基于ArcGISAndroidAPI的GPS手机导航系统关键技术的研究与实现

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应用研究数字技术
与应用
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如今，地理空间信息(Geographical Information)已部分实现
了随时(anytime)、随地(anywhere)为所有的人(anybody)和事
(anything)提供实时服务(4A 服务)。位置服务（Location Based
Service，LBS）是一种移动信息服务，它采用定位技术确定用户的当
前地理位置，利用地理信息系统技术和移动互联网技术向用户提供
与其位置相关的信息服务[1]。LBS几乎涵盖了人类动态活动的每一
方面：智能交通、物流配送、军事国防、公安消防、环境工程、野外数
据采集等多个领域，它将在未来人们的数字生活中扮演重要角色。
但这些专业级产品的目标用户往往是专业人员或行业使用者，因此
专业GIS不适合大众类应用[2]。
GPS导航手机就是卫星导航手机，与手机电子地图的区别就在
于，它能够告诉你在地图中所在的位置，以及你要去的那个地方在
地图中的位置，并且能够在你所在位置和目的地之间选择最佳路
线，并在行进过程中的为你提示左转还是右转，这就是所谓的导航。
目前，GPS手机已经不仅适应车载导航用户，也能适应步行者以及
人们日常公交的换乘用户使用，未来的GPS手机功能将涵盖普通百
姓更多的需求。如今，随着智能手机的进一步发展，以及3G 网络的
使用，移动终端不再仅是通讯网络的终端，还将成为互联网的终端。
在当今社会，越来越多的互联网应用被移植到智能手机中来，导航
软件在智能手机中的应用成为了研究热点之一。
1、移动GIS 系统关键技术介绍
1.1 移动GIS 技术
地理信息系统（简称GIS）是一种特定的十分重要的空间信息
系统，是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表层（包
括大气层）的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、
显示和描述的技术系统。移动GIS是GIS（地理信息系统）从静态走
向动态环境的重大发展，通过综合运用GPS的精确定位技术、便携
移动设备(如掌上电脑、智能手机)、移动通信技术和GIS的空间信息
处理能力，使野外工作者能够利用该系统实时地获取、存储、更新、
处理、分析和显示地理信息[3]。
移动GIS作为一种特殊的网络GIS，除具有网络GIS的一般特点
外，还具有以下特点：(1)基于无线网络；(2)移动端的多样性；(3)信息
载体多样化；(4)信息服务的实时性；(5)移动性；(6)频繁间断性；(7)
弱可靠性；(8)网络通信的非对称性；(9)资源有限性；(10)对空间位置
的依赖性[4]。
1.2 移动定位技术
对于移动终端的定位过程大致分为两步：一是测量；二是计算。
根据测量和计算实体的不同，移动定位技术大致可以划分为三类:
(1)基于移动终端的定位；(2)基于网络的定位；(3)混合定位。目前市
场上的智能手机大都采用的是混合定位方式，但是在野外导航时采
用的主要是基于移动终端的GPS定位和A-GPS定位。而GPS定位正
是Android系统平台的一大特色亮点。GPS系统包括3大部分：空间
部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设
备部分——GPS信号接收机[5]。
在ArcGIS for Android中，定位功能都被分装在一个Location
Manager对象中，我们可以这样来使用Android的定位服务[6]。
要使用Android系统的定位服务（LOCATION_SERVICE），在Android
清单文件中一定要有相应的权限：

...
通过GPS与GIS技术的结合，可以实现各种与位置有关的地理
信息服务(LBS，Location Based Services)，从而大大扩展了移动
GIS的应用领域[7]。
1.3 移动互联网技术
移动互联网是指手持设备通过无线方式访问互联网，就是将移
动通信和互联网二者结合起来，成为一体。随着Web2.0技术使大众
群体成为信息创造的主体，移动互联网就把信息生产从PC拓展到
手机，物联网环境下使得信息生产从人拓展到物。互联网时代，海量
信息的存储和信息的处理能力成为信息服务的关键。调查显示，移
动互联网正以飞快的发展速度赶超传统互联网。
1.4 移动数据库技术
移动数据库是指移动环境的分布式数据库，是分布式数据库的
延伸和发展。移动数据库要求支持用户在多种网络条件下都能够有
效地访问，完成移动查询和事务处理。利用数据库复制/ 缓存技术
或数据广播技术，移动用户即使在断接的情况下也可以访问所需的
数据，从而继续自己的工作。其中的时态空间数据库技术是移动GIS
的关键。移动数据库技术的研究主要涉及五个方面：移动数据库复
制/缓存技术、移动查询技术、数据广播技术、移动事务处理技术、移
动数据库安全技术。
1.5 地图匹配技术
地图匹配是一项确定车辆在地图上位置的技术，其纠错技术恰
恰避免了定位技术无法克服的局限性。地图匹配指GPS接收机测量
到其载体当前的有关位置信息后，再从电子地图数据库中获取有关
信息，然后通过匹配算法得到载体位置等的偏差信息，并对其进行
实时修正，从而准确显示车辆的位置[8]。地图匹配技术是决定导航产
品最终性能的关键技术，因此，GPS、电子地图相结合并通过地图的
匹配算法实现的组合导航技术是一种比较理想的导航方式。
1.6 ArcGIS for Android介绍
基于ArcGIS Android API
的GPS 手机导航系统关键技术的研究与实现
周靖雄 陈友飞
(福建师范大学地理科学学院 福建福州 350007)
摘要：本文首先分析当今的市场对GIS、手机导航新需求，在物联网环境下需要地理空间信息提供4A服务，而这需要一系列的新技术支持。
接着论述了这些新技术的概念、原理及特点。最后在目前最流行的Android平台下，结合ESRI推出的ArcGIS Android API插件，设计了一款智能
手机导航系统。
关键词：LBS GPS手机导航 移动GIS ArcGIS for Android
中图分类号：TN929.53 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)04-0045-03
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ArcGIS for Android将GIS的适用范围从办公室扩展到移动
Web。发布时，ArcGIS for Android将包括一个应用程序，您将能
够从Android Market应用商店下载这款称为ArcGIS的应用程序。
这个应用程序将类似于已经发布的ArcGIS for iOS和Windows
Phone应用程序。使用该ArcGIS应用程序，您能够浏览ArcGIS.com
或ArcGIS Server提供的地图，并且利用程序中提供的工具进行搜
索，识别位置和要素，测量线和面，以及编辑。
2、GPS 手机导航系统的设计
目前移动GIS的实现方式主要有以下三种：WAP模式、C/S模
式和应用软件模式。
2.1 需求分析
手机导航的主要功能是以图形、文字的形式为用户提供地图服
务，并提供友好、方便、快捷的操作界面。其功能需求从用户和商家
两方面来进行分析设计，具体需求包括：(1)地图控制：能够对地图
进行放大、缩小、漫游、显示全图等；(2)实时定位：能够将用户当前位
置在地图上标注出来，并能随着位置的变化而实时更新，即在地图
上定位用户的当前位置；(3)路径导航：能够根据用户的当前位置与
目的地，为用户规划路径，并在地图上显示，进行实时路径引导；(4)
轨迹跟踪：能够在地图上显示出用户的行驶路径，并给出相应的行
驶距离；(5)资讯查询：根据用户的当前位置，查询用户附近所需要
的信息，比如附近的影院信息、商家信息等；所有这些需求实现，都
要求操作简单，符合手机使用者的习惯。商家需要能够根据用户的
位置，进行促销信息的广告推送。
2.2 数据存储和表的设计
在A n d r o i d 的环境中，可供选择的存储方式有S h a r e d
Preference、文件存储、SQLite数据库方式、内容提供器和网络。本次
实验中选择的是SharedPreference数据库方式来对属性数据进行存
储。
表1 Tracks 表的结构描述
属性 类型 含义 备注
id IN TEGER 主键ID
nam e text 名字
desc text 描述 描述文字
distance long 距离 起点到终点的距离
tracked_tim e long 已经跟踪的时间
locats_count IN T E G E R 跟踪点数
created_at IN T E G E R 创建时间
updated_at IN T E G E R 更新时间
avg_speed long 平均速度
m ax_speed long 最大速度
表2 locats表的结构描述
属性 数据类型 含义 备注
id IN T E G E R 主键
track_id IN T E G E R 跟踪ID 外键
longitude text 维度
latitude text 经度
altitude text 偏差
created_at IN T E G E R 创建时间
3、GPS 手机导航系统的实现
在本次实验中，需要的软件环境及插件配置为：JDK1.6.0_10，
Eclipse IDE for Java EE Developers，Android SDK 2.2，ADT-
15.0.0，ArcGISAndroidSDK。除此之外，还需要配置java的环境变
量。本系统基于Android智能手机平台，初步实现了位置跟踪、实时
定位和导航、公交查询和换成等功能。
3.1 电子地图的设计和显示处理
电子地图调用的是googleMap，这需要在Eclipse环境中安装
Google APIs平台插件。
(1)根据debug.keystore获取MD5指纹
keytool -list -alias androiddebugkey -keystore "C:
\Users\Administrator\.android\debug.keystore" -storepass
android -keypass android
图1 MD5 指纹的获取
(2)申请Android map的API Key
打开[img]http://code.google.com/intl/zh-CN/android/mapsapi-]http://code.google.com/intl/zh-CN/android/mapsapi-
signup.html，输入上一步得到的MD5指纹，获得Android map
的API Key：0_m9JB9jLjWCLqj_ MAoPgdLf8D2aM9gPjG8Wuuw。
(3)创建一个用来显示地图的View主键
3.2 导航定位功能的实现
由于Android中的LocationManager提供了一系列的方法来处
理地理位置相关的问题，包括：(1)查询上一个已知位置；(2)注册/注
销来自某个LocationManager的周期性的位置更新；(3)注册/注销
接近某个坐标时对一个已定义的Intent的触发。具体的实现步骤包
括：1)将地图定位到当前的GPS指定的位置。在地图展示的界面中，
首先注册一个基于locationListener的MyLocationListener，使得移
动终端在GPS信息改变的时候能够被捕捉到，然后使用Location
Manager得到当前的GPS位置信息，最后将地图定位到当前的GPS
指定位置，并使用基于Overlay的MyOverlay将其显示在地图上；2)
通过实现MyOverlay，在地图上划出一个图层。首先使用toPixels将
GPS获取的Geopoint 点转化为手机屏幕上的点坐标myScreen
Coords，然后使用Android的draw系列画出需要的标识即可；3)实
现MyLocationListener。定义一个MyLocationListener类实现Location
Listener定义好的接口，主要是实现一个onLocationChanged
的方法，当在GPS位置信息发生改变的时候被调用，将地图定位到
新的位置，并使用Toast显示当前位置的坐标，并使用MyOverlay将
其显示在地图上。
4 、结语
4.1 系统实现的功能
本文在谷歌手机导航的基础上，重点引入了移动GIS的概念，
主要实现了以下功能：(1)地图操作功能。包括放大、缩小、漫游、鹰
眼、显示全图、距离测量、面积测量等；(2)数据查询功能。包括查询定
位（可以输入地点的名称，定位到地图上具体位置），公交换乘查询
（输入起点站和终点站，可以显示车次，并在图上显示出来）；(3)实时
导航定位功能。实时导航定位主要是为自驾用户服务，当用户在一
个陌生的地方或是不熟悉路况的情况下，可以将用户在地图上的位
置在手机终端实时地显示出来。并且可以输入起点和终点，显示出
最短路径，提供实时导航的功能。
4.2 改进的地方
(1)实时导航的实现。可以在此基础上进一步完善，实时地获得
移动终端的移动方向、最大速度和跟踪时间等。
(2)与物联网相结合。将该GPS手机导航系统与物联网结合起
来。从具体的实现来看，可以将每次跟踪导出为K M L 文件，也可以
每次更新位置时给指定的服务器发送数据，服务器实时记录移动终
······下转第48页
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3.4 构造两根翅骨部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：椭圆截面；基准高度：
0.15；高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：60；拼合
方式：取高。移动鼠标到老鹰的翅骨部分轮廓处,当其改变颜色时,
单击鼠标左键,结果如图7。
3.5 构造尾骨部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：椭圆；基准高度：0.15；
高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：30；拼合方式：
取高。移动鼠标到老鹰的尾骨部分轮廓处,当其改变颜色时,单击鼠
标左键,结果如图8。
3.6 构造翅羽部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：椭圆截面；基准高度：
0.15；高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：20；拼合
方式：取高。结果如图9。
3.7 构造尾羽部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：椭圆截面；基准高度：
0.15；高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：40；拼合
方式：取高。结果如图10。
图10 构造尾 图11 构造身体及尾骨 图12构造头部
羽曲面 上羽毛曲面 羽毛曲面
3.8 构造身体及尾骨上羽毛部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：椭圆截面；基准高度：
0；高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：20；拼合方
式：叠加。结果如图11。
3.9 构造头部羽毛部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：圆弧；基准高度：0；高
度效果：限定高度0.05；边界角度：85；边界处理：只做闭合区域；拼
合方式：叠加。结果如图12。
3.10 构造两条腿上羽毛部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：椭圆截面；基准高度：
0；高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：30；拼合方
式：切除。结果如图13。
图13 构造两条腿上 图14 构造鹰爪 图15 构造眼球
羽毛曲面 部分的曲面
3.11 构造鹰爪部分的曲面
选择区域浮雕命令,设置参数:截面形状：椭圆截面；基准高度：
0；高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：60；拼合方
式：叠加。结果如图14。
3.12 构造眼球
选择区域浮雕命令, 设置参数: 截面形状：椭圆截面；基准高
度：0；高度效果：自由高度；表面特征：整体光滑；边界角度：40；拼合
方式：叠加。结果如图15。
如所创建的刀具路径如不需修改，则用鼠标右键选择创建好的
浮雕刀具路径打开下拉菜单，选择机器工作命令，此时需要将Z 轴
最高点设为0，便于加工浮雕物体前的对刀操作。生成加工浮雕物体
所需的NC程序，然后在指定的文件目录下将程序传送到数控雕刻
机机床上，对所需的雕刻刀具设定好工件坐标系后，选择此程序即
可进行浮雕物体的加工，一般加工浮雕物体所需时间较长。
4 、结语
随着工件造型的日趋复杂，曲面的要求越来越高，高速雕铣加
工将有更大的应用空间，面对较小的复杂工件，雕铣的小刀具，高转
速，有更好的适应性和经济性。必将会在更多的领域发挥更大的作
用。简洁的操作系统使一人操作数台CNC雕刻设备成为现实。我们
有理由相信，雕刻行业的明天灿烂无比。
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端的位置。可以围绕着轨迹实现GPS浮动车数据的地图匹配、实时
路况等功能，进一步深入可以实时地针对出行信息提取研究。
(3)以移动GIS服务为导向 。本文在谷歌手机导航的基础上，重
点引入了移动GIS的概念。在移动导航的基础上，可以进一步的发
展，与移动GIS的具体应用领域可以进一步结合，如在自助导游服
务、浮动车管理、城市体育馆管理、警用GIS的车辆监控、配电应急指
挥、水雨情信息发布、军事指挥等等的应用领域。为我国“十二五规
划”以及数字地球、智能城市的发展奠定结实的基础。
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······上接第46页】
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