兩點。

（1）地理與圖片桌面標注：Google地圖提供了開放式接口，基于Google地圖的web應用很多，但是java版的桌面地圖及相關應用并不多。本系統(tǒng)除了將移動終端的地理信息作為地圖上自定義的標注融入到地圖中，還將實時獲取的圖片也作為標注的附加信息融入到了地圖中。整體顯示在桌面程序界面上。

（2）動態(tài)顯示與軌跡標示：由于現(xiàn)實中移動終端用戶處于運動中，實時位置在變化，所以遠程監(jiān)控系統(tǒng)也應該動態(tài)變化，而不是靜止等待刷新。本系統(tǒng)利用SWT中Browser組件良好的腳本控制能力，采用java代碼觸發(fā)地圖中的javascript函數(shù)，從而實現(xiàn)地圖中數(shù)據(jù)的動態(tài)更新，并采用折線將標記點連接為運動軌跡，從而反映移動終端的實際移動。

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作者簡介：李鑫（1992.06-），男，云南昆明人，本科，研究方向：交通信息工程控制、物聯(lián)網、安卓系統(tǒng)應用開發(fā)；張永瀚（1991.07-），男，北京人，研究生，研究方向：智能信息處理、安卓系統(tǒng)應用開發(fā)；孟丹（1989.06-），女，福建福州人，研究生，主要從事物聯(lián)網，計算機科學與技術，智能情景感知等研究；王建新（1969.12-），男，教授，研究方向：雷達信號處理、通信信號處理；魯鳴鳴（1978.02-），男，副教授，研究方向：壓縮感知、無線定位、情景計算、泛群感知、車聯(lián)網。

作者單位：中南大學，信息科學與工程學院，長沙 410012；中國農業(yè)大學信息與電氣學院，北京 100083