基于移動手機(jī)Web的植物分布查詢系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

許淼平　賴日文　郭雅潔　魏林清　閻旭　楊惠明

摘要：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）定位功能和百度地圖AIP位置顯示功能，導(dǎo)入校園植物信息數(shù)據(jù)庫，建立基于移動手機(jī)Web的校園植物分布查詢系統(tǒng)。植物分布查詢和移動定位周邊植物信息查詢是該系統(tǒng)的兩大部分，可以定位植物也可以獲取植物特性信息。目的是為了解決校園及景區(qū)游客方便了解該地區(qū)植物分布及植物相關(guān)信息普及。

關(guān)鍵詞：BDS 移動手機(jī)Web 百度地圖 植物查詢 定位信息

中圖分類號：S476 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0155-03

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制開發(fā)、可以獨(dú)立運(yùn)行，區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠全天候、全天時地在全球領(lǐng)域內(nèi)為各類用戶供給高精度的定位、導(dǎo)航和實(shí)時授時服務(wù)，而且具備短報文通信能力[1]。

1 項目背景

目前有一些關(guān)于植物定位方面的研究，如利用Web服務(wù)器采用B/S架構(gòu)，由C語言NET、ASP、ADO、NET技術(shù)開發(fā)，同時，引入百度地圖JavaSeript API，用戶只需通過瀏覽器不僅能夠監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，而且定位信息能夠直觀地被顯示在地圖上[2]；北京植物園建立了一系列包括植物引種登記、植物物種等的植物信息數(shù)據(jù)庫，還有圖、文、表一體化的植物定制電子地圖，植物信息的數(shù)字化管理能夠被實(shí)現(xiàn)，但僅僅是簡單的地圖顯示圖[3]；還有探究通過GPS移動定位、百度地圖定位API接口，在對校園內(nèi)植物分布坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集與分析，個人定位可以被實(shí)現(xiàn)，可以查詢周邊植物信息等等[4]。

福建農(nóng)林大學(xué)風(fēng)景秀麗，吸引了很多游客進(jìn)校參觀。但游人卻不能全然知道其植物名稱與特點(diǎn)。本系統(tǒng)是基于移動手機(jī)客戶端，利用BDS定位導(dǎo)航功能以及百度地圖顯示信息功能，導(dǎo)入植物數(shù)據(jù)庫大數(shù)據(jù)進(jìn)行校園植物信息查詢和路徑導(dǎo)航。可以通過移動手機(jī) Web 平臺，利用百度地圖定位功能和大數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)系統(tǒng)，讓游人打開手機(jī)植物搜索App就好。

2 查詢系統(tǒng)設(shè)計

植物查詢系統(tǒng)大致分為兩個部分，分別是：植物分布的查詢、移動定位周邊植物信息的查詢。

通過BDS移動定位周邊的植物信息，得到個人周圍BDS地理位置。并通過與植物分布坐標(biāo)數(shù)據(jù)庫對照剖析使用百度地圖API使得相關(guān)植物信息清晰地顯示在地圖中。這部分設(shè)計的初衷是為了便于游客發(fā)現(xiàn)周邊相同美景，便于宣傳某學(xué)校的美麗。

2.1 分布查詢系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計

這個掌上應(yīng)用，包含了植物信息表和植物坐標(biāo)表。兩個表格具有對應(yīng)關(guān)系，表示植物定位信息的不同兩個領(lǐng)域的聯(lián)系。其一表包含：植物的編號、簡介和植物名稱；另一表格包含植物的編號和經(jīng)度、緯度。其中經(jīng)緯度的形式表明定位的實(shí)質(zhì)只是平面位置。

2.2 獲取植物定位信息

為定位校園內(nèi)的植物坐標(biāo)，需要借用百度地圖的坐標(biāo)拾取器進(jìn)行坐標(biāo)定位并獲取其坐標(biāo)。例如在校園內(nèi)規(guī)定其中若干點(diǎn)的標(biāo)識，如百度地圖上常見的位置定位一樣顯示定位信息坐標(biāo)位置。

2.3 兩點(diǎn)定位植物坐標(biāo)

小型植物的地理坐標(biāo)可以通過測算和其相同片區(qū)內(nèi)的大型植物的距離差和偏移角度來測得。利用兩點(diǎn)緯度計算距離的方法進(jìn)行推導(dǎo)換算，這樣獲得的所有坐標(biāo)數(shù)據(jù)才是精確覆蓋范圍廣的數(shù)據(jù)庫。

2.4 移動端BDS 定位

本文所設(shè)計的移動目標(biāo)定位追蹤系統(tǒng)通過BDS導(dǎo)航模塊接收移動目標(biāo)位置信息，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)與客戶端信息傳送。用來實(shí)現(xiàn)對移動目標(biāo)的定位追蹤。該系統(tǒng)終端體積小、攜帶方便，雙模定位更加精確。室外定位技術(shù)主要是借助BDS。用戶終端由BDS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號，具有系統(tǒng)覆蓋廣和定位精度高等好的方面[6]。

3 BDS 移動定位誤差來源分析

北斗二代定位系統(tǒng)采用的是無源定位的方式，導(dǎo)航電文會被衛(wèi)星系統(tǒng)不斷發(fā)射出來[7]。從北斗定位的過程來看，由于測量帶來的偏差視作偽距測量時的距離誤差，被稱做用戶等效測距誤差[8]。

3.1 BDS移動單點(diǎn)定位法

不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文是BDS衛(wèi)星部分作用[9]。因為用戶接收機(jī)使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo) x、y、z 外，衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時間差被作為未知數(shù)，然后用4個方程將這4個未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。形成以下方程式建立方程求解[10]：

3.2 基于BDS的偽衛(wèi)星技術(shù)

旨在解決BDS定位誤差問題。地面?zhèn)涡l(wèi)星和北斗衛(wèi)星發(fā)射相同格式的導(dǎo)航信號，用戶機(jī)同時接收雙星與地面?zhèn)涡l(wèi)星的信號進(jìn)行位置的解算，從而定位。通過偽衛(wèi)星建立方程，將高程方程替換，可以獲得含有四個、四個以上未知數(shù)方程組[11]：

3.3 實(shí)地測量定位誤差

在獲得校園內(nèi)絕大部分植物的龐大坐標(biāo)定位信息數(shù)據(jù)庫后，需要測算實(shí)際坐標(biāo)與在數(shù)據(jù)庫內(nèi)顯示的坐標(biāo)定位信息的誤差。選擇30個數(shù)據(jù)庫內(nèi)隨機(jī)定位坐標(biāo)，再實(shí)地測量各點(diǎn)坐標(biāo)，對比兩項坐標(biāo)的誤差大小。

3.3.1 隨機(jī)選取定位數(shù)據(jù)

在系統(tǒng)建立的數(shù)據(jù)庫中隨機(jī)機(jī)選30組定位信息。讀取此中坐標(biāo)，得如下表1，并在地圖上標(biāo)注其分布得如圖1。

3.3.2 實(shí)地定位測量誤差分析

相關(guān)App網(wǎng)頁設(shè)計在myeclipse 軟件工具編程，并存儲在百度地圖API，生成壓縮包最后擺上百度云服務(wù)器，實(shí)地測量其百度坐標(biāo)經(jīng)緯度可以利用移動手機(jī)相關(guān)的應(yīng)用網(wǎng)站操作，最終得到30個點(diǎn)的百度坐標(biāo)，如表1。

通過得出的兩組對應(yīng)的百度定位值計算，使用百度地圖API 接口的下式進(jìn)行兩點(diǎn)經(jīng)緯度的距離計算[12]：

Varpoint A=new BMap.Point（x，y）；

Varpoint B=new BMap.Point（x‘，y）；

BMap.get Distance（pointA，pointB）.to Fixed。

這里y和y是緯度，x、x是經(jīng)度；點(diǎn)A和點(diǎn)B是被作為兩個不同坐標(biāo)位置點(diǎn)。兩點(diǎn)不同坐標(biāo)的距離差通過運(yùn)用BMap.get Distance 函數(shù)得到，to Fixed表示保存兩位小數(shù)，用來計算這30組數(shù)據(jù)庫和BDS系統(tǒng)定位的偏差。正如下面的數(shù)據(jù)表2。根據(jù)表格模擬對比制作出實(shí)際與測量對比定位圖，如圖2。

這個數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)就是利用通過BMap.get Distance（pointA，pointB）方法獲得兩差異經(jīng)緯度的實(shí)際距離差值。

通過對圖2觀察后得到剖析結(jié)果。可以比較清晰地看到：在校園內(nèi)的BDS定位誤差，大約95%以上在0～30米的范圍之內(nèi)。

4 解決BDS定位誤差對策

4.1 定位誤差帶來的影響

在某校園內(nèi)BDS定位誤差分析的結(jié)果中我們能夠清楚，我們制作的系統(tǒng)是搜索植物目標(biāo)信息，而且我們定位位置周圍20米內(nèi)的全部植物的信息能夠被獲得，如果是單獨(dú)運(yùn)用BDS定位一個植物的定位信息，可能造成較大的誤差，所以解決此問題非常關(guān)鍵。

4.2 解決方法分析

可從圖3得到，周邊20米范圍的植物坐標(biāo)信息在被定位搜索。偏差是30m，我們假想A作為定位點(diǎn)，圓1是定位點(diǎn)周邊20m圓，其內(nèi)全部植物信息都是我們想要獲悉的植物信息。圓2為偏差是30m的圓，圓2內(nèi)的植物信息絕對是游人想要的[13]。

在比較特殊的條件下，我們保持搜索半徑是20m，這樣我們系統(tǒng)搜索的結(jié)果為30m范圍內(nèi)，圖中的陰影部分就是我們希望了解的植物的一點(diǎn)而已。于此，如果系統(tǒng)把查詢的半徑變作50m，那植物定位系統(tǒng)在這樣的情況下，這里面就包括了圓1。這樣在真實(shí)的情況下，我們將目標(biāo)查詢范圍從20m增大為50m，這樣可以保證在存在BDS定位偏差的條件下，也同樣能得到我們希望的信息。還有就是對于在我們查詢中得出的多余部分的信息，讓游覽的游人由自身需要判定需要與否就好了。這樣，在保證我們校的目標(biāo)條件下，通過簡單的增大查詢范圍就可以解決BDS定位偏差對我們帶來的情況。

5 軟件功能實(shí)現(xiàn)

憑借機(jī)群的特點(diǎn)和通信技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，本文提出了基于和基站定位的通訊定位系統(tǒng)。監(jiān)控中心服務(wù)器、嵌入式定位終端以及網(wǎng)站發(fā)布3個模塊構(gòu)成系統(tǒng)。系統(tǒng)工作流程是嵌入式定位終端控制SIM900模塊定時采集基站信息，將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)通過BDS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器 TCP端口；監(jiān)控點(diǎn)服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并被保存至數(shù)據(jù)庫，百度地圖API接口被Web服務(wù)器利用將百度地圖服務(wù)連接到網(wǎng)頁，用戶即可通過瀏覽器査詢位置信息[14]。

5.1 植物查詢分布

如圖4所示，在點(diǎn)擊搜索欄可以搜索所需要植物的信息，也可以按右邊框的定位欄，可以定位所在位置，查詢周邊植物分布和信息，即為相應(yīng)植物在校園內(nèi)分布情況。

5.2 定位并查詢周邊植物信息

如圖所示，圖5是搜索游人周邊50m范圍內(nèi)植物信息結(jié)果，觀察可看到游人身邊植物的名稱和位置以及相關(guān)進(jìn)一步信息。

6 方案創(chuàng)新設(shè)計

基于移動手機(jī)用戶端的植物查詢系統(tǒng)結(jié)合了BDS的精確定位功能，并且建造了龐大的植物數(shù)據(jù)庫，利用百度地圖AIP顯示功能，結(jié)合當(dāng)下APP手機(jī)軟件方便快捷的功能設(shè)計的一款全新理念的具有植物查詢和路徑定位的功能系統(tǒng)。植物查詢系統(tǒng)大致分為兩個部分，分別是：植物分布查詢、移動定位周邊植物信息查詢。

移動定位周邊植物信息查詢的機(jī)理是基于BDS移動定位，得到個人周邊BDS定位坐標(biāo)信息。并通過與植物圖庫對照剖析使用百度地圖API獲取相關(guān)植物信息并準(zhǔn)確地顯示在地圖上。這部分設(shè)計的初衷是為了便于游客發(fā)現(xiàn)周邊相同美景，便于宣傳農(nóng)大的美麗。

7 系統(tǒng)應(yīng)用展望

本系統(tǒng)已經(jīng)建成大量的植物數(shù)據(jù)庫信息，并且已經(jīng)初步制作出植物分布查詢系統(tǒng)App軟件，此軟件易于安裝并使用方便，搜尋植物功能強(qiáng)大，定位精準(zhǔn)，查詢植物信息全面到位，是一款非常適合綠色旅游的游客必備手機(jī)軟件。

此系統(tǒng)目前覆蓋面是在校園，但當(dāng)植物圖庫越發(fā)完善后，加之定位越加精準(zhǔn)后，在將來，不管我們身處何方，都可用這款系統(tǒng)進(jìn)行植物查詢。今后圖庫數(shù)據(jù)更加完善后，此軟件系統(tǒng)可以在森林公園、各名勝風(fēng)景區(qū)和植物園內(nèi)應(yīng)用，隨處可查其內(nèi)植物信息和分布情況。

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