摘 要：在快速發(fā)展的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，在情景智能感知技術(shù)中，用戶的位置信息具有重要意義，本文在調(diào)研的基礎(chǔ)上首先介紹了LBS（基于位置服務(wù)）的定義，行業(yè)現(xiàn)狀，整體產(chǎn)業(yè)鏈和研究意義的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于移動(dòng)終端與Google Map的定位監(jiān)控系統(tǒng)，為相關(guān)的情景判別中的定位監(jiān)控實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：情景感知；LBS；基于位置服務(wù)；Google Map

中圖分類號(hào)：P231

隨著3G業(yè)務(wù)進(jìn)入快速發(fā)展期，公共WIFI熱點(diǎn)進(jìn)一步鋪開，智能手機(jī)大量普及，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入了一個(gè)長(zhǎng)足發(fā)展期，基于位置服務(wù)的應(yīng)用越發(fā)普及?；谖恢玫姆?wù)，是通過(guò)電信移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線電通訊網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)，CDMA網(wǎng)）或外部定位方式（如GPS）獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息（地理坐標(biāo)），在GIS（地理信息系統(tǒng)）平臺(tái)的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。

LBS應(yīng)用眾多，可以分為以下三大類：（1）公共安全類LBS應(yīng)用：（2）消費(fèi)服務(wù)類LBS應(yīng)用；（3）企業(yè)類LBS服務(wù)。

通過(guò)對(duì)LBS服務(wù)體系以及各項(xiàng)數(shù)據(jù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究，制定，不僅可以使傳統(tǒng)的定位技術(shù)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(wù)開發(fā)連成一體，而且可以使物聯(lián)網(wǎng)中任何設(shè)備，物品的實(shí)時(shí)位置獲取成為可能，方便物聯(lián)網(wǎng)中一系列核心服務(wù)的開發(fā)。通過(guò)研究開發(fā)這樣一款定位系統(tǒng)，可以很好的提高團(tuán)隊(duì)對(duì)于定位技術(shù)的深入掌握，同時(shí)成為我們進(jìn)一步開發(fā)情景感知系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(jī)交互或傳感器提供給計(jì)算設(shè)備關(guān)于人和設(shè)備環(huán)境等情景信息，并讓計(jì)算設(shè)備給出相應(yīng)的反應(yīng)。我們認(rèn)為，情景感知的目的是試圖利用人機(jī)交互或傳感器提供給計(jì)算設(shè)備關(guān)于人和設(shè)備環(huán)境等情景信息，并讓計(jì)算設(shè)備給出相應(yīng)的反應(yīng)。

通過(guò)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(chǔ)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(jiǎn)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(shù)研究

在LBS的整個(gè)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)體系中，定位技術(shù)都是最重要的一個(gè)先決條件，本章對(duì)LBS所涉及到的GPS定位，網(wǎng)絡(luò)定位，混合定位三種方式及其各自包含的定位技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)解釋，并給予性能評(píng)估比較。

1.1 定位技術(shù)分類

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上看，定位服務(wù)可以分為不同類別，包括通過(guò)移動(dòng)終端定位，通過(guò)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的基站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)定位，以及兩種方式混合定位。

1.2 基于終端的定位技術(shù)原理

GPS定位原理：GPS定位的技術(shù)基礎(chǔ)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(guó)建成并正式使用，最初以軍事應(yīng)用為目的最終發(fā)展為民用，商用結(jié)合的高精度的，全天候，全球性的無(wú)線導(dǎo)航定位，定時(shí)的多功能系統(tǒng)。

圖1 GPS衛(wèi)星定位計(jì)算

通過(guò)計(jì)算，解出4個(gè)方程，即可得到定位數(shù)據(jù)。

1.3 基于網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)原理

（1）小區(qū)定位原理：小區(qū)定位技術(shù)就是常說(shuō)的Cell-ID技術(shù)，它以移動(dòng)通信的基站所覆蓋的蜂窩小區(qū)作為定位基礎(chǔ)單元，移動(dòng)終端獲取其當(dāng)前接入網(wǎng)絡(luò)所在的小區(qū)基站的基站標(biāo)識(shí)，然后轉(zhuǎn)為當(dāng)前地理位置信息標(biāo)識(shí)，從而完成定位。

（2）到達(dá)角度定位原理：通過(guò)輔助或升級(jí)設(shè)備增強(qiáng)基站的信號(hào)，手機(jī)發(fā)出信號(hào)，就可以同時(shí)被幾個(gè)基站接收，根據(jù)到達(dá)不同基站的信號(hào)角度就可以引出幾條不同的射線，射線交點(diǎn)即是終端的當(dāng)前位置。

（3）到達(dá)時(shí)間定位：到達(dá)時(shí)間定位技術(shù)，即LBS定位中的TOA技術(shù)。TOA技術(shù)獲取終端的位置信息，主要是通過(guò)計(jì)算終端信號(hào)到達(dá)多基站的相互傳播時(shí)間之差。該定位技術(shù)具體實(shí)現(xiàn)步驟為：首先，終端發(fā)出特定信號(hào)，多個(gè)位置測(cè)量設(shè)備可以先后接收到該信號(hào)。然后，各位置測(cè)量單元得到信號(hào)到達(dá)時(shí)的絕對(duì)GPS時(shí)間后，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到信號(hào)接收的相對(duì)時(shí)間差。根據(jù)前兩步信息，移動(dòng)定位服務(wù)中心進(jìn)行兩兩比較，計(jì)算突發(fā)信號(hào)到達(dá)時(shí)間差，得出精確位置。

1.4 混合定位技術(shù)原理

（1）輔助GPS定位技術(shù)：輔助GPS定位就是常說(shuō)的A-GPS定位技術(shù)。它是目前應(yīng)用最廣的移動(dòng)終端定位技術(shù)。這種技術(shù)將純GPS定位過(guò)程分離，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)GPS信息，包括時(shí)間、移動(dòng)通信終端位置和GPS數(shù)據(jù)。A-GPS的基本原理是建立一個(gè)GPS參考網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)服務(wù)器與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相連，根據(jù)移動(dòng)終端定位請(qǐng)求確定所在小區(qū)上空的GPS衛(wèi)星。

（2）GPSOne定位技術(shù)：GPSOne是SnaTrack/Qualcomm公司開發(fā)的定位技術(shù)，采用Client/Server方式。它將三種定位技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)輔助GPS，小區(qū)定位和高級(jí)前向鏈路三角定位法AFLT）結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度和高可用性的定位。在無(wú)線基站較少的地方，A-GPS服務(wù)可以正常使用，完成定位，而在室內(nèi)，橋下等GPS受影響的地方，無(wú)線基站一般覆蓋良好，可以完成網(wǎng)絡(luò)定位。如果兩種定位技術(shù)都無(wú)法正常定位時(shí)，還可以使用CCLL-ID定位，從而保證系統(tǒng)可用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖2 數(shù)據(jù)采集端流程圖

2.1 獲取服務(wù)器IP地址

位置采集端采用Socket與PC端連接從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，所以android端獲取到服務(wù)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(gè)界面是登錄服務(wù)器對(duì)話框，在硬編碼服務(wù)器端口號(hào)的基礎(chǔ)上，要求輸入服務(wù)器IP地址

實(shí)現(xiàn)思路：Android采用基于Activity的編程方式，每一個(gè)Activity即為屏幕上的一屏，需要書寫?yīng)毩⒌牟季治募统绦蜻壿嫶a，Activity之間通過(guò)Intent傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶輸入PC端IP地址，點(diǎn)擊登錄按鈕，則系統(tǒng)獲取IP地址并以Intent形式傳入下一個(gè)Activity，當(dāng)點(diǎn)擊取消按鈕時(shí)，程序直接退出，不保存對(duì)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(diǎn)擊發(fā)送實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)按鈕，系統(tǒng)即獲取一次GPS數(shù)據(jù)，并通過(guò)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(wù)器端只有在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)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(dǎo)致程序中斷的可能性。

每次點(diǎn)擊獲取GPS信息，則系統(tǒng)取到LocationManager實(shí)例對(duì)象，優(yōu)先選用GPS定位方式獲取一次位置，當(dāng)GPS定位不可用時(shí)才選擇網(wǎng)絡(luò)定位方式，獲取到Location對(duì)象，再?gòu)腖ocation對(duì)象獲取到經(jīng)緯度，海拔高度，速度，方向等一系列詳細(xì)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L(zhǎng)ocation對(duì)象，Location對(duì)象包含了一系列如經(jīng)緯度，海拔，速度等詳細(xì)信息，由于Google Map是根據(jù)經(jīng)緯度確定位置，在不同縮放級(jí)別和不同的地圖模式中顯示位置，所以結(jié)合Google Map的位置格式，實(shí)際傳輸?shù)絇C端的數(shù)據(jù)格式采用經(jīng)緯度數(shù)值對(duì)的格式（經(jīng)度，緯度），經(jīng)緯度均精確到小數(shù)點(diǎn)后14位（單位為度）。

2.4 拍照并發(fā)送

當(dāng)用戶在第二個(gè)Activity中點(diǎn)擊拍照并發(fā)送即進(jìn)入第三個(gè)Activity，由于要自定義圖片精度及壓縮格式，所以沒(méi)有采用Intent調(diào)用系統(tǒng)照相機(jī)的方法，而是采用自定義拍照程序。

2.5 圖片格式

由于3G網(wǎng)絡(luò)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(jī)初始化時(shí)通過(guò)設(shè)置相機(jī)的各項(xiàng)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(shè)計(jì)

監(jiān)控端邏輯處理層即為監(jiān)控端服務(wù)器程序，主要負(fù)責(zé)與移動(dòng)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(dāng)于數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)

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(yùn)行時(shí)，首先載入自定義的template.html文件，該網(wǎng)頁(yè)文件中引入了谷歌地圖，初始運(yùn)行效果如圖4所示。當(dāng)android終端向監(jiān)控端發(fā)送圖片和位置數(shù)據(jù)時(shí)，監(jiān)控端服務(wù)器線程負(fù)責(zé)接收并保存位置和圖片信息，同時(shí)構(gòu)建google.maps.Marker對(duì)象供顯示層程序調(diào)用，顯示層程序接收到新的Marker對(duì)象后，則通過(guò)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(biāo)記，并為附有圖片的Marker設(shè)置監(jiān)聽器，加上彈出的InfoWindow，當(dāng)用戶點(diǎn)擊地圖上該處的Marker標(biāo)記時(shí)，即可彈出該處的拍攝圖片。

圖4 監(jiān)控端初始運(yùn)行界面

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)考察現(xiàn)有LBS常見(jiàn)應(yīng)用如百度地圖，Google地圖等，基于遠(yuǎn)程定位和監(jiān)控的需求，完成了一個(gè)基于移動(dòng)終端與Google Map的遠(yuǎn)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(diǎn)。

（1）地理與圖片桌面標(biāo)注：Google地圖提供了開放式接口，基于Google地圖的web應(yīng)用很多，但是java版的桌面地圖及相關(guān)應(yīng)用并不多。本系統(tǒng)除了將移動(dòng)終端的地理信息作為地圖上自定義的標(biāo)注融入到地圖中，還將實(shí)時(shí)獲取的圖片也作為標(biāo)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(dòng)態(tài)顯示與軌跡標(biāo)示：由于現(xiàn)實(shí)中移動(dòng)終端用戶處于運(yùn)動(dòng)中，實(shí)時(shí)位置在變化，所以遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也應(yīng)該動(dòng)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(shí)現(xiàn)地圖中數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新，并采用折線將標(biāo)記點(diǎn)連接為運(yùn)動(dòng)軌跡，從而反映移動(dòng)終端的實(shí)際移動(dòng)。

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作者簡(jiǎn)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(wǎng)、安卓系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(wǎng)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，智能情景感知等研究；王建新（1969.12-），男，教授，研究方向：雷達(dá)信號(hào)處理、通信信號(hào)處理；魯鳴鳴（1978.02-），男，副教授，研究方向：壓縮感知、無(wú)線定位、情景計(jì)算、泛群感知、車聯(lián)網(wǎng)。

作者單位：中南大學(xué)，信息科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410012；中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣學(xué)院，北京 100083