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基于Android的GPS测量系统开发.pdf

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基于 ANDROID GPS 测量 系统 开发
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南昌大学硕士学位论文基于Android的GPS测量系统开发姓名:公磊申请学位级别:硕士专业:计算机应用技术指导教师:周聪20081221摘要摘要随着移动平台技术的飞速发展和GPS应用领域的不断延伸,在手机上拓展GPS功能已成为移动应用开发的一个热点。Android作为一款新型智能手机操作系统,具有开放性好、软硬件功能扩展性强的特点,开发基于Android的GPS应用潜力巨大。本文首先探讨了GPS技术及其应用现状,介绍了手机GPS的发展趋势,还介绍了目前所使用的几款手机操作系统;然后引出Android平台,对它的特征,系统架构及应用程序构建、开发都作了比较详细的分析;最后,结合GPS定位相关理论与算法,设计并实现了基于Android平台的地块测量系统。本系统实现的功能主要包括地块边界测量点的定位、测量点的更新、定位结果的查看、地块面积计算以及地块定位数据的删除。系统设计了静态和动态两种不同的定位方式,以应对不同的测量需求。本文将GPS测量技术与新兴的智能移动终端平台相融合,实现了手机GPS功能的拓展。关键词:Android;GPS;测量AbstractAB STRACTWith the rapidly development of mobile platform and the extension of GPSapplication domain.to extend the function of GPS has become a hot spot·As a newkind of intelligent operating system of mobile phone,Android is characterized byopenness,extensible of software and hardware.It has a big potential to develop theapplication of GPS based on Android.The current application situation of GPS technology was investigated,thedevelopment trend of mobile phone GPS was introduced,several operming systemsof mobile phone that is used nOW was also introduced,and then Android platform waselicited,its characters,system structure,the construction of application anddevelopment programs were analyzed in detail;finally,a plot measurement systembased on Android platform was designed and achieved,which combined withrelevant GPS position fixing theory,algorithms.Boundary measuring point location,measuring point updming,location dataviewing,region area calculation and locmion data deleting were implemented by thesvstem.Two different location methods,static location and dynamic location weredesigned to satisfy the corresponding different measuring requirements·The extension of mobile phone GPS function was implemented in the article byintegrating GPS measuring technology into the new intelligent mobile terminalplatform.Keywords:Android;GPS;MeasuringlI学位论文独创性声明学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南昌大堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名(手写):公兢 签字日期:妒矿年/p月∥日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公众提供信息服务。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名:公庇 导师签名:签字日期:姗了年,_月∥日 辩醐蒯争堋7日第1章引言第1章引言1.1选题的背景及意义随着移动通讯产业的发展,手机的生产和使用量有了大幅的提高。如何进一步提升手机的应用价值、开发新的功能,已成为手机发展的热点。GPS技术具有广阔的应用前景,拓展手机GPS功能将成为未来几年移动程序开发的新趋势。当前,手机GPS已在个人导航定位方面发挥了巨大作用,除此以外,它在工程测量、设施搜索、定位监控、紧急援助等方面也有很大的发展空间。Android是一款全新的智能手机操作系统,它开放性好、功能扩展性强,能很好地支持基于定位的应用程序开发。本文将GPS测量技术与先进的移动终端平台相结合,在一定程度上拓展了手机的GPS功能,而且Android平台开放性好、扩展性强的优点也为进一步丰富现有功能提供了空间。1.2相关技术介绍1.2.1 GPS技术GPS即全球定位系统(Global Positioning System),是美国从20世纪70年代开始,历时20多年,耗资逾200亿美元建立起来的新一代卫星导航定位系统。■ GPS系统的组成112J整个GPS系统分为空间卫星星座、地面监控站和用户设备3个部分。GPS卫星星座由24颗工作卫星组成,其中3颗为备用卫星。工作卫星分布在6个等间隔的轨道面上,每个轨道面分布4颗。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为550,各个轨道面之间的交角为600。轨道高度约为20200km,卫星运行周期为11小时58分。GPS空间卫星星座的分布保障了在地球上任何点、任何时刻至少有4颗卫星被同时观测。3颗备用卫星可以在必要时代替发生故障的卫星,保障了GPS空间部分正常而高效的工作。GPS卫星的基本功能包括:接收和存储由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的监控指令;通过内设的微处理机进行必要的数据处理;通过第1章引言星载的高精度铯原予钟和铷原子钟提供精密的时间标准;向用户发送定位信息;在地面监控站的指令下,调整卫星的姿态和启用备用卫星。地面控制部分由1个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。5个监测站均配有精密的铯原子钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。原子钟提供时间标准。接收机对GPS卫星进行连续观测,以采集数据和监测卫星的工作状况。监测站在取得卫星观测数据,并经过初步处理后,将其传送到主控站。主控站从各监测站收集观测数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站的主要任务是将主控站推算和编制的卫星星历、时钟差、导航电文和其它控制指令等注入到相应卫星的存储器。整个GPS地面控制部分,除主控站外均无人值守,各站之间通过现代化的通信网络相互联系。用户设备通常称为GPS接收机,它主要由接收机硬件、数据处理软件、微处理机及其终端设备组成。GPS接收机硬件一般包括主机、天线和电源,是用户设备的核心部分,主要功能是接收GPS卫星发射的信号,以获得必要的导航和定位信息,并经简单数据处理而实现实时导航和定位;GPS软件部分是指各种后处理软件包,其主要作用是对观测数据进行精加工,以便获得精密定位结果。根据不同的使用要求,GPS接收机一般可分为导航型、测量型和授时型三种。·GPS卫星信掣5JGPS接收机接收到GPS卫星播发的信号,经过相关处理就能测定由卫星到接收机的信号传播时延,或测定卫星载波信号相位在传播路径上变化的周数,解算出由接收机到卫星的距离(因含误差而被称为伪距),从而确定GPS接收机的位置。GPS卫星信号是GPS卫星向广大用户发送的用于导航定位的调制波,它包含有:载波信号(L1和L2)、测距码(C/A码和P码)和数据码(D码,亦称基带信号)。所有这些信号都是由一个频率为10.23MHz的时钟基准信号fiD产生出来的。GPS使用L频段的两个频率作为其载波频率。L1载波:频率f1=154×f0=1575.42MHz,波长为19.032cm;L2载波:频率f2=120×f0=1227.6MHz,波长为24.42cm。选择L频段,是因为该频段的信号带宽分配比较容易实现,且电离层延迟的影响较小,而采用两个载频,目的在于测量出或消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差。2第1章引言L1载波上调制有C/A码、P码和D码,L2载波上调制有P码和D码。GPS卫星的测距码和数据码是采用调相技术调制到载波上的。其中,C/A码是用于粗测距和捕获GPS卫星信号的伪随机码。P码是卫星的精测码,码速率为10.23MHz。D码是卫星以二进制码的形式发送给用户的导航定位数据,又称为导航电文或数据码,它是用户用来定位和导航的数据基础。●GPS的特点GPS系统以高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点著称【21。GPS能连续为各类用户提供三维坐标及精确的时间信息,定位观测时间比以往的任何一个卫星定位系统都要短。GPS测量点之间不要求相互通视,只需上空开阔即可,因此完全可以根据工作需要来灵活选择测量点。随着GPS接收机不断改进,其体积越来越小,重量越来越轻,自动化程度越来越高,这极大减轻了测量工作者的劳动强度和工作难度。GPS测量工作,可以在任何地点、任何时间连续进行,一般不受天气状况的影响。一GPS的应用GPS系统的建立,给导航和定位技术带来了巨大的变化,可以满足不同用户的需要。用GPS信号可以进行海、陆、空的导航,导弹制导,大地测量和工程的精密定位,时间传递和速度测量等。在测绘领域,GPS定位技术已用于建立高精度的大地测量控制网,以测定地球动态参数;建立陆地及海洋大地测量基准,进行高精度的海陆联测及海洋测绘14J;监测地球板块运动和地壳形变;在工程测量方面,已成为建立城市与工程控制网的主要手段;在精密工程的变形监测方面,它也发挥着及其重要的作用;同时GPS定位技术也可用于测定航空航天摄影瞬间相机的位置,可在无地面控制或仅有少量地面控制点的情况下进行航测快速成图,引发了地理信息系统及全球环境遥感监测的技术革命。此外,GPS技术还被广泛应用于土地资源管理、地质调查、城乡规划、地形测量、地籍测量以及农林资源调查等方面112】。进入21世纪,GPS在各方面的应用都将加强和发展。在新世纪里,GPS的应用前景十分广阔。1.2.2手机GPS的发展状况随着通信技术的发展,GPS系统将成为手机的标准配置,手机不仅仅只具有通信功能,还可以当作一个GPS定位系统。GPS技术从诞生之日起,怎样促进其大规模商用就一直是产业链中各厂商3第1章引言努力的焦点,而随着GPS手机的开拓应用,众厂商的焦点就开始随之转移。作为GPS手机,它的出现对于导航地图软件厂商而言,是一个不可忽视的大市场,同样对于手机厂商而言,不断开拓新需求、寻找更大潜力的细分市场也是重中之重。如今的手机增值市.场,可供挖掘的空间已经不多,彩信、彩铃等业务都已经被广泛应用,而手机GPS如同雨后春笋一般迅速发展起来。2007年,中国GPS手机市场获得长足发展。作为一个刚刚兴起的市场,GPS手机正以惊人的速度成长。2006年,中国GPS手机销售量为10.5万台,而2007年的前9个月中国市场总共销售了29.4万台。随着用户需求的不断提升,技术的不断演进,手机作为方便快捷的移动载体,正在不断融合更多的应用。GPS导航功能是继拍照、音乐之后有望再度引发新一轮手机更新换代热潮的创新功能,凭借功能实用性强、贴近用户需求等鲜明特色,GPS手机『F在成为市场新宠。一方面,GPS手机产业成熟度正快速提升。另一方面,带GPS功能的手机终端种类逐渐丰富,终端瓶颈问题将得到缓解。;.手机发展的未来是多样化的,低端通话功能的手机会继续生存,同时具有更多功能的手机会很快发展。手机平台上的GPS应用将不断得到开拓。但就目前看来,手机GPS功能主要还是应用在个人的定位、导航方面,其它GPS应用的发展还是跟不上手机发展的整体步伐,随着生产成本的降低、硬件功能的加强,手机GPS将会有更为广阔的应用领域。1.2.3手机操作系统手机操作系统一般只应用在高端智能化手机上。目前应用在手机上的操作系统主要有Symbian、Windows Mobile、Linux和Palm OS四种。而Google推出的Android,作为一款全新的智能手机软件平台,前景看好。_Symbian OS(中文译音“塞班系统”)是一个实时性、多任务的纯32位操作系统,具有功耗低、内存占用少等特点,非常适合手机等移动设备使用,经过不断完善,可以支持GPRS、蓝牙及SyncML等技术。Symbian作为一款比较成熟的操作系统,具有以下优点:提供无线通信服务,将计算机技术与电话技术相结合;操作系统固化:相对固定的硬件组成;较低的研发成本;强大的开放性;低功耗,高处理性能;系统运行的安全、稳定性;4第1章引言采用多线程运行模式;拥有多种用户界面,灵活,简单,易操作。但是,Symbian机型所采用的硬件配置较低,且各类机型采用的处理器主频都不高,在多媒体等方面的表现依然不尽如人意,对主流的媒体格式支持性较差。Symbian OS分为6.0、6.1、7.0、8.0、9.0等多个版本,而各版本之间的兼容性较差,每当新版本的Symbian OS发布并有产品面世时,系统的兼容性便成了其发展的障碍,相当一部分软件需要开发商改进后才能在新平台上使用。Symbian只提供给厂商一个内核及ul,很多细节功能需要厂商去添加,这常会导致一些基本功能被忽略,一些机型甚至连工作日、闹钟这类功能都需要第三方软件才能实现,这无疑给不熟悉Symbian的用户的带来了极大的不便。■ Windows MobileWindows Mobile将用户熟悉的Windows桌面扩展到个人设备中,它包括Pocket PC、Smartphone以及Media Centers。Windows Mobile主要面向个人移动电子消费市场。Windows Mobile提供的功能较多,Pocket PC、Smartphone和Media Centers三者实现的功能互有重叠也各有侧重,’它们都支持和台式机的数据同步。Smartphone提供的功能侧重点在通信方面,它主要支持电话、电子邮件、联系人、即时消息等功能。PocketPC的功能侧重于个人事务处理和简单的娱乐,主要支持日程安排、移动版Office,简单多媒体播放等功能。与其它手机操作系统比较Windows Mobile具有如下优点:界面类似于台式机的Windows,便于熟悉电脑的人操作;预装软件丰富,内置Office Word、Excel、Power Point,内置Intemet Explorer、Media Player;电脑同步非常便捷,完全兼容Outlook、Office Word、Excel等;多媒体功能强大,借助第三方软件可播放几乎任何主流格式的音视频文件;触摸式操作,可与iPhone相媲美;极为丰富的第三方软件,特别是词典,卫星导航软件均可运行。它的缺点是:对不熟悉电脑的人来说操作较为复杂;对硬件要求较高;体积略大,许多操作需借助触摸笔。■Linux .它是一个源代码开放的操作系统,目前已经有很多版本流行,但尚未得到较广泛的支持。Linux自从进军移动终端操作系统,就以其源代码开放的优势吸引了越来越多的终端厂商和运营商,包括摩托罗拉和NTT DoCoMo等知名的厂商。已经开5第1章引言发出的基于Linux的手机有摩托罗拉的A760、A768、CEC的e2800、三星的i519等。2004年6月在日本东京BIG SIGHT展览馆举办的“LinuxWorld Expo/Tokyo2004”博览会上,日本手机大厂商NEC则展示了其采用Linux作为操作系统的手机。我国的大唐电信也于7月宣布将Linux作为其TD.SCDMA 3G手机操作系统。Linux与其它操作系统相比是个后来者,但Linux具有两个其它操作系统无法比拟的优势。其一,Linux具有开放的源代码,能够大大降低成本。其二,既满足了手机制造商根据实际情况有针对性地丌发自己的Linux手机操作系统的要求,又吸引了众多软件开发商对内容应用软件的开发,丰富了第三方应用。然而,Linux操作系统有其先天的不足:入门难度高、熟悉其开发环境的工程师少、集成开发环境较差;由于微软PC操作系统源代码的不公开,基于Linux的产品与PC的连接性较差;尽管目前从事Linux操作系统开发的公司数量较多,但真正具有很强开发实力的公司却很少,而且这些公司之间是相互独立的开发,很难实现更大的技术突破。■Palm OS是一种32位的嵌入式操作系统,主要运用于移动终端上。此系统最初由3Com公司的Palm Computing部开发,目fj{『Palm Computing已经独立成一家公司。Palm OS与同步软件HotSync结合可以使移动终端与电脑上的信息实现同步,把台式机的功能扩展到了移动设备上。Palm OS操作系统由Palm公司自行开发,并授权给Handspring、索尼和高通等设备厂家,这种操作系统更倾向于对PDA的支持。虽然Palm操作系统已经发展很久,但其许多功能都需要通过第三方软件协调实现,这种操作方式与Symbian和Linux相比,显然差了很多。Palm OS操作系统以简单著称,Palm OS以简单的图形界面来完成对信息的处理操作。而且Palm OS系统运行占用资源少,处理速度快。由于系统内部结构简单,在软件存储和运行方面都只需要非常少的空间。但是因为Palm OS的设计过分地追求了低功耗和低硬件要求的理念,所以在如今智能手机飞速发展的市场看来已经显得格格不入。而且就目前来看,其支持中文的操作平台开发十分缓慢,也在一定程度上减缓了其在国内市场的发展。一 AndroidGoogle于2007年11月5同宣布推出一款全新的智能手机操作系统Android。6
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