【文章內(nèi)容簡介】 。該層主要向終端用戶提供移動導(dǎo)航功能。其主要功能應(yīng)該包含查詢?yōu)g覽、導(dǎo)航定位、用戶通訊（如圖2所示）。查詢?yōu)g覽需要使用GIS空間數(shù)據(jù)查詢功能，能提供搜索地區(qū)周邊交通、服務(wù)信息查詢，并且能夠顯示地圖矢量數(shù)據(jù)；導(dǎo)航定位功能需要通過地圖匹配技術(shù)實(shí)現(xiàn)對北斗定位誤差的修正，同時(shí)用Dijkstra 算法和A* 算法[1]等路徑分析算法實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃，并當(dāng)使用車載模式時(shí)以語音提示方式進(jìn)行導(dǎo)航；用戶通訊模塊則依據(jù)用戶級別的不同，結(jié)合北斗系統(tǒng)具有短文通訊這一特色功能，分別對普通用戶使用網(wǎng)絡(luò)注冊ID驗(yàn)證通過客戶端服務(wù)商中轉(zhuǎn)服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通訊，對高級用戶使用北斗用戶ID驗(yàn)證通過北斗系統(tǒng)地面服務(wù)站進(jìn)行衛(wèi)星專屬互聯(lián)通訊。圖2 北斗導(dǎo)航移動客戶端功能結(jié)構(gòu)圖客戶端主體功能模塊的設(shè)計(jì) 查詢?yōu)g覽模塊設(shè)計(jì) 該模塊主要用于完成數(shù)據(jù)庫中的地理信息數(shù)據(jù)的基本管理、導(dǎo)航過程中目的信息點(diǎn)的查詢、地圖數(shù)據(jù)的訪問與顯示。ESRI公司曾推出ArcGIS Mobile產(chǎn)品，基于該產(chǎn)品可以在Windows Mobile平臺開發(fā)豐富的GIS程序。目前，針對Android平臺，ESRI公司同樣推出了ArcGIS API for Android beta的GIS程序開發(fā)接口。因此可以利用該接口，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)從而實(shí)現(xiàn)查詢?yōu)g覽模塊的設(shè)計(jì)。在Eclipse開發(fā)環(huán)境下，安裝ADT（Android Development Tool）插件與ArcGIS Android API，就可以利用ArcGIS Server提供的REST接口進(jìn)行二次開發(fā)。Android提供了ViewGroup容器，而MapView是基于該容易的一個(gè)類。ArcGIS Android API中使用MapView作為地圖的容器。根據(jù)XML定義布局生成MapView對象并添加一個(gè)ArcGISTiledMapServicesLayer，就能夠完成地圖顯示功能的設(shè)計(jì)。利用插件菜單中ArcGIS Project for Android中的其他控件，則可以完成地理信息數(shù)據(jù)的查詢檢索功能。對于非二次開發(fā)的自行建立地理信息數(shù)據(jù)庫，Android API則提供了創(chuàng)建和使用SQLite數(shù)據(jù)庫的支持。生成SQLiteDatabase對象就建立起一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫并包含與之交互的方法，生成、查詢和管理數(shù)據(jù)。 導(dǎo)航定位模塊設(shè)計(jì)該模塊主要提供移動導(dǎo)航功能以及路徑規(guī)劃功能。根據(jù)從北斗系統(tǒng)接收芯片得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算出終端用戶的位置信息，并將該信息表達(dá)在地圖上匹配顯示，使用戶直觀地了解自己所處位置及運(yùn)動方向等。同時(shí)根據(jù)路徑選擇算法為終端用戶自動實(shí)時(shí)計(jì)算最優(yōu)路徑。導(dǎo)航過程中，沿途的交通地理信息與生活信息也將實(shí)時(shí)地顯示在圖層中。在整個(gè)模塊設(shè)計(jì)中，對北斗定位結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理以及自動進(jìn)行路徑規(guī)劃是客戶端設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，后文將具體介紹這兩點(diǎn)的解決方案。移動導(dǎo)航客戶端需要解決的首要問題是定位的實(shí)時(shí)性。首次定位時(shí)間（Time To First Fix，TTFF）是衡量定位速度的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)[3]。北斗系統(tǒng)依然有著GPS系統(tǒng)首次定位時(shí)間過長的問題。利用北斗系統(tǒng)的高精確定位特色，結(jié)合移動通信網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋并能夠提供基站定位服務(wù)的特點(diǎn)，發(fā)展而來網(wǎng)絡(luò)輔助全球定位系統(tǒng)可以解決這一問題?；诰W(wǎng)絡(luò)輔助的導(dǎo)航定位流程如圖3所示。當(dāng)開始導(dǎo)航時(shí)，客戶端調(diào)用終端GSM模塊向移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包，當(dāng)附近的基站獲取數(shù)據(jù)信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)向移動終端提供包括各種定位輔助信息。利用這些信息，終端很快捕獲北斗衛(wèi)星信號，接受北斗衛(wèi)星測量信息。然后客戶端將測量信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的定位服務(wù)中心，由服務(wù)中心基于測量信息解算用戶當(dāng)前所出的位置。終端接受用戶所在地的地理信息后，客戶端迅速完成地圖匹配，實(shí)時(shí)顯示地圖與地物信息。同時(shí)根據(jù)一定的路徑選擇算法以及用戶自定義規(guī)則，給出最優(yōu)路徑。圖3 導(dǎo)航定位流程圖 用戶通訊模塊設(shè)計(jì)該模塊為終端用戶提供即時(shí)通訊功能，并能為終端用戶提供聯(lián)機(jī)共享地理坐標(biāo)服務(wù)。北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)區(qū)別于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的一大特點(diǎn)是其具有短文通訊功能?；诖斯δ埽倍范鷮?dǎo)航系統(tǒng)不僅能解決用戶自身的定位問題，同時(shí)還能將自身定位信息提供給其他用戶。由于北斗系統(tǒng)的短文服務(wù)是通過地面服務(wù)站完成中轉(zhuǎn)的，因此這一服務(wù)有著客戶容量限制。北斗系統(tǒng)將根據(jù)用戶級別，優(yōu)先對高級用戶提供這一服務(wù)?；陬愃频脑?，本例中移動導(dǎo)航客戶端將根據(jù)用戶級別的不同設(shè)計(jì)2種不同的用戶通訊方式（如圖4所示）。當(dāng)沒有建立連接時(shí)，終端用戶向目標(biāo)用戶發(fā)生連接請求。然后客戶端根據(jù)用戶級別的不同采用不同的投遞策略：對普通用戶通過無線網(wǎng)絡(luò)將請求數(shù)據(jù)包投遞至客戶端服務(wù)商網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)器；對高級用戶直接使用導(dǎo)航衛(wèi)星投遞至地面服務(wù)站。地面服務(wù)站或網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)器解析請求數(shù)據(jù)包后，將請求數(shù)據(jù)包分別使用衛(wèi)星與無線網(wǎng)絡(luò)投遞至目標(biāo)用戶。目標(biāo)用戶接到連接請求后，若確認(rèn)則建立連接，否則本次請求失敗。建立連接后，用戶之間的信息通訊依據(jù)用戶級別的不同將分別使用衛(wèi)星地面服務(wù)站、無線網(wǎng)絡(luò)中繼服務(wù)器的方式進(jìn)行連接傳遞。這用分級別的通訊策略有效地解決了北斗系統(tǒng)短文通訊用戶容量的問題。同時(shí)，高級別用戶通訊內(nèi)容安全性也因?yàn)楸荛_了易被監(jiān)聽的無線網(wǎng)絡(luò)而得到保障。圖4 用戶一次通訊流程示意圖 客戶端界面設(shè)計(jì)本例中客戶端從大的功能上分為瀏覽、導(dǎo)航與通訊功能，因此在界面上也可以劃分為瀏覽界面、導(dǎo)航界面與通訊界面。瀏覽界面主要為用戶在查找瀏覽相關(guān)地理信息的過程中提供交互服務(wù)。導(dǎo)航界面主要將當(dāng)前的位置在導(dǎo)航地圖中顯示出來；并在實(shí)時(shí)定位過程中為用戶提供一些關(guān)于導(dǎo)航服務(wù)方面的交互提示；用戶通訊界面則上下劃分為瀏覽界面與用戶消息發(fā)送界面，方面用戶查看其他用戶信息以及與其他用戶進(jìn)行即時(shí)通訊。三種界面之間要求可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行切換，這樣可以方便地為用戶提供所有的功能。 圖5 界面效果圖客戶端技術(shù)難點(diǎn)實(shí)現(xiàn) 北斗系統(tǒng)定位結(jié)果糾正北斗二代導(dǎo)航系統(tǒng)能夠提供快速定位服務(wù)。其開放服務(wù)在服務(wù)區(qū)提供定位精度為10米的定位服務(wù)。在中國及周邊地區(qū)，由于北斗二代的5顆GEO衛(wèi)星的輔助，系統(tǒng)能夠提供CAT1級的精度要求，最終定位精度可達(dá)到5米以內(nèi)[4]。即使在中國及周邊地區(qū)，直接使用北斗定位結(jié)果，無法滿足車載導(dǎo)航等應(yīng)用需求。因此對北斗定位結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，提高定位精度是很有必要的。文獻(xiàn)[4]指出考慮不同軌道衛(wèi)星測距精度差異的影響,引入加權(quán)集合精度因子,可以提高北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度。文獻(xiàn)[5]指出,大多數(shù)車載導(dǎo)航定位都直接采用接收機(jī)定位結(jié)果，或者僅做簡單的濾波處理，而沒有將道路信息與定位過程相聯(lián)系。由此提出將道路信息作為約束條件引入卡爾曼濾波方程，在原有的濾波基礎(chǔ)上，利用道路信息約束條件，對濾波方程中一步預(yù)測值做了修正，改善濾波結(jié)果，提高定位精度。文獻(xiàn)[6]提到另外一種辦法，提出了一種基于聯(lián)合卡爾曼濾波理論和地圖匹配技術(shù)的高精度車載導(dǎo)航系統(tǒng)定位。本例中,我們設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)參照文獻(xiàn)[6]中的辦法。衛(wèi)星定位可采用北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，獨(dú)立定位技術(shù)才可用航位推算（DR），將兩者信息融合不僅可以提高定位精度，而且可以消除DR的誤差累計(jì)問題。為實(shí)現(xiàn)北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和DR組合定位的濾波與信息融合，本例參照文獻(xiàn)[6]中的辦法采用一種簡化的聯(lián)合卡爾曼濾波器。這種濾波方法對主濾波器部分不進(jìn)行濾波處理，只對來自不同傳感器的定位數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)綜合。兩個(gè)局部傳感器分別處理北斗二號和DR系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)。兩者的狀態(tài)估計(jì)輸送到主濾波器進(jìn)行最優(yōu)融合并產(chǎn)生高精度的全局估計(jì)，然后按信息分配系數(shù)對局部濾波器進(jìn)行狀態(tài)反饋終止，從而使局部濾波器的精度也獲得提高。無論基于何種方式的定位，都需要將車輛位置和電子地圖結(jié)合，將車輛位置準(zhǔn)確無誤的糾正在所在的道路上。當(dāng)導(dǎo)航系統(tǒng)沒有做濾波處理時(shí)，定位誤差較大，此時(shí)可通過地圖匹配對定位點(diǎn)進(jìn)行糾正。通過考慮車輛和各道路的接近程度以及車輛行駛方向和歌道路的一致度來進(jìn)行最優(yōu)道路匹配。在進(jìn)行地圖匹配是，需要注意一些異常情況的處理如定位信號漂移和傳感器無法定位時(shí)。如果當(dāng)前定位點(diǎn)和前一定位點(diǎn)的距離超過某一閾值，則可認(rèn)為是定位信號漂移，此時(shí)保持最后有效的匹配點(diǎn)作為即時(shí)的匹配點(diǎn)。在傳感器由于信號遮擋等情況而無法定位時(shí)，直接利用之前的有效匹配點(diǎn)作為即時(shí)匹配點(diǎn)。 路徑規(guī)劃算法設(shè)計(jì)路徑的智能規(guī)劃是導(dǎo)航軟件的主要功能之一。根據(jù)地理信息數(shù)據(jù)庫以及用戶需求，導(dǎo)航客戶端應(yīng)該實(shí)時(shí)智能地給出用戶所在地與目的地之間的一條最優(yōu)路徑。路徑規(guī)劃的原則是充分考慮用戶需求（如走高速公路，不進(jìn)過收費(fèi)站等），設(shè)計(jì)最經(jīng)濟(jì)的路徑。在一般條件下，路徑最短的路徑即為最優(yōu)路徑。實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑分析的算法包括Dijkstra 算法和A* 算法。Dijkstra算法是一種圖形搜索算法，其基本思路是講道路網(wǎng)結(jié)點(diǎn)劃分為紅藍(lán)點(diǎn)兩個(gè)點(diǎn)集。每次求出當(dāng)前紅點(diǎn)與藍(lán)點(diǎn)集中所有結(jié)點(diǎn)的距離，將最短距離的結(jié)點(diǎn)置于紅點(diǎn)集中。當(dāng)所有結(jié)點(diǎn)置于紅點(diǎn)集時(shí)，迭代完成。而A*算法則使用了啟發(fā)式函數(shù)的圖形搜索算法，因此其速度要比Dijkstra算法快[1]。本例中路徑規(guī)劃算法流程圖如圖6所示。圖6 路徑選擇流程圖總結(jié)本文設(shè)計(jì)的基于北斗二代定位技術(shù)的移動導(dǎo)航客戶端，充分利用了北斗二代既可定位導(dǎo)航又兼?zhèn)渫ㄓ嵐δ艿奶攸c(diǎn)，具備查詢?yōu)g覽，定位導(dǎo)航與用戶通信功能。由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的基礎(chǔ)上擁有通信功能，本文設(shè)計(jì)的客戶端不僅具有其他導(dǎo)航軟件所具有的功能，同時(shí)還可以與其他用戶通信，這是本系統(tǒng)的創(chuàng)新所在。同時(shí)采用了Android系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)平臺，使軟件擁有友好的界面，方便用戶操作，同時(shí)便于開發(fā)者對軟件進(jìn)行開發(fā)，保證了軟件編寫的順利實(shí)施。在查詢和導(dǎo)航方面，采用了成熟可行的算法，保障了軟件的可行性。同時(shí)在數(shù)據(jù)處理方面，考慮了定位精度和路徑規(guī)劃的問題，使軟件提供的結(jié)果具有高的可靠性。文本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)除了可以滿足一般民用，如車載導(dǎo)航，也可滿足一般測繪需要。同時(shí)由于其特有的通信功能，還可以在交通警報(bào)，災(zāi)害應(yīng)急，突發(fā)危機(jī)，軍事行動中有特殊應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1]黃帥. 嵌入式車載導(dǎo)航的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 《微計(jì)算機(jī)信息》（測控自動化）， 2008[2]李濤，朱才連. 基于Windows CE 的嵌入式導(dǎo)航軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 計(jì)算機(jī)應(yīng)用， 2004，24[3]曾丹丹，何文濤，徐建華. AGPS中減小首次定位時(shí)間的方法. 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2010,27,7[4]范龍，柴洪洲. 北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度分析方法研究. 海洋測繪，2009,29,1[5]劉友文，劉經(jīng)南，朱敦堯. 附有道路信息約束的自適應(yīng)卡爾曼濾波在車載導(dǎo)航中的應(yīng)用. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2008,33,8[6]馬海波，李少杰，黃躍峰. 車載導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度定位算法. GIS青年優(yōu)秀獲獎?wù)撐模?01069 / 69第二屆“北斗杯”全國青少年科技創(chuàng)新大賽優(yōu)秀作品（大學(xué)組）項(xiàng)目建議書基于GNSS山體滑坡地質(zhì)災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)作者：熊文秀，王苗苗，李寧指導(dǎo)教師：柯福陽（南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院，南京 浦口 210044）【摘要】 在世界各地地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生以及災(zāi)害預(yù)警技術(shù)不盡如人意的背景下，本項(xiàng)目主要研究滑坡災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)，綜合運(yùn)用CORS理論技術(shù)、GNSS氣象學(xué)、變形分析理論技術(shù)以及各種傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警的自動化和智能化。在該系統(tǒng)中，連續(xù)運(yùn)行參考站實(shí)時(shí)跟蹤GNSS衛(wèi)星獲取觀測數(shù)據(jù)，傳感器采集氣象、巖土水含量等環(huán)境數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)鏈路將其傳遞到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心采用相關(guān)的軟件，對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，以獲得可降水量和山體的變形信息，而后專家決策系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行分析和決策。若有險(xiǎn)情，將通過警報(bào)子系統(tǒng)及時(shí)地通知附近的居民以及政府部門，以便即時(shí)采取措施，將災(zāi)害帶來的損失降到最低。【關(guān)鍵詞】 滑坡 GNSS CORS 傳感器 變形分析一、 項(xiàng)目背景人類的進(jìn)化史其實(shí)是一部適應(yīng)自然，改造自然的歷史。古時(shí)候，人們對科學(xué)知識匱乏，常常對自然災(zāi)害的突然降臨不知所措，并且對災(zāi)害本身巨大破壞力的恐懼也讓古人認(rèn)為這是上天神明對人類的一種懲罰與警告，從而產(chǎn)生“天象示警”之說?！疤煜笫揪闭f認(rèn)為“天意不可違”，一旦遭受災(zāi)害懲罰只能以祈禱、悔過等方法消災(zāi)解禍[1]?？萍及l(fā)展到現(xiàn)在，人們自然不再相信鬼神之說，但是隨著社會財(cái)富的不斷累加，突然出現(xiàn)的災(zāi)害尤其是地質(zhì)災(zāi)害仍然會造成巨大的損失。近幾年，隨著地球氣候的變化，世界各地不斷出現(xiàn)極端天氣狀況，地質(zhì)災(zāi)害也顯現(xiàn)出日益頻繁的趨勢。根據(jù)中華人民共和國國土資源部關(guān)于我國的地質(zhì)災(zāi)害通報(bào)，有如下統(tǒng)計(jì)：表1 2005年—2010年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況統(tǒng)計(jì)年份滑坡（起）崩塌（起）泥石流（起）地面塌陷（起）地裂縫（處）地面沉降（處）傷亡人數(shù)（人）失蹤人數(shù)（人）直接經(jīng)濟(jì)損失（億元）200593597654566137201591710420068852313160417398271351116111200715478772212155782251461042812008134508080443451159810120096657230914263161151764615520102232955751988499238412780669由表1中的數(shù)據(jù)可見，地質(zhì)災(zāi)害每年都造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。面對這些居高不下的數(shù)字，我們不得不來思考如何應(yīng)對那些自然因素或人為因素造成的災(zāi)害。根據(jù)上面一系列的數(shù)字，我們又做了如下的統(tǒng)計(jì)：圖1 2005—2010年各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生比例圖（除2008年外）根據(jù)圖1中的比例圖，不難發(fā)現(xiàn)在這些地質(zhì)災(zāi)害中，滑坡所占的比例最大，崩塌其次，泥石流居于第三位。不僅如此，崩塌、滑坡、泥石流等災(zāi)害也頻繁現(xiàn)身世界各地：意大利南部那不勒斯，委內(nèi)瑞拉首都加拉加斯，菲律賓中部和南部，危地馬拉，巴西約熱內(nèi)盧等地都有崩塌、滑坡、