Android平臺下BDS增強定位終端的設計與實現

肖　廈

(中國科學院 國家授時中心，西安　710060)

Android平臺下BDS增強定位終端的設計與實現

肖廈

(中國科學院 國家授時中心，西安710060)

摘要：日常生活中，人們對位置服務信息需求的不斷提高，位置服務成了廣泛關注的熱點。安卓平臺作為首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟件，擁有豐富的軟件資源和應用場景。針對移動終端便攜、易操作等優點，結合平臺優勢開展基于安卓系統移動終端的導航定位技術的研究；在安卓平臺上設計了一款新型移動導航定位終端，實現了基于安卓平臺的BDS高精度廣域增強精密單點定位技術。研究中，整合了終端的各功能模塊，配合相應的軟件驅動，通過地圖匹配提供給用戶高精度的位置服務，為BDS的應用提供參考。

關鍵詞：安卓平臺；移動定位終端；精密單點定位；地圖匹配

0引言

隨著社會的高速發展，在日常生活中人們對位置服務信息的需求變得越來越大，特別是針對移動終端領域，由于其便攜、易操作等優點，位置服務信息得到更廣泛的應用[1]。目前在Android系統上常見的移動定位方式是通過全球定位系統(global positioning system，GPS)模塊獲取GPS信號，利用其提供的位置信息(經緯度坐標，包括三維向量等)來實現在電子地圖上的位置標定。而在北斗衛星導航系統(BeiDou navigation satellite system，BDS)不斷發展和完善情況下，開發Android平臺下基于BDS的移動定位終端便成了當下的發展趨勢。本文基于Android操作平臺，結合國家授時中心的BDS高精度廣域增強服務系統設計實現了一款移動導航定位終端，以滿足移動定位領域在高精度定位服務方面的需要。

1Android平臺下BDS定位實現

1.1組成結構

BDS定位模塊由信號接收硬件和數據處理軟件2部分組成，是實現Android平臺定位功能的基礎。信號接收硬件一般是高集成緊湊型并內置天線的模塊，現在多數模塊是采用表面貼裝器件(surface mounted devices，SMD)貼片，尺寸小、功耗低，捕獲和跟蹤良好，可實現快速定位。數據處理軟件固化在主板芯片中，處理算法必須借助特殊設備才能夠刷寫；其主要功能是通過對BDS信號載波解調和電文解碼后得到的觀測信息和星歷的計算得到位置坐標。

1.2功能實現

在上述的基礎下，在Android平臺中實現BDS定位的功能可以概括地總結為是對解算輸出模塊接口的一種調用；而在Android平臺下有一個特殊的位置功能類庫Android.location，它可以為定位服務的應用程序開發提供支持，用來獲取當前設備的地理位置，其中BDS模塊的定位信息來源于位置提供者BDS_PROVIDER，用于設備自身的定位。

Android.location中包含了5類，分別是Location、LocationMananger、LocationProvider、LocationListener和Criteria[2]。其中定位管理類LocationManager是最重要的一個類，它是整個定位服務的入口類，通過它可以實現定位跟蹤和趨近的提示功能。當應用程序接口(Application Programming Interface，API)定義了一個LocationManager類后，通過Binder機制開啟LocationManagerSevice，這其中的主要內容都是圍繞著 Location Provider進行的，之后搜索系統中所有的LocationProvider，從而達到獲取最新位置信息的目的，同時也可以使用監聽器LocationListener來主動獲取位置更新通知。通過設置Criteriac=new Criteria可以創建一個Criteria類，并將Criteria類傳遞給LocationManager類[3]。5種類之間的關系如圖1所示。

圖1　位置服務的相關類

2Android平臺下BDS增強定位終端的設計

現階段BDS提供開放服務的定位精度為10 m，與GPS民用服務所提供的定位精度相當，這使得以BDS為依托開展增強定位技術的研究和自主應用成為可能。順應當今對高精度便攜式移動定位終端的需求，開發了基于Andriod平臺的BDS導航增強定位終端。

2.1組成結構

BDS增強定位終端在Friendly ARM Smart210-A Android平臺的基礎上進行開發，添加了2個串口UART1、UTRT2(TTL電平，波特率：115 200；奇偶校驗：N；數據位：8；停止位：1)的驅動，并整合了FT2232USB 轉Serial 驅動，以完成BDS實時觀測數據流的發送與接收；2套天線系統(C波段、L波段)，增強系統接收解調模塊；BDS模塊(B1、B2頻點)及轉接板，其主要完成系統電源的分配(外接電源和內部電池)、串口電平轉換(外接調試用串口)、各種外部接口的適配(充電電路、復位按鈕、電源指示)等，其結構如圖2所示。

圖2　終端結構原理

2.2功能設計

在定位解算算法中，采用了基于BDS的廣域增強實時精密單點定位(precise point positioning，PPP)技術。以功能劃分BDS導航增強一體化終端主要包括3個模塊：全球衛星導航系統(global navigation satellite system，GNSS)信號接收模塊、增強信息接收模塊、定位解算模塊。

GNSS接收模塊接收GNSS信號，進行解調解擴處理，輸出偽距和載波相位測量值；增強信息接收模塊可接收地球同步衛星轉發的高精度服務信號，進行解調解擴處理，輸出高精度增強信息，同時也可直接通過3G/WiFi網絡直接獲取增強信息并輸出；定位解算模塊，接收GNSS模塊輸出的偽距和載波相位測量值，同時接收高精度增強信息，進行實時精密單點定位解算，最終實現高精度的位置服務。功能流程圖如圖3所示。

圖3　功能流程圖

3Android平臺下BDS增強定位終端的定位實現

定位解算模塊是進行BDS實時PPP解算的核心，主要包括解算核心程序SRC模塊、定位支持模塊RCV，配置模塊config和應用模塊APP[4];其中核心解算庫libbds.so是通過NDK編譯后生成的靜態鏈接庫，config模塊通過配置文件獲得解算過程中的各種參數，包括輸入、輸出數據流來源(文件、串口、網絡)、數據流格式、解算參數等；數據流經過RCV模塊解析后，送到SRC模塊進行解算，解算結果再通過全局變量或者網絡以SOCKET方式共享到APP[5]。整個程序開發在Eclipse下完成，最后生成BDsppp.apk導航應用程序，見圖4。

圖4　終端功能流程圖

3.1應用界面

BDsppp.apk使用XML語言來描述界面的布局，并集成了地圖組件Osmdroid，完成地圖定位顯示。在main.xml中使用了LinearLayout命令進行應用界面布局，通過ListView列出功能按鈕列表。應用界面主要包括狀態顯示界面、地圖顯示界面、數據流設置界面以及解算過程設置界面等，如圖5所示。

圖5　解算過程設置界面

解算過程選項主要包括：1)定位解算模式：PPP-Static(靜態PPP)或者PPP-Kinemaric(動態)；2)電離層修正：雙頻無電離層組合或者模型改正；3)對流層改正：參數估計或者模型改正；4)衛星軌道和鐘差修正：精密星歷或者廣播星歷加國家空間表示(state space representation，SSR)信息[9]。上述這些選項是實時PPP定位算法的關鍵參數，是進行高精度定位和導航的基礎[10]。

在解算過程中，可顯示收星信噪比和星座圖，并在子窗口完成切換[6]，如圖6所示。

圖6　應用程序顯示界面

實時定位解算結果以經度(Lat)、緯度(Lon)、高程(Height)和東(E)、北(N)、高(U)方向標準差的形式輸出在界面上，還包括系統時間，可見衛星數和幾何精度衰減因子(geometric dilution of precision，GDOP)值，給用戶直觀的定位體驗。

3.2定位實現

考慮到移動導航定位系統的高實時性，通過創建和使用MySQL數據庫[8]，以log文件形式完成數據的存儲；同時在輸入端可完成歷史數據的回放。圖7是2013年在廈門市的動態演示試驗結果：在實現軌跡記錄的設計中，設置位置監聽周期為1 s，通過OverLay類在地圖上打點并連線，其中GeoPoint是終端移動前后2點的軌跡，在地圖上以可以移動小人為標志，代表當前車輛的移動方位。

定位地圖匹配時，使用Mobile Atlas Creator軟件制作OpenStreetMap離線地圖[7]；同時保證地圖通過網絡可以實時下載更新并顯示當前位置，可進行大小縮放和顯示模式切換，

在地圖模式下，放置1個TextView組件用來更新實時定位信息，包括定位模式、定位坐標、定位誤差及參數等；同時提供了工作狀態提示燈，使定位顯示更為直觀和豐富。

圖7　廈門市試驗結果及地圖顯示

從圖中可以看到1條清晰的定位軌跡，當前參與解算的BDS衛星數目為9顆，ENU方向的標準差分別為0.288、0.238和0.639 m，滿足高精度實時定位的需求。

在本終端的設計中，充分考慮了Android系統易操作性、擴展性和高效率等優點，結合已有的BDS高精度廣域增強PPP定位技術，開發和擴展

了Android系統各應用程序接口(application pro-gramming interface，API)模塊，開拓了BDS手持終端高精度定位的新思路，在多款Android平臺上進行了試驗，具有很強的適應性；在性能方面，程序的運行效率和穩定性與市面上其他定位軟件相當，而且在定位精度上較傳統Android定位終端有顯著的提高，達到車道級別的分辨能力，同時為其他導航應用保留了相應的接口，尤其在車載和船載導航應用領域，具有很大的擴展空間。

4結束語

本文在對Android平臺定位應用特點、Android平臺下BDS定位技術、地圖匹配等關鍵技術研究的基礎上，提出了一種移動導航定位新終端的設計思路：實現了基于Android平臺的BDS高精度廣域增強PPP定位技術；利用終端各功能模塊的整合，并配合相應的驅動開發，很好地提供給了用戶高精度的定位服務，為BDS的應用開拓了新的平臺。對于Android平臺上成熟的導航定位產品，在定位相關功能上的開發不夠，像雷達功能、地點列表和導航規劃等功能還在完善中；今后的開發目標是逐步形成一套完整的從定位導航、衛星授時到路徑規劃的服務體系。本終端的開發可為BDS移動導航定位系統新的應用場景研究及其他平臺的移動導航定位系統研究與設計等方面提供參考價值。高精度定位技術與便攜終端的有效結合將有廣闊的應用前景，能夠為用戶提供更多高效的位置信息服務。

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Design and implementation of BDS enhanced positioning terminal based on Android platform

XIAO Xia

(National Time Service Center，Chinese Academy of Sciences，Xi’an 710060，China)

Abstract：In daily life，the demand to position service information is constantly improving and people pay widespread attention to location services.Android platform，as the first mobile terminal to create a truly open and complete mobile software，has rich software resources and application scenarios.Taking into account its portability and easy operability，based on the terminal of Android combined with the platform advantages，this paper carried out the research on mobile navigation and positioning technology system.Based on the Android platform，a design method was presented for terminal of mobile navigation and positioning that realized the wide area high precision enhanced PPP technology.With the use of integrated terminal of each functional module and software driven，it could provide location service to users with high precision.It would develop a new platform for the application of Beidou satellite navigation system.

Keywords：Android；mobile positioning terminal；PPP；map matching

收稿日期：2015-06-15

作者簡介：肖廈(1989—)，男，陜西西安人，博士研究生，研究方向為衛星導航定位算法。

中圖分類號：P228

文獻標志碼：A

文章編號：2095-4999(2016)02-0087-04

引文格式：肖廈.Android平臺下BDS增強定位終端的設計與實現[J].導航定位學報，2016，4(2)：87-90.(XIAO Xia.Design and implementation of BDS enhanced positioning terminal based on android platform[J].Journal of Navigation and Positioning，2016，4(2)：87-90.)DOI：10.16547/j.cnki.10-1096.20160218.