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)星導航系統(tǒng)（BDS）定位功能和百度地圖AIP位置顯示功能，導入校園植物信息數(shù)據(jù)庫，建立基于移動手機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信息普及。

關鍵詞：BDS 移動手機Web 百度地圖 植物查詢 定位信息

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

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自行研制開發(fā)、可以獨立運行，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、全天時地在全球領域內(nèi)為各類用戶供給高精度的定位、導航和實時授時服務，而且具備短報文通信能力[1]。

1 項目背景

目前有一些關于植物定位方面的研究，如利用Web服務器采用B/S架構(gòu)，由C語言NET、ASP、ADO、NET技術開發(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)植物分布坐標數(shù)據(jù)采集與分析，個人定位可以被實現(xiàn)，可以查詢周邊植物信息等等[4]。

福建農(nóng)林大學風景秀麗，吸引了很多游客進校參觀。但游人卻不能全然知道其植物名稱與特點。本系統(tǒng)是基于移動手機客戶端，利用BDS定位導航功能以及百度地圖顯示信息功能，導入植物數(shù)據(jù)庫大數(shù)據(jù)進行校園植物信息查詢和路徑導航?？梢酝ㄟ^移動手機 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)，讓游人打開手機植物搜索App就好。

2 查詢系統(tǒng)設計

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數(shù)據(jù)庫對照剖析使用百度地圖API使得相關植物信息清晰地顯示在地圖中。這部分設計的初衷是為了便于游客發(fā)現(xiàn)周邊相同美景，便于宣傳某學校的美麗。

2.1 分布查詢系統(tǒng)基礎設計

這個掌上應用，包含了植物信息表和植物坐標表。兩個表格具有對應關系，表示植物定位信息的不同兩個領域的聯(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，需要借用百度地圖的坐標拾取器進行坐標定位并獲取其坐標。例如在校園內(nèi)規(guī)定其中若干點的標識，如百度地圖上常見的位置定位一樣顯示定位信息坐標位置。

2.3 兩點定位植物坐標

小型植物的地理坐標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。利用兩點緯度計算距離的方法進行推導換算，這樣獲得的所有坐標數(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

本文所設計的移動目標定位追蹤系統(tǒng)通過BDS導航模塊接收移動目標位置信息，并通過GSM網(wǎng)絡與客戶端信息傳送。用來實現(xiàn)對移動目標的定位追蹤。該系統(tǒng)終端體積小、攜帶方便，雙模定位更加精確。室外定位技術主要是借助BDS。用戶終端由BDS接收機接收衛(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移動單點定位法

不斷地發(fā)射導航電文是BDS衛(wèi)星部分作用[9]。因為用戶接收機使用的時鐘與衛(wèi)星星載時鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標 x、y、z 外，衛(wèi)星與接收機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

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)射相同格式的導航信號，用戶機同時接收雙星與地面?zhèn)涡l(wèi)星的信號進行位置的解算，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定位信息數(shù)據(jù)庫后，需要測算實際坐標與在數(shù)據(jù)庫內(nèi)顯示的坐標定位信息的誤差。選擇30個數(shù)據(jù)庫內(nèi)隨機定位坐標，再實地測量各點坐標，對比兩項坐標的誤差大小。

3.3.1 隨機選取定位數(shù)據(jù)

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

3.3.2 實地定位測量誤差分析

相關App網(wǎng)頁設計在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器，實地測量其百度坐標經(jīng)緯度可以利用移動手機相關的應用網(wǎng)站操作，最終得到30個點的百度坐標，如表1。

通過得出的兩組對應的百度定位值計算，使用百度地圖API 接口的下式進行兩點經(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A和點B是被作為兩個不同坐標位置點。兩點不同坐標的距離差通過運用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，如果是單獨運用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米范圍的植物坐標信息在被定位搜索。偏差是30m，我們假想A作為定位點，圓1是定位點周邊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。這樣在真實的情況下，我們將目標查詢范圍從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 軟件功能實現(xiàn)

憑借機群的特點和通信技術的發(fā)展狀況，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)控中心服務器 TCP端口；監(jiān)控點服務器接收數(shù)據(jù)并被保存至數(shù)據(jù)庫，百度地圖API接口被Web服務器利用將百度地圖服務連接到網(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進一步信息。

6 方案創(chuàng)新設計

基于移動手機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)合當下APP手機軟件方便快捷的功能設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理是基于BDS移動定位，得到個人周邊BDS定位坐標信息。并通過與植物圖庫對照剖析使用百度地圖API獲取相關植物信息并準確地顯示在地圖上。這部分設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，搜尋植物功能強大，定位精準，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軟件。

此系統(tǒng)目前覆蓋面是在校園，但當植物圖庫越發(fā)完善后，加之定位越加精準后，在將來，不管我們身處何方，都可用這款系統(tǒng)進行植物查詢。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、各名勝風景區(qū)和植物園內(nèi)應用，隨處可查其內(nèi)植物信息和分布情況。

參考文獻

[1]王振嶺.基于RDSS通信鏈路的雙模定位技術研究[M].北京：第一屆中國衛(wèi)星導航學術年會論文集，2010.

[2]李萬莉，項著廷.基于百度地圖API的工程機群定位系統(tǒng)開發(fā)[D].同濟大學，2014.

[3]王康，權鍵，等.北京植物園植物信息數(shù)字化管理的初步實現(xiàn)[J].中國園林，2005，11（5）：76-78.

[4]宋軍帥等.校園植物分布查詢系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].科技傳播，2015（4）：136-139.

[5]韓忠民.知經(jīng)緯度計算兩點精確距離[J].科技傳播，2011（11）：196，174.

[6]楊元喜.北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的進展、貢獻與挑戰(zhàn)[J].測繪學報，2010，39（1）：1-6.

[7]Davide BIertozz， Shashi Kumar A P. Networks-on-chip：emerging research topics and novel ideas [Z]. VLSI Design， 2007.

[8]SHI Chuang，ZHAO Qile，HU Zhigang，etal.Precise Relative Positioning Using Real Tracking Data from COMPASS GEO and IGSO Satellites[J].GPS Solutions，2013，17（1）：103-119.

[9]STEIGENBERGER P，HUGENTOBLERU，HAUSCHILDA，etal.Orbit and Clock Analys is of COMPASS GEO and IGSO Satellites[J].Journal of Geodesy，2013，87（6）：515-525.

[10]楊鵬.基于Android的校園位置服務系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D].大連理工大學，2013.

[11]郭陳江，馬瑞峰，等.基于北斗導航系統(tǒng)改進技術的定位誤差偽真與分析研究[J].計測技術.2006，26（1）：21-23.

[12]張明，顧曉雪.北斗接收機定位誤差分析[J].電子與封裝，2015（9）：40-43.

[13]張楠.高效的片上網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)：核內(nèi)路由[D].浙江：浙江大學碩士學位論文，2008.

[14]魏秀啟，鄭維廣，等.北斗杯導航定位接收機的原理及硬件實現(xiàn)[J].設計參考，2009（4）：37-43.