校正數據庫模式在手機定位系統中的實現*

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動技術重點實驗室，福建 福州350108）

移動定位技術已成為物聯網產業能否進一步順利發展的關鍵問題。現在應用較廣泛的是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據。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展，并擁有高速數據通信和無線上網的功能，手機導航市場出現爆發式增長的契機，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,獲取手機的定位數據相對較容易，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，提出校正數據庫模式，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 系統整體架構

手機操作系統采用Windows Mobile,該系統是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、網絡接口豐富及簡單易上手[4]。系統整體架構如圖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據庫，根據用戶上傳的數據，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，主要包括監控設置、參數設置、窗口設置幾個功能，用戶可根據自己的實際情況和需要設置GPS以及網絡的參數，并選擇被監控或者不被監控，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 服務器數據處理程序

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

2 谷歌地圖經緯度校正

受一些政策法規的限制，Google電子地圖必需加上偏移。其實，不僅是谷歌地圖，所有國內地圖公司的產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，從而保證使用其產品不會產生偏移。本設計提出一種通過校正數據庫實現經緯度校正的方法，該方法可以很好地對經緯度進行校正，是一種切實可行的經緯度校正方法。

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

(2)如步驟(1)成立,則通過API接口訪問校正數據庫，獲取當前位置下的偏移像素點(△X,△Y)，并將偏移像素點轉為偏移經緯度(△Lat0,△Lng0),偏移經度為：

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

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

校正后的基站經度：Lat=Lat0-△Lat

校正后的基站緯度：Lng=Lng0-△Lng

(4)對基站經緯度進行地圖呈現。

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經緯度信息(GLat0,GLng0)，并將其轉化為谷歌地圖坐標(GLat1,GLng1)，并判斷該經緯度與上次經緯度相比是否超過校正數據庫的最小精度Dmax。

(2)如果步驟(1)成立,則通過 API接口訪問校正數據庫，獲取當前位置下的偏移像素點(△GX,△GY)，并將偏移像素點轉為偏移經緯度(△GLat,△GLng),偏移經度為：

偏移緯度為：

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

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

校正后的基站經度：GLat=GLat1+△GLat

校正后的基站緯度：GLng=GLng1+△GLng

(4)對GPS經緯度進行地圖呈現。

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數據，并記錄算法校正后的數據，與谷歌地圖獲取的位置數據比較得出誤差。測試結果如表1所示。

數據分析：由測試數據可知，經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數據，并記錄算法校正后的數據,與ARCGIS地圖中的位置數據比較得出誤差。結果如表2所示。

數據分析：由測試數據可知，經過算法校正后的定位精度有很大程度的提高，由之前的數百米提高到幾十米。

表1 GPS定位精度測試表

表2 基站定位精度測試表

3.3 數據流量測試

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

表3 數據流量測試表

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

本設計對軟件功能和數據進行了測試，通過功能測試說明軟件已達到設計要求，通過數據測試得出該軟件GPS定位精度由之前數百米提高到小于5 m，基站定位精度由之前數百米提高到幾十米，誤差在可接受范圍內，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操作系統的智能手機定位監控系統設計[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數據獲取技術[J].系統工程， 2007，25(1):42-48.

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