基于Android的移動終端GPS測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)發(fā)表

1、基于Android的移動終端GPS測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)中秦超，姜良君，蔡永香（長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北荊州，434023）摘要：本文針對手機(jī)GP劭能進(jìn)行移動應(yīng)用開發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Android平臺的移動終端GPS1S系統(tǒng)。在分析學(xué)生野外測量實(shí)習(xí)需求的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行了功能模塊劃分；在系統(tǒng)的程序模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)中，著重探討了數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與地塊長度/面積計(jì)算方法。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)已能替代GP不持終端，滿足野外測量實(shí)習(xí)的需要。關(guān)鍵詞：Android;移動終端；GPS1I量1引言第三代移動通訊（3G）技術(shù)為移動終端用戶帶來了更快的數(shù)據(jù)傳輸率，也為電信網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的融合提供了支持。隨著3G網(wǎng)

2、絡(luò)的使用，移動終端不僅是通訊網(wǎng)絡(luò)的終端，也將成為互聯(lián)網(wǎng)的終端1。因此，移動終端的應(yīng)用和需要的服務(wù)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(yīng)用軟件組成，是首個(gè)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GP豉術(shù)，支持GPS勺應(yīng)用開發(fā)。GPS勺出現(xiàn)為測量技術(shù)帶來了一場深刻的技術(shù)革命。利用GPS勺定位功能，對于任何點(diǎn)狀、線狀、面狀地物，都可以通過GPS勺定位功能獲取其地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過地圖投影方法，可計(jì)算出線狀地物的長度，面狀地物的面積等。以前學(xué)生野外測量實(shí)習(xí)時(shí)，常用的是手持GP

3、S這是一種專用的測量設(shè)備，需要專門購置和攜帶。而隨著智能手機(jī)的發(fā)展和普及，學(xué)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»系統(tǒng)，可使得手機(jī)用戶隨時(shí)利用手機(jī)進(jìn)行測量定位，操作方便、便于攜帶，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。因此，本文利用智能手機(jī)自帶的GPSt位功能，通過獲取測量點(diǎn)的地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行點(diǎn)、線、面地物的空間位置測量，通過地圖投影方法，計(jì)算出線狀地物的長度或面狀地物的面積及周長，并能夠?qū)⒔Y(jié)果可視化的顯示在屏幕上。2系統(tǒng)功能模塊劃分野外測量實(shí)際上包括獨(dú)立點(diǎn)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(jì)算等。因此，基于Andr

4、oid的GPSKU量系統(tǒng)主要功能模塊可以劃分為：獨(dú)立點(diǎn)位測量、地物點(diǎn)的動態(tài)定位測量、測量結(jié)果顯示與更新、地物面積（或長度）測量。1）獨(dú)立點(diǎn)位測量：測量時(shí)對獨(dú)立點(diǎn)逐一定位，獲取其地理坐標(biāo)。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(diǎn)位置序號等，可事先在室內(nèi)輸入系統(tǒng)。2）地物點(diǎn)的動態(tài)定位測量：在線狀邊界測量時(shí)采用，通過設(shè)置定位間距（或者定位時(shí)間間隔），隨著設(shè)備的移動每隔設(shè)定的間距（或時(shí)間）自動采集一次定位數(shù)據(jù)；而對于開始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)以及轉(zhuǎn)角點(diǎn)等這些特殊的點(diǎn)位，可通過點(diǎn)擊特殊點(diǎn)定位按鈕定*本項(xiàng)目獲長江大學(xué)楚天學(xué)者項(xiàng)目資助位獲??；用戶單擊停止定位按鈕后，定位過程結(jié)束。其相關(guān)屬性信息，如地物

5、名稱、所屬圖層類型、所屬圖層名稱等可手工輸入系統(tǒng)。3）測量結(jié)果顯示與更新：測量結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫后，可按一定條件查詢查看，結(jié)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。4）地物長度（或面積）測量：通過地圖投影方法，將地物經(jīng)緯度坐標(biāo)投影為平面坐標(biāo)，從而計(jì)算出線狀地物的長度或者面狀地物的面積及周長，并將結(jié)果以對話框的形式反饋給用戶。3系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的功能是通過系統(tǒng)主模塊、地物信息輸入模塊、獨(dú)立點(diǎn)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

6、來實(shí)現(xiàn)（如圖1所示）。1）系統(tǒng)主模塊是整個(gè)系統(tǒng)的入口。它實(shí)現(xiàn)的功能包括顯示程序主界面、打開/創(chuàng)建數(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(shí)現(xiàn)。2）地物信息輸入模塊負(fù)責(zé)地物屬性信息的輸入，同時(shí)打開獨(dú)立點(diǎn)定位模塊、動態(tài)定位模塊和增加測量點(diǎn)模塊，該模塊基于類InputObject來實(shí)現(xiàn)。圖1系統(tǒng)程序模塊圖3）系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)數(shù)據(jù)存儲模塊來管理定位數(shù)據(jù)，它負(fù)責(zé)創(chuàng)建和打開存放定位數(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(shí)現(xiàn)。4）獨(dú)立點(diǎn)定位模塊，獲取獨(dú)立點(diǎn)的GPS色對定位數(shù)據(jù)，從中提取經(jīng)、緯度，并將定位數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫。該模塊基于

7、類StLocate來實(shí)現(xiàn)。5）動態(tài)定位模塊，完成地塊邊界的連續(xù)測量和特殊點(diǎn)位的定點(diǎn)測量。用戶可以選擇動態(tài)顯示測量點(diǎn)經(jīng)緯度或動態(tài)顯示地物地理位置來進(jìn)行動態(tài)定位。定位開始后，當(dāng)GP毀備每移動用戶所設(shè)的距離（或時(shí)間），該模塊就會自動獲取所在點(diǎn)的經(jīng)緯度并將其加入到對應(yīng)地物；同時(shí)，用戶可根據(jù)需要在特殊點(diǎn)位處點(diǎn)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DyShowMa瞇實(shí)現(xiàn)。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、ListObject和ListPoint來實(shí)現(xiàn)。7）圖形顯示模塊，對

8、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ShowMa怵實(shí)現(xiàn)。8）面積/長度測量模塊，對查看的地物計(jì)算長度和面積。該模塊基于類ListObject實(shí)現(xiàn)。9）數(shù)據(jù)更新模塊，對查看地物進(jìn)行數(shù)據(jù)添加或者某些數(shù)據(jù)的刪除。該模塊是由類AddPoint及其他部分來實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)系統(tǒng)程序模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和長度/面積計(jì)算方法設(shè)計(jì)是最關(guān)鍵的部分，下面對這兩個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)說明。3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用的是Android平臺集成的嵌入式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫一一SQLite數(shù)據(jù)庫，這是一款輕型的數(shù)據(jù)庫，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是嵌入式應(yīng)用，目前已在很多嵌入式產(chǎn)品中使用。它占用資源非常的低，在嵌入式設(shè)備中，只需要

9、幾百K的內(nèi)存，支持Windows/Linux/Unix等主流的操作系統(tǒng)，同時(shí)能夠與很多程序語言相結(jié)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。在本數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建了三個(gè)表Layer、Object和Point,分別用來存儲圖層記錄、地物記錄和測量點(diǎn)記錄。表Layer與表Object通過字段layer_name連接，一個(gè)圖層由一個(gè)或多個(gè)對應(yīng)類型的地物組成；表Object與表Point通過字段object_name連接，一個(gè)地物由一個(gè)或多個(gè)測量點(diǎn)組成。他們的結(jié)構(gòu)分別如表1、表2、表3所示（表中粗體標(biāo)識字段為該表的主鍵）：線狀地物類LObject

10、和面狀地物類AObject。MyPoint是由經(jīng)緯度及其它屬性組成的類,三種地物均由一個(gè)或多個(gè)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(jìn)行統(tǒng)一操作，這樣減少了數(shù)據(jù)庫接口方法中參數(shù)的個(gè)數(shù)，其它模塊調(diào)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(fù)雜性，也便于日后維護(hù)。抽象地物類還可以用于其它模塊。圖2數(shù)據(jù)操作結(jié)構(gòu)圖本數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點(diǎn)在于改進(jìn)了數(shù)據(jù)存儲方式，數(shù)據(jù)庫不直接操作測量點(diǎn)，只對完整的地物進(jìn)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。3.2長度/面積測量實(shí)現(xiàn)原理1）利用地圖投影，球面坐標(biāo)向平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化通過測量，獲得的地物地

11、理數(shù)據(jù)，是球面坐標(biāo)下的經(jīng)緯度值，如果要計(jì)算其面積或長度，必須在平面坐標(biāo)下進(jìn)行。因此，首先要對測量點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換。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(jīng)線放置在測量區(qū)塊的中間位置，即計(jì)算出該區(qū)塊所有測量點(diǎn)經(jīng)度的平均值，作為投影的縱坐標(biāo)，赤道投影為橫坐標(biāo)構(gòu)建高斯平面。然后重新遍歷一次該地物的所有測量點(diǎn)，利用高斯投影公式將它們的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為平面上的坐標(biāo)4。高斯一克呂格正射投影優(yōu)化公式如下5:X=6367452.1328B-(Po-(0.5+(P4+PgL2)L2)L2N)sinB(1)Y=(1+(P3+P5L2)L2)LN2(2)式中：N=(6399596.652-(215

12、65.045-(108.996-0.603cos2B)cos2B)cos2B)cosB(3)Po=(32144.5189-(135.3646-0.7034cos2B)cos2B)cosB(4)P3=(0.3333333+0.0011233cos2B)cos2B-0.1666667(5)P4=(0.25+0.00253cos2B)cos2B-0.04167(6)P5=0.00878-(0.1702-0.20382cos2B)cos2B(7)P6=cos2B(0.167cos2B-0.083)(8)其中，B為測量點(diǎn)的緯度，L為測量點(diǎn)的經(jīng)度距中央經(jīng)線的經(jīng)差，單位均為弧度。2）長度/面積計(jì)算在已知折線

13、各拐點(diǎn)坐標(biāo)的情況下，可用如下公式快速的求出折線的長度nL=；、,（Xi二Xi）2一（Y二Y）2地塊面積的計(jì)算采用梯形面積累加法。其基本思想是在平面直角坐標(biāo)系中，按多邊形頂點(diǎn)順序依次求出多邊形所有邊與好由（或好由）組成的梯形面積，然后求其代數(shù)和，這個(gè)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(jì)(9)X圖3五邊形（阮志成，1978）1S=24(%(Xi+i-Xi)(Yi+i+Yi)+ii1(X5-Xi)(Y5+Yi)2(i0)算公式為：同理，對于任意多邊形，假設(shè)有n個(gè)頂點(diǎn)（Xi,Y）,則該多邊形的面積求算公式為:1S=2n1C(Xi+i-Xi)(Yi+i+Yi)+iii(Xn-X

14、i)(Yn+Yi)2(ii)圖5足球場地理位置分布7:39AM0面狀地物地物周長為541.9米；面積為1£324.7平方米.該公式適合各類不規(guī)則多邊形的面積計(jì)算。計(jì)算出的多邊形面積即為該地塊的面積。4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)是在JavaDevelopmentKit（JDK）v6.0,AndroidSDKi.0r2以上，在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境中開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)的功能已經(jīng)基本實(shí)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。fl圖4草坪面積及長度顯示結(jié)果在系統(tǒng)測試過程中，我們與手持GPS!行了測量對比。對同一區(qū)塊，我們同時(shí)采用手持GP3口And

15、roid手機(jī)進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)除了手持GPS星速度較手機(jī)稍快以外，定位精度、長度/面積測量兩者大體一致。手持GPS星速度較手機(jī)稍快，可能是由于其內(nèi)置較大功率天線的原因。5結(jié)論本文針對手機(jī)上的GP動能進(jìn)行移動應(yīng)用開發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Android平臺的移動終端GPSt!系統(tǒng)。在分析野外測量實(shí)習(xí)需求的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行了劃分；在系統(tǒng)的程序模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)中，著重討論了數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)與地塊長度/面積計(jì)算方法。最后對本系統(tǒng)與手持GPSS行了測量對比，測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)已能替代GPS持終端，完全能滿足野外測量實(shí)習(xí)的需要，在手機(jī)普及的情況下，野外測量無需再專門購置設(shè)備，使用成本大大降低，且攜帶方便，可

16、隨時(shí)進(jìn)行野外作業(yè)。因此，本系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)下一步計(jì)劃要擴(kuò)展的功能是：1)測量數(shù)據(jù)輸出并能上載添加到GIS系統(tǒng)中更新已有的GIS數(shù)據(jù)；2)將預(yù)編輯好的文本文件形式的屬性數(shù)據(jù)讀入程序，實(shí)現(xiàn)測量地物屬性數(shù)據(jù)的批量錄入。參考文獻(xiàn)1 王紫瑤，南俊杰，段紫輝等.SOA核心技術(shù)及應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社.2008:1-15.2 http:3 http:4公磊.基于Android的GPSM量系統(tǒng)開發(fā)D.南昌大學(xué)碩士學(xué)位論文.2008.5沈永年，孔慶喻.1980西安坐標(biāo)系快速高斯投影計(jì)算公J.冶金測繪1994,3(2):38.6阮志成.解析法計(jì)算多邊形面積的改進(jìn)J.測繪通報(bào).1978(06):

17、45.TheDesignandDevelopmentofGPSSurveySystemBaseonAndroidPlatformQinChao,JiangLiangJunCaiYongXiang(SchoolofGeoscience,YangtzeUniversity,Jingzhou434023,China)Abstract:Inthispaper,themobileterminalGPSsurveysystembasedonandroidplatformisdesignedandrealized.Thesystemfunctionalmodulesaredesignedaccordingtotheanalysisofstudentdemandsinfieldsurveyingpract