基于android的移動終端gps測量系統(tǒng)的設計與開發(fā)(發(fā)表)

1、<p>　　基于Android的移動終端GPS測量系統(tǒng)的設計與開發(fā)</p><p>　　秦超，姜良君，蔡永香</p><p>　　（長江大學地球科學學院，湖北 荊州，434023）</p><p>　　摘 要：本文針對手機GPS功能進行移動應用開發(fā)，設計并實現(xiàn)了基于Android平臺的移動終端GPS測量系統(tǒng)。在分析學生野外測量實習需求的基礎上，對系統(tǒng)進行

2、了功能模塊劃分；在系統(tǒng)的程序模塊詳細設計中，著重探討了數(shù)據(jù)庫的設計與地塊長度/面積計算方法。測試結果表明，該系統(tǒng)已能替代GPS手持終端，滿足野外測量實習的需要。</p><p>　　關鍵詞：Android；移動終端；GPS測量</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　第三代移動通訊(3G)技術為移動終端用戶帶來了更快的

3、數(shù)據(jù)傳輸率,也為電信網(wǎng)絡與計算機網(wǎng)絡的融合提供了支持。隨著3G網(wǎng)絡的使用,移動終端不僅是通訊網(wǎng)絡的終端,也將成為互聯(lián)網(wǎng)的終端[1]。因此,移動終端的應用和需要的服務將會有很大的發(fā)展空間。Google于2007年11月5日推出了基于Linux平臺的移動終端系統(tǒng)軟件平臺——Android，該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應用軟件組成，是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件[2]，并融合了GPS技術,支持GPS的應用開發(fā)。<

4、/p><p>　　GPS的出現(xiàn)為測量技術帶來了一場深刻的技術革命。利用GPS的定位功能,對于任何點狀、線狀、面狀地物，都可以通過GPS的定位功能獲取其地理坐標數(shù)據(jù)，通過地圖投影方法，可計算出線狀地物的長度，面狀地物的面積等。以前學生野外測量實習時，常用的是手持GPS，這是一種專用的測量設備，需要專門購置和攜帶。而隨著智能手機的發(fā)展和普及，學生基本上是人手一部，因此在基于Android平臺的移動終端上開發(fā)GPS測量系統(tǒng)

5、,可使得手機用戶隨時利用手機進行測量定位，操作方便、便于攜帶,具有很強的實用性。</p><p>　　因此，本文利用智能手機自帶的GPS定位功能，通過獲取測量點的地理坐標數(shù)據(jù)，進行點、線、面地物的空間位置測量，通過地圖投影方法，計算出線狀地物的長度或面狀地物的面積及周長，并能夠將結果可視化的顯示在屏幕上。</p><p>　　2 系統(tǒng)功能模塊劃分</p><p>　

6、　野外測量實際上包括獨立點位測量、線狀地物或面狀地物的連續(xù)測量、測量數(shù)據(jù)存儲、查看、顯示與更新、地物面積、長度的計算等。因此，基于Android的GPS測量系統(tǒng)主要功能模塊可以劃分為：獨立點位測量、地物點的動態(tài)定位測量、測量結果顯示與更新、地物面積（或長度）測量。</p><p>　　1）獨立點位測量：測量時對獨立點逐一定位，獲取其地理坐標。其屬性信息，如地物名稱、所屬圖層類型、所屬圖層名稱、測量點位置序號等，可

7、事先在室內輸入系統(tǒng)。</p><p>　　2）地物點的動態(tài)定位測量：在線狀邊界測量時采用，通過設置定位間距（或者定位時間間隔），隨著設備的移動每隔設定的間距（或時間）自動采集一次定位數(shù)據(jù)；而對于開始點、結束點以及轉角點等這些特殊的點位，可通過點擊特殊點定位按鈕定位獲取；用戶單擊停止定位按鈕后，定位過程結束。其相關屬性信息，如地物名稱、所屬圖層類型、所屬圖層名稱等可手工輸入系統(tǒng)。</p><p&

8、gt;　　3）測量結果顯示與更新：測量結果存入數(shù)據(jù)庫后，可按一定條件查詢查看，結果以列表方式，或圖形可視化的方式顯示，列表顯示順序與測量數(shù)據(jù)的創(chuàng)建順序一致；可以向數(shù)據(jù)庫中添加定位數(shù)據(jù)記錄或者從數(shù)據(jù)庫中刪除定位數(shù)據(jù)記錄，并給出更新提示。</p><p>　　4）地物長度（或面積）測量：通過地圖投影方法，將地物經緯度坐標投影為平面坐標，從而計算出線狀地物的長度或者面狀地物的面積及周長，并將結果以對話框的形式反饋給用戶

9、。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)詳細設計</b></p><p>　　整個系統(tǒng)的功能是通過系統(tǒng)主模塊、地物信息輸入模塊、獨立點定位模塊、動態(tài)定位模塊、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查看與更新模塊、面積/長度測量模塊以及圖形顯示等程序模塊來實現(xiàn)（如圖1所示）。</p><p>　　1）系統(tǒng)主模塊是整個系統(tǒng)的入口。它實現(xiàn)的功能包括顯示程序主界面、打開/創(chuàng)建

10、數(shù)據(jù)庫、查看所有圖層、刪除數(shù)據(jù)庫，查看幫助信息，該模塊基于類Welcome來實現(xiàn)。</p><p>　　2）地物信息輸入模塊負責地物屬性信息的輸入，同時打開獨立點定位模塊、動態(tài)定位模塊和增加測量點模塊，該模塊基于類InputObject來實現(xiàn)。</p><p>　　圖1 系統(tǒng)程序模塊圖</p><p>　　3）系統(tǒng)設計了一個數(shù)據(jù)存儲模塊來管理定位數(shù)據(jù)，它負責創(chuàng)建和

11、打開存放定位數(shù)據(jù)的存儲系統(tǒng)，并向其它模塊提供數(shù)據(jù)訪問接口。該模塊基于類DataStorage來實現(xiàn)。</p><p>　　4）獨立點定位模塊，獲取獨立點的GPS絕對定位數(shù)據(jù)，從中提取經、緯度，并將定位數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫。該模塊基于類StLocate來實現(xiàn)。</p><p>　　5）動態(tài)定位模塊，完成地塊邊界的連續(xù)測量和特殊點位的定點測量。用戶可以選擇動態(tài)顯示測量點經緯度或動態(tài)顯示地物地理位置

12、來進行動態(tài)定位。定位開始后，當GPS設備每移動用戶所設的距離（或時間），該模塊就會自動獲取所在點的經緯度并將其加入到對應地物；同時，用戶可根據(jù)需要在特殊點位處點擊按鈕獲取其地理數(shù)據(jù)；最后將該地物保存至數(shù)據(jù)庫。動態(tài)定位模塊基于類DyLocate或DyShowMap來實現(xiàn)。</p><p>　　6）數(shù)據(jù)查看模塊，根據(jù)圖層名稱、地物名稱等在數(shù)據(jù)庫中查詢記錄，并以順序列表的方式顯示給用戶。該模塊基于類ListLayer、

13、ListObject和ListPoint來實現(xiàn)。</p><p>　　7）圖形顯示模塊，對查看的地物以可視化的方式顯示其地理分布特征。該模塊基于類ShowMap來實現(xiàn)。</p><p>　　8) 面積/長度測量模塊，對查看的地物計算長度和面積。該模塊基于類ListObject實現(xiàn)。</p><p>　　9）數(shù)據(jù)更新模塊，對查看地物進行數(shù)據(jù)添加或者某些數(shù)據(jù)的刪除。該模

14、塊是由類AddPoint及其他部分來實現(xiàn)的。</p><p>　　整個系統(tǒng)程序模塊的詳細設計中，數(shù)據(jù)庫的設計和長度/面積計算方法設計是最關鍵的部分，下面對這兩個部分進行詳細說明。</p><p><b>　　3.1 數(shù)據(jù)庫設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用的是Android平臺集成的嵌入式關系型數(shù)據(jù)庫——SQLite數(shù)據(jù)庫，這是一款輕

15、型的數(shù)據(jù)庫，其設計目標是嵌入式應用，目前已在很多嵌入式產品中使用。它占用資源非常的低，在嵌入式設備中，只需要幾百K的內存，支持Windows/Linux /Unix等主流的操作系統(tǒng)，同時能夠與很多程序語言相結合。和Mysql、PostgreSQL這兩款世界著名的開源數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相比，它的處理速度比他們都快[3]。</p><p>　　在本數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了三個表Layer、Object和Point，分別用來存儲圖層

16、記錄、地物記錄和測量點記錄。表Layer與表Object通過字段layer_name連接，一個圖層由一個或多個對應類型的地物組成；表Object與表Point通過字段object_name連接，一個地物由一個或多個測量點組成。他們的結構分別如表1、表2、表3所示(表中粗體標識字段為該表的主鍵)：</p><p>　　表1 表Layer的結構</p><p>　　表2 表Object的結

17、構</p><p>　　表3 表Point的結構</p><p>　　如下圖2所示，本系統(tǒng)抽象出地物類MyObject，據(jù)此派生出點狀地物類PntObject、線狀地物類LObject和面狀地物類AObject。MyPoint是由經緯度及其它屬性組成的類，三種地物均由一個或多個MyPoint對象組成。數(shù)據(jù)庫方法只須將抽象地物類對象的引用作為參數(shù)，便可對不同地物進行統(tǒng)一操作，這樣減少了數(shù)據(jù)

18、庫接口方法中參數(shù)的個數(shù)，其它模塊調用數(shù)據(jù)庫方法就變得非常簡單，在一定程度上屏蔽了數(shù)據(jù)庫的復雜性，也便于日后維護。抽象地物類還可以用于其它模塊。</p><p>　　圖2 數(shù)據(jù)操作結構圖</p><p>　　本數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點在于改進了數(shù)據(jù)存儲方式，數(shù)據(jù)庫不直接操作測量點，只對完整的地物進行操作，避免了對數(shù)據(jù)的頻繁讀寫，也在一定程度上保證了數(shù)據(jù)的完整性。</p><p>

19、;　　3.2 長度/面積測量實現(xiàn)原理</p><p>　　1）利用地圖投影，球面坐標向平面坐標轉化</p><p>　　通過測量，獲得的地物地理數(shù)據(jù)，是球面坐標下的經緯度值，如果要計算其面積或長度，必須在平面坐標下進行。因此，首先要對測量點的坐標進行投影轉換。</p><p>　　地圖投影采用高斯-克呂格投影，為了減小誤差，將投影的中央經線放置在測量區(qū)塊的中間位置，

20、即計算出該區(qū)塊所有測量點經度的平均值，作為投影的縱坐標，赤道投影為橫坐標構建高斯平面。然后重新遍歷一次該地物的所有測量點，利用高斯投影公式將它們的經緯度轉化為平面上的坐標[4]。高斯—克呂格正射投影優(yōu)化公式如下[5]：</p><p>　　X=6367452.1328B-(P0-(0.5+(P4+P6L2)L2)L2N)sinB （1）</p><p&

21、gt;　　Y=(1+(P3+P5L2)L2)LN² （2） </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　N=(6399596.652-(21565.045-(108.996-0.603cos2B)cos2B)cos2B)cosB （3）&

22、lt;/p><p>　　P0=(32144.5189-(135.3646-0.7034cos2B)cos2B)cosB （4）</p><p>　　P3=(0.3333333+0.0011233cos2B)cos2B-0.1666667 （5）</p><p>　　P4=(0.25+0.00253

23、cos2B)cos2B-0.04167 （6）</p><p>　　P5=0.00878-(0.1702-0.20382cos2B)cos2B （7）</p><p>　　P6=cos2B(0.167cos2B-0.083)

24、 （8）</p><p>　　其中，B為測量點的緯度，L為測量點的經度距中央經線的經差，單位均為弧度。</p><p><b>　　2）長度/面積計算</b></p><p>　　在已知折線各拐點坐標的情況下，可用如下公式快速的求出折線的長度</p><p>　　L=

25、 （9） </p><p>　　地塊面積的計算采用梯形面積累加法。其基本思想是在平面直角坐標系中，按多邊形頂點順序依次求出多邊形所有邊與X軸(或Y軸)組成的梯形面積，然后求其代數(shù)和，這個代數(shù)和即為多邊形面積。例如，對五邊形（如右圖3所示），其面積計算公式為：</p><p>　　圖3 五邊形（阮志成，1978）</p><p>

26、　　S= ((Xi+1-Xi)(Yi+1+Yi))+ (X5-X1)(Y5+Y1) （10）</p><p>　　同理，對于任意多邊形，假設有n個頂點(Xi，Yi)，則該多邊形的面積求算公式為：</p><p>　　S= ((Xi+1-Xi)(Yi+1+Yi))+ (Xn-X1)(Yn+Y1)

27、 （11）</p><p>　　該公式適合各類不規(guī)則多邊形的面積計算。計算出的多邊形面積即為該地塊的面積。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)實現(xiàn)</b></p><p>　　本系統(tǒng)是在Java Development Kit (JDK)v6.0，Android SDK 1.0r2以上，在Eclipse 集成開發(fā)環(huán)境中開發(fā)實現(xiàn)的。本系統(tǒng)

28、的功能已經基本實現(xiàn)，并初步通過了測試。圖4是顯示我校14教前草坪面積及長度的界面，圖5是足球場地理位置分布圖。</p><p>　　圖4 草坪面積及長度顯示結果 圖5 足球場地理位置分布</p><p>　　在系統(tǒng)測試過程中，我們與手持GPS進行了測量對比。對同一區(qū)塊，我們同時采用手持GPS和Android手機進行測量，發(fā)現(xiàn)除了手持GPS尋星速度較手機

29、稍快以外，定位精度、長度/面積測量兩者大體一致。手持GPS尋星速度較手機稍快，可能是由于其內置較大功率天線的原因。</p><p><b>　　5結論</b></p><p>　　本文針對手機上的GPS功能進行移動應用開發(fā)，設計并實現(xiàn)了基于Android平臺的移動終端GPS測量系統(tǒng)。在分析野外測量實習需求的基礎上，對系統(tǒng)的功能模塊進行了劃分；在系統(tǒng)的程序模塊詳細設計中

30、，著重討論了數(shù)據(jù)庫的設計與地塊長度/面積計算方法。最后對本系統(tǒng)與手持GPS進行了測量對比，測試結果表明，該系統(tǒng)已能替代GPS手持終端，完全能滿足野外測量實習的需要，在手機普及的情況下，野外測量無需再專門購置設備，使用成本大大降低，且攜帶方便，可隨時進行野外作業(yè)。因此，本系統(tǒng)有著廣闊的應用前景。</p><p>　　本系統(tǒng)下一步計劃要擴展的功能是:</p><p>　　1)測量數(shù)據(jù)輸出并能上

31、載添加到GIS系統(tǒng)中更新已有的GIS數(shù)據(jù)；</p><p>　　2)將預編輯好的文本文件形式的屬性數(shù)據(jù)讀入程序，實現(xiàn)測量地物屬性數(shù)據(jù)的批量錄入。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王紫瑤，南俊杰，段紫輝等. SOA核心技術及應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社. 2008:1-15.</p>

32、<p>　　[2] http://baike.baidu.com/view/1241829.htm?fr=ala0_1_1 </p><p>　　[3] http://baike.baidu.com/view/19310.htm </p><p>　　[4] 公磊. 基于Android的GPS測量系統(tǒng)開發(fā)[D]. 南昌大學碩士學位論文.2008.</p><p

33、>　　[5] 沈永年，孔慶喻. 1980西安坐標系快速高斯投影計算公[J]. 冶金測繪1994，3(2):38.</p><p>　　[6] 阮志成. 解析法計算多邊形面積的改進[J]. 測繪通報. 1978(06):45.</p><p>　　The Design and Development of GPS Survey System Base on Android Platfo

34、rm</p><p>　　Qin Chao, Jiang LiangJun Cai YongXiang</p><p>　　(School of Geoscience,Yangtze University, Jingzhou 434023, China)</p><p>　　Abstract: In this paper, the mobile terminal

35、GPS survey system based on android platform is designed and realized. The system functional modules are designed according to the analysis of student demands in field surveying practice, it focuses on the design of the d

36、atabase and the method of block length / area calculation in the detailed design of system program modules. The result shows that the system has been able to substitute for GPS handset, and it can meet the needs of field