校正数据库模式在手机定位系统中的实现*

陈鲤文,邹复民,张方舟

（福建工程学院 福建省汽车电子与电驱动技术重点实验室，福建 福州350108）

移动定位技术已成为物联网产业能否进一步顺利发展的关键问题。现在应用较广泛的是GPS技术。这种方式要求与交通中心定时通信才能获得实时的交通数据。但其工作过程中却极易受到工作条件、信号传播途径、地图偏移等多种因素的影响[1]。目前，随着3G应用的不断普及，未来的手机将向功能更强、速度更快、形状更轻薄和小巧的方向发展，并拥有高速数据通信和无线上网的功能，手机导航市场出现爆发式增长的契机，它开始扩展到人们生活的各个领域，相比GPS技术,基于手机蜂窝移动定位技术的采集技术无需任何巨额安装与维护费用,获取手机的定位数据相对较容易，但基站定位的精度不如GPS[2]。因此，影响定位技术应用的关键是定位频率、定位精度、地图匹配和手机的覆盖率[3]。

本设计通过手机定时采集位置等信息，再借助移动蜂窝通信传送至服务器，服务器会根据有无GPS信号来判断是否自动切换到基站定位，并针对地图偏移问题，提出校正数据库模式，对位置进行算法校正以达到更高精度的定位，是一种高精度、高效率的位置信息采集处理方案。

1 系统整体架构

手机操作系统采用Windows Mobile,该系统是Microsoft用于Pocket PC和Smartphone的软件平台。Windows Mobile将熟悉的Windows桌面扩展到了个人设备中。Windows Mobile是微软为手持设备推出的 “移动版Windows”。其主要特点包括:硬件指标合理、软件支持强大、支持硬件扩展、娱乐功能强大、网络接口丰富及简单易上手[4]。系统整体架构如图1所示。

手机终端定期采集其用户编号、位置、速度、方向、时间和基站编号信息，并通过移动蜂窝通信等技术传送到服务器，服务器将用户周期性上报的信息存入历史记录数据库，根据用户上传的数据，在GPS无信号情况下改为基站方式来定位用户当前的位置，并可实时监控用户当前所处位置[5]。

1.1 终端程序功能框图

用户终端程序如图2所示，主要包括监控设置、参数设置、窗口设置几个功能，用户可根据自己的实际情况和需要设置GPS以及网络的参数，并选择被监控或者不被监控，也可按照实际需求将该程序以最小化的方式隐藏，或者后台运行。

1.2 服务器数据处理程序

服务器数据处理程序如图3所示，主要包括地图显示、数据处理、通信程序几个功能，为达到更好的定位精度对经纬度进行了校正，程序中允许用户在服务器方实时监控终端所处的位置[6]。

2 谷歌地图经纬度校正

受一些政策法规的限制，Google电子地图必需加上偏移。其实，不仅是谷歌地图，所有国内地图公司的产品也都是要加上偏移。各公司在自己的客户端上再加上修正算法，从而保证使用其产品不会产生偏移。本设计提出一种通过校正数据库实现经纬度校正的方法，该方法可以很好地对经纬度进行校正，是一种切实可行的经纬度校正方法。

2.1 基站坐标校正

图4为基站坐标校正流程图，具体包括以下几个步骤：

(1)获取基站经纬度信息(Lat0,Lng0)，并判断该经纬度与上次经纬度相比是否超过校正数据库的最小精度Dmax，即校正数据库对经纬度坐标的分辨力，本设计使用的是分辨力为0.01°校正数据库,全国的校正数据量接近1 000万条。

(2)如步骤(1)成立,则通过API接口访问校正数据库，获取当前位置下的偏移像素点(△X,△Y)，并将偏移像素点转为偏移经纬度(△Lat0,△Lng0),偏移经度为：

偏移纬度为：△Lat=△X×360÷(256×2zoom)-180 (其中zoom为地图缩放尺度)。

(3)根据当前基站经纬度(Lat0,Lng0)，当前位置的偏移经纬度 (△Lat0,△Lng0)，得到校正后的基站经纬度(Lat,Lng)，即

校正后的基站经度：Lat=Lat0-△Lat

校正后的基站纬度：Lng=Lng0-△Lng

(4)对基站经纬度进行地图呈现。

2.2 GPS定位校正

图5为GPS坐标校正流程图，具体包括以下几个步骤：

(1)获取 GPS经纬度信息(GLat0,GLng0)，并将其转化为谷歌地图坐标(GLat1,GLng1)，并判断该经纬度与上次经纬度相比是否超过校正数据库的最小精度Dmax。

(2)如果步骤(1)成立,则通过 API接口访问校正数据库，获取当前位置下的偏移像素点(△GX,△GY)，并将偏移像素点转为偏移经纬度(△GLat,△GLng),偏移经度为：

偏移纬度为：

△GLat=△GX×360÷(256×2zoom)-180其中zoom为地图缩放尺度。

(3)根据当前 GPS经纬度(GLat1,GLng1)，当前位置的偏移经纬度(△GLat,△GLng)，得到校正后的GPS经纬度(GLat,GLng)，即：

校正后的基站经度：GLat=GLat1+△GLat

校正后的基站纬度：GLng=GLng1+△GLng

(4)对GPS经纬度进行地图呈现。

3 实验结果分析

3.1 GPS定位精度测试

测试方法:选取路口等标志性位置测量其GPS数据，并记录算法校正后的数据，与谷歌地图获取的位置数据比较得出误差。测试结果如表1所示。

数据分析：由测试数据可知，经过算法校正后的定位精度有很大程度的提高，可以由之前的数百米提高到小于5 m。

3.2 基站定位精度测试

测试方法：选取路口等标志性位置测量其GPS数据，并记录算法校正后的数据,与ARCGIS地图中的位置数据比较得出误差。结果如表2所示。

数据分析：由测试数据可知，经过算法校正后的定位精度有很大程度的提高，由之前的数百米提高到几十米。

表1 GPS定位精度测试表

表2 基站定位精度测试表

3.3 数据流量测试

按照每10 s上传一个数据，连续运行软件一定时间，查看手机流量使用情况。具体测试结果如表3所示。

表3 数据流量测试表

数据分析：按照单次上传41 B计算，软件连续工作30 min理论流量为 41×6×30/1024=7.21 KB，但测试数据流量均小于理论值，说明GPRS网络存在一定的延迟，软件无法准确地按照每次10 s的速度上传数据。按照测试流量可以估算出该软件长期运行一个月数据流量大概为10 MB，在可接受的范围内。

本设计对软件功能和数据进行了测试，通过功能测试说明软件已达到设计要求，通过数据测试得出该软件GPS定位精度由之前数百米提高到小于5 m，基站定位精度由之前数百米提高到几十米，误差在可接受范围内，有效地达到了位置信息采集的效果。同时GPS和基站定位互补的工作模式，能够提高智能手机定位的稳定性。

[1]陆建山,王昌明,宋高顺,等.基于卡尔曼滤波的交互式多模型GPS定位方法研究[J].兵工学报,2011,32(6):770-774.

[2]朱鲤,孙亚,胡小文.基于手机定位的动态行程时间探测[J].计算机工程与应用,2007,43(10):244-248.

[3]孙棣华,陈伟霞.基于手机定位的高速公路事件检测方法研究[J].公路交通科技,2006,23(2):133-136.

[4]钱恭斌,尹文涛,王文富.基于WM6.0操作系统的智能手机定位监控系统设计[J].电子技术应用，2009，35(12):24-30.

[5]杨飞.基于手机定位的交通OD数据获取技术[J].系统工程， 2007，25(1):42-48.

[6]李锦辉,徐敬海.基于网络的导航信息服务系统研究[J].测绘科学，2009,31(1):207-209.