任克強(qiáng)，李曉亮，謝 斌

（江西理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，江西 贛州 341000）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車的普及越來(lái)越高，人們對(duì)地圖導(dǎo)航提出了更高的要求。車載導(dǎo)航系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)最重要的組成部分之一，人們可以通過(guò)導(dǎo)航、定位等功能提高車輛行駛的速度和安全性［1］。但是，傳統(tǒng)車載導(dǎo)航不僅價(jià)格昂貴，而且便攜性也很差，且只能滿足一些有車人的導(dǎo)航需求，對(duì)于乘坐公交和其他外出人員則無(wú)法為其提供導(dǎo)航服務(wù)。因此，設(shè)計(jì)一種更加方便和廉價(jià)，且易于大眾普及的手機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)有著現(xiàn)實(shí)的市場(chǎng)需求。

近年來(lái)，移動(dòng)手機(jī)用戶的數(shù)量增加迅速，各種智能手機(jī)逐漸普及，手機(jī)的功能已經(jīng)不再局限于通信；同時(shí)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和Android系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，為手機(jī)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)提供了優(yōu)良的平臺(tái)和廣闊的發(fā)展空間［2］。本文基于開(kāi)源的Android系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種運(yùn)行在手機(jī)上的地圖導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用GPS和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的定位，不僅具有傳統(tǒng)車載導(dǎo)航系統(tǒng)的功能，而且能夠?qū)崟r(shí)顯示城市交通路況，實(shí)時(shí)定位跟蹤多個(gè)客戶端，方便各客戶端之間的聯(lián)系，擴(kuò)展了地圖導(dǎo)航的功能，可滿足普通大眾的出行導(dǎo)航需求。

1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹

1.1 Android系統(tǒng)

Android是Google開(kāi)發(fā)的基于Linux平臺(tái)的開(kāi)源手機(jī)操作系統(tǒng)［3］。Android于2007年11月推出后獲得了廣泛的應(yīng)用，目前，大多數(shù)智能手機(jī)采用Android系統(tǒng)［4］。Android由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成［5］，是真正意義上的開(kāi)放性移動(dòng)設(shè)備綜合平臺(tái)，具有豐富的移動(dòng)電話工作軟件。在Android系統(tǒng)中，應(yīng)用程序可完全在Android Dalvik上運(yùn)行，也可利用 Android NDK（android native development kit）技術(shù)來(lái)解決Java代碼運(yùn)行速度低的缺陷［6］。Android系統(tǒng)架構(gòu)采用分層的架構(gòu)，從高層到低層分別是應(yīng)用程序?qū)印?yīng)用程序框架層、系統(tǒng)運(yùn)行庫(kù)層和Linux內(nèi)核層［7－8］。在應(yīng)用程序框架層，開(kāi)發(fā)人員可以像核心應(yīng)用程序一樣擁有訪問(wèn)框架API的所有權(quán)限。應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了各組件之間的重用，任何應(yīng)用均可以分發(fā)屬于自己的組件，而且在遵循框架的安全性約束前提下，任何應(yīng)用還可以使用這些分發(fā)的組件［9］。開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序常用的應(yīng)用框架主要包括以下幾類［10］：

（1）ContentProviders（內(nèi)容提供器）：通過(guò) Content Providers可以在某個(gè)應(yīng)用之中訪問(wèn)其他應(yīng)用的數(shù)據(jù)（例如電話簿），也可以共享自己的數(shù)據(jù)。

（2）ResourceManager（資源管理器）：提供使用者對(duì)靜態(tài)資源的訪問(wèn)能力，比如國(guó)際化文本和布局文件。

（3）NotificationManager（通知管理器）：通過(guò)通知管理器，所有的應(yīng)用都能在狀態(tài)欄顯示自己的提醒消息。

（4）ActivityManager（活動(dòng)管理器）：用來(lái)管理應(yīng)用的生命周期，還提供了通用的向后導(dǎo)航功能。

1.2 高德地圖

高德是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的電子地圖服務(wù)公司，包括谷歌在內(nèi)的很多公司的內(nèi)地地圖數(shù)據(jù)都由其提供。截止到2012年第3季度，中國(guó)手機(jī)地圖累計(jì)賬戶在市場(chǎng)份額排名中，高德地圖以25.9%的份額位居第一。高德地圖API具有良好的穩(wěn)定性，并且與Google MAP API基本兼容，成為眾多國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)者的首選。

AutoNavi MAP API是高德公司提供的調(diào)用地圖的接口方法。用戶應(yīng)用程序可以通過(guò)AutoNavi MAP API提供的接口方法操作地圖數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)位置相關(guān)或地圖相關(guān)的應(yīng)用。例如，通過(guò)調(diào)用AutoNavi MAP API，將地圖數(shù)據(jù)整合到用戶的應(yīng)用中，并可將商戶的地理位置信息在地圖上進(jìn)行標(biāo)注，以直觀的形式展現(xiàn)給用戶。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

手機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)采用C／S（client／server，客戶機(jī)／服務(wù)器）模式，其總體架構(gòu)如圖1所示?？蛻舳瞬捎没贏ndroid系統(tǒng)的智能手機(jī)，服務(wù)器端則用開(kāi)源的tom－cat服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，兩者通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。服務(wù)器端作輕量級(jí)設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)各客戶端之間的通信，并存儲(chǔ)用戶注冊(cè)方面的等數(shù)據(jù)；客戶端功能包括地圖下載、顯示、路線查詢、導(dǎo)航、定位以及與服務(wù)器通信等。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.2 客戶端軟件設(shè)計(jì)

客戶端軟件主要包括系統(tǒng)界面、自我定位、地址查詢、好友定位、路線查詢以及實(shí)時(shí)路況六大功能模塊。其中，地址查詢包括地名查詢和經(jīng)緯度查詢，路線查詢包括自駕路線查詢和公交路線查詢，如圖2所示。

圖2 客戶端軟件結(jié)構(gòu)框

軟件設(shè)計(jì)需要調(diào)用高德公司提供的地圖服務(wù)，須先在該公司網(wǎng)站進(jìn)行注冊(cè)，取得一個(gè)與本程序唯一綁定的開(kāi)發(fā)密鑰（API KEY），同時(shí)在androidMainfest.xml注冊(cè)程序中所需要的權(quán)限。AutoNavi MAP API將自動(dòng)從androidMainfest.xml文件中獲取用戶的開(kāi)發(fā)密鑰，無(wú)需用戶在程序中輸入。注冊(cè)完成后，才能進(jìn)行下一步的程序開(kāi)發(fā)。

2.2.1 客戶端 UI模塊

系統(tǒng)界面主要包括登錄界面、功能選單（菜單）和功能按鈕。功能選單包括自我定位、地址查詢、好友定位、路線查詢、實(shí)時(shí)路況以及退出6個(gè)選單選項(xiàng)；功能按鈕包括實(shí)時(shí)路況和自我定位2個(gè)常用功能，實(shí)時(shí)路況按鈕位于屏幕左下角，自我定位按鈕位于屏幕右下角。

選單和按鈕的布局設(shè)計(jì)保存在layout文件夾的“＊.xml”文件中，利用LinearLayout（線性布局）、FrameLayout（單幀布局）、AbsoulteLayout（絕對(duì)布局）、RelativeLayout（相對(duì)布局）和 TableLayout（表格布局）這5種布局模式，通過(guò)不同布局模式的組合可以實(shí)現(xiàn)各種形式的UI界面。

2.2.2 自我定位模塊

自我定位功能是通過(guò)GPS所獲得的經(jīng)緯度信息，將客戶端所處位置置于屏幕中央，并加以標(biāo)注；或者進(jìn)行其他操作后需要再次定位時(shí)，點(diǎn)擊屏幕右下方的“自我定位”按鈕實(shí)現(xiàn)重新定位。定位有以下兩種方法：

（1）調(diào)用API的定位方法。程序首先需要啟動(dòng)MyLocation和指南針，然后通過(guò)繼承Overlay類，并重寫(xiě)draw方法實(shí)現(xiàn)定位圖標(biāo)的標(biāo)注，其關(guān)鍵代碼如下：

該方法定位準(zhǔn)確，但無(wú)法獲得具體經(jīng)緯度值。

（2）利用Criteria類的定位方法。Criteria類用于選擇位置服務(wù)provider，Criteria類為應(yīng)用程序提供了多種因素的參數(shù)設(shè)置，包括精準(zhǔn)度、用電量、海拔、速度、方向和資費(fèi)等。locationManager根據(jù)設(shè)置的參數(shù)選擇最優(yōu)的provider。通過(guò)Location類中的getLongitude和getLatitude方法獲得具體的經(jīng)緯度數(shù)值，并且可以在LocationListener中對(duì)位置數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)，當(dāng)客戶端位置發(fā)生改變時(shí)，重新獲得新位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。其關(guān)鍵代碼如下：

其 中，locationManager.requestLocationUpdates中的第1個(gè)參數(shù)bestProvider可以是LocationManager.NETWORK＿PROVIDER 或 LocationManager.GPS＿PROVIDER。

LocationManager.NETWORK＿PROVIDER 使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定位，精度較低，但速度快；Location－Manager.GPS＿PROVIDER使用GPS進(jìn)行定位，精度高，但一般需要10～60s才能開(kāi)始第1次定位，并且在室內(nèi)基本上無(wú)法定位。這兩種Provider實(shí)際上是互補(bǔ)的，故本系統(tǒng)同時(shí)開(kāi)啟2個(gè)監(jiān)聽(tīng)，但基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)聽(tīng)只執(zhí)行一次，而基于GPS的監(jiān)聽(tīng)則一直持續(xù)下去，直至用戶停止監(jiān)聽(tīng)。

2.2.3 地址查詢模塊

地址查詢需要通過(guò)地理編碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換。地理編碼是對(duì)地址或經(jīng)緯度地圖坐標(biāo)的編碼，兩者之間可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以便為基于位置的服務(wù)和基于地圖的活動(dòng)中所使用的位置或坐標(biāo)提供一個(gè)可識(shí)別的上下文［11］。

地址查詢包括通過(guò)經(jīng)緯度查詢地名以及通過(guò)地名查詢經(jīng)緯度兩種方式。由經(jīng)緯度查詢地名時(shí)是將具體的經(jīng)緯度數(shù)值通過(guò)反向地理編碼得到該經(jīng)緯度對(duì)應(yīng)的地名；由地名查詢經(jīng)緯度是將具體的地名通過(guò)正向地理編碼得到該地名對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度。其關(guān)鍵代碼如下：

2.2.4 “好友”定位模塊

所謂“好友”是指授權(quán)可以查看彼此位置信息的客戶端?！昂糜选倍ㄎ还δ苁沟谩昂糜选敝g可以隨時(shí)相互了解彼此的最新位置，為“好友”結(jié)伴出行，以及兒童安全等提供實(shí)時(shí)、直觀的定位。

每個(gè)客戶端都有一個(gè)唯一的ID，服務(wù)器對(duì)不同的“好友”圈進(jìn)行分組，每個(gè)群組內(nèi)部各個(gè)客戶端定時(shí)將自己的位置信息發(fā)到服務(wù)器，并接受服務(wù)器發(fā)來(lái)的本群組內(nèi)部的其他客戶端的位置信息，然后將他們?cè)诘貓D上標(biāo)志出來(lái)。

為了保證信息傳輸?shù)目煽?，客戶端與服務(wù)器之間的通信采用TCP／IP協(xié)議。通信過(guò)程利用了TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信的基本操作單元socket套節(jié)字，每個(gè)客戶端與服務(wù)器通信至少需要一對(duì)套節(jié)字［12］。具體的通信過(guò)程為：客戶端向服務(wù)器發(fā)送socket連接請(qǐng)求，服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)到該請(qǐng)求后建立socket連接，同時(shí)服務(wù)器繼續(xù)監(jiān)聽(tīng)其他客戶端的連接請(qǐng)求，建立連接后雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸完畢后關(guān)閉socket套接字。其關(guān)鍵代碼如下：

2.2.5 路線查詢模塊

路線查詢功能可以選擇自駕路線或公交路線，根據(jù)用戶輸入的起始地址和目標(biāo)地址進(jìn)行查詢。地址信息既可以輸入也可以直接點(diǎn)擊屏幕，程序根據(jù)點(diǎn)擊位置自動(dòng)生成相應(yīng)的地址信息。路線查詢需要調(diào)用PoiSearch方法，該方法搜索地址有3種方式：關(guān)鍵字搜索、地域搜索以及類型搜索。本系統(tǒng)采用關(guān)鍵字搜索，其中關(guān)鍵代碼如下：

2.2.6 實(shí)時(shí)路況模塊

AutoNavi MAP API支持全國(guó)33個(gè)城市的實(shí)時(shí)路況查詢。實(shí)時(shí)路況查詢可以通過(guò)調(diào)用MapView類中的方法setTraffic（）來(lái)實(shí)現(xiàn)，setTraffic（true）打開(kāi)實(shí)時(shí)路況顯示，setTraffic（false）關(guān)閉實(shí)時(shí)路況顯示。選擇打開(kāi)實(shí)時(shí)路況顯示后，將自動(dòng)導(dǎo)入當(dāng)前地圖的實(shí)時(shí)路況信息，地圖上的道路會(huì)出現(xiàn)紅、黃、綠3種顏色。紅色代表?yè)矶?，黃色代表緩慢，綠色代表暢通。其關(guān)鍵代碼如下：

其中，isChecked為實(shí)時(shí)路況標(biāo)志，isChecked＝true表示打開(kāi)實(shí)時(shí)路況顯示，isChecked＝false則關(guān)閉實(shí)時(shí)路況顯示。

3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，即對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試系統(tǒng)功能的正確性。Android手機(jī)的參數(shù)為：Android版本2.3.6、內(nèi)核版本2.6.38.6－perf、版本號(hào) www.azdyz.com＿w619。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3（a）是自我定位功能的測(cè)試結(jié)果，圓形紅色圖標(biāo)為客戶端當(dāng)前所處位置，黑色長(zhǎng)框?yàn)槎ㄎ怀晒笙到y(tǒng)提示的位置名稱。圖中客戶端所處位置為“江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院”，與系統(tǒng)提示的位置“江西省章貢區(qū)江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院研究生公寓附近”一致。

圖3（b）是地址查詢功能的測(cè)試結(jié)果，在查詢框中輸入“江西省贛州市江西理工大學(xué)”并點(diǎn)擊“確定”后，下方彈出該位置對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度值分別為：114.92915、25.852138，地址查詢結(jié)果正確。

圖3（c）是“好友”定位功能的測(cè)試結(jié)果，圖中圓形紅色圖標(biāo)為己方位置，圓形藍(lán)色圖標(biāo)為“好友”位置，“好友”定位正確。

圖3（d）和圖3（e）是路線查詢功能的測(cè)試結(jié)果，起始地址為“江西理工大學(xué)”，目標(biāo)地址為“江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院”。圖3（d）所示路線為兩地的最佳路線，圖3（e）所示路線與公交線路一致。

圖3（f）是實(shí)時(shí)路況功能的測(cè)試結(jié)果。目前，高德地圖僅支持全國(guó)33個(gè)城市的實(shí)時(shí)路況查詢，圖中為北京故宮附近的實(shí)時(shí)路況。

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)功能準(zhǔn)確，程序運(yùn)行穩(wěn)定可靠，定位和查詢精度較高，滿足了手機(jī)導(dǎo)航的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種C／S模式的Android手機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，服務(wù)器端作輕量級(jí)設(shè)計(jì)，使用開(kāi)源的tomcat服務(wù)器；客戶端軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，利用開(kāi)源的Android系統(tǒng)和高德 MAP API開(kāi)發(fā)客戶端程序。該系統(tǒng)全部為軟件實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)需要擴(kuò)展系統(tǒng)功能，具有成本低、便于攜帶以及系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)方便等特點(diǎn)，能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行于絕大多數(shù)Android手機(jī)或其他Android設(shè)備，具有較好的應(yīng)用前景。

圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（

）

［1］陳浩，張敏.基于ARM的車載導(dǎo)航接收機(jī)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013，21（3）：813－815.

［2］邵志舉，崔光輝.手機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)研究與實(shí)例［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2008，25（3）：142－144，170.

［3］董劍，張?jiān)?，楊?利用硬件加速層優(yōu)化Android顯示系統(tǒng)［J］.小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2012，33（7）：1546－1550.

［4］李東煒，劉鎮(zhèn)章.基于Android智能手機(jī)的實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（12）：196－198，202.

［5］劉勝前，陳立定.基于Android平臺(tái)的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.自動(dòng)化與儀表，2012（4）：1－4.

［6］劉巍然，劉建偉.Android操作系統(tǒng)可信計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：理學(xué)版，2013，59（2）：159－164.

［7］黃宏程，胡敏，陳如松.Android移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)［M］.北京：人民郵電出版社，2012.

［8］雷鳴，靳婷，徐曉亮，等.面向龍芯平臺(tái)的Android系統(tǒng)移植研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2012，48（22）：71－73，87.

［9］姚昱旻，劉衛(wèi)國(guó).Android的架構(gòu)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究［J］.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2008（11）：110－112，24.

［10］倪紅軍.基于Android平臺(tái)的移動(dòng)終端GPS研究［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2012，22（5）：198－201.

［11］Reto Meier.Professional Android 2Application Development［M］.王超，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［12］熊軍華，贠超，王亭嶺.基于多源信息融合的熱缺陷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，41（5）：146－150.