基于移动手机Web的植物分布查询系统设计与实现

许淼平　赖日文　郭雅洁　魏林清　阎旭　杨惠明

摘要：北斗卫星导航系统（BDS）是我国自主研发的卫星定位系统，利用北斗卫星导航系统（BDS）定位功能和百度地图AIP位置显示功能，导入校园植物信息数据库，建立基于移动手机Web的校园植物分布查询系统。植物分布查询和移动定位周边植物信息查询是该系统的两大部分，可以定位植物也可以获取植物特性信息。目的是为了解决校园及景区游客方便了解该地区植物分布及植物相关信息普及。

关键词：BDS 移动手机Web 百度地图 植物查询 定位信息

中图分类号：S476 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0155-03

北斗卫星导航系统是我国自行研制开发、可以独立运行，区域性有源三维卫星定位与通信系统。该系统能够全天候、全天时地在全球领域内为各类用户供给高精度的定位、导航和实时授时服务，而且具备短报文通信能力[1]。

1 项目背景

目前有一些关于植物定位方面的研究，如利用Web服务器采用B/S架构，由C语言NET、ASP、ADO、NET技术开发，同时，引入百度地图JavaSeript API，用户只需通过浏览器不仅能够监控数据信息，而且定位信息能够直观地被显示在地图上[2]；北京植物园建立了一系列包括植物引种登记、植物物种等的植物信息数据库，还有图、文、表一体化的植物定制电子地图，植物信息的数字化管理能够被实现，但仅仅是简单的地图显示图[3]；还有探究通过GPS移动定位、百度地图定位API接口，在对校园内植物分布坐标数据采集与分析，个人定位可以被实现，可以查询周边植物信息等等[4]。

福建农林大学风景秀丽，吸引了很多游客进校参观。但游人却不能全然知道其植物名称与特点。本系统是基于移动手机客户端，利用BDS定位导航功能以及百度地图显示信息功能，导入植物数据库大数据进行校园植物信息查询和路径导航。可以通过移动手机 Web 平台，利用百度地图定位功能和大数据库数据系统，让游人打开手机植物搜索App就好。

2 查询系统设计

植物查询系统大致分为两个部分，分别是：植物分布的查询、移动定位周边植物信息的查询。

通过BDS移动定位周边的植物信息，得到个人周围BDS地理位置。并通过与植物分布坐标数据库对照剖析使用百度地图API使得相关植物信息清晰地显示在地图中。这部分设计的初衷是为了便于游客发现周边相同美景，便于宣传某学校的美丽。

2.1 分布查询系统基础设计

这个掌上应用，包含了植物信息表和植物坐标表。两个表格具有对应关系，表示植物定位信息的不同两个领域的联系。其一表包含：植物的编号、简介和植物名称；另一表格包含植物的编号和经度、纬度。其中经纬度的形式表明定位的实质只是平面位置。

2.2 获取植物定位信息

为定位校园内的植物坐标，需要借用百度地图的坐标拾取器进行坐标定位并获取其坐标。例如在校园内规定其中若干点的标识，如百度地图上常见的位置定位一样显示定位信息坐标位置。

2.3 两点定位植物坐标

小型植物的地理坐标可以通过测算和其相同片区内的大型植物的距离差和偏移角度来测得。利用两点纬度计算距离的方法进行推导换算，这样获得的所有坐标数据才是精确覆盖范围广的数据库。

2.4 移动端BDS 定位

本文所设计的移动目标定位追踪系统通过BDS导航模块接收移动目标位置信息，并通过GSM网络与客户端信息传送。用来实现对移动目标的定位追踪。该系统终端体积小、携带方便，双模定位更加精确。室外定位技术主要是借助BDS。用户终端由BDS接收机接收卫星信号，具有系统覆盖广和定位精度高等好的方面[6]。

3 BDS 移动定位误差来源分析

北斗二代定位系统采用的是无源定位的方式，导航电文会被卫星系统不断发射出来[7]。从北斗定位的过程来看，由于测量带来的偏差视作伪距测量时的距离误差，被称做用户等效测距误差[8]。

3.1 BDS移动单点定位法

不断地发射导航电文是BDS卫星部分作用[9]。因为用户接收机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标 x、y、z 外，卫星与接收机之间的时间差被作为未知数，然后用4个方程将这4个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到4个卫星的信号。形成以下方程式建立方程求解[10]：

3.2 基于BDS的伪卫星技术

旨在解决BDS定位误差问题。地面伪卫星和北斗卫星发射相同格式的导航信号，用户机同时接收双星与地面伪卫星的信号进行位置的解算，从而定位。通过伪卫星建立方程，将高程方程替换，可以获得含有四个、四个以上未知数方程组[11]：

3.3 实地测量定位误差

在获得校园内绝大部分植物的庞大坐标定位信息数据库后，需要测算实际坐标与在数据库内显示的坐标定位信息的误差。选择30个数据库内随机定位坐标，再实地测量各点坐标，对比两项坐标的误差大小。

3.3.1 随机选取定位数据

在系统建立的数据库中随机机选30组定位信息。读取此中坐标，得如下表1，并在地图上标注其分布得如图1。

3.3.2 实地定位测量误差分析

相关App网页设计在myeclipse 软件工具编程，并存储在百度地图API，生成压缩包最后摆上百度云服务器，实地测量其百度坐标经纬度可以利用移动手机相关的应用网站操作，最终得到30个点的百度坐标，如表1。

通过得出的两组对应的百度定位值计算，使用百度地图API 接口的下式进行两点经纬度的距离计算[12]：

Varpoint A=new BMap.Point（x，y）；

Varpoint B=new BMap.Point（x‘，y）；

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

这里y和y是纬度，x、x是经度；点A和点B是被作为两个不同坐标位置点。两点不同坐标的距离差通过运用BMap.get Distance 函数得到，to Fixed表示保存两位小数，用来计算这30组数据库和BDS系统定位的偏差。正如下面的数据表2。根据表格模拟对比制作出实际与测量对比定位图，如图2。

这个数据表的数据就是利用通过BMap.get Distance（pointA，pointB）方法获得两差异经纬度的实际距离差值。

通过对图2观察后得到剖析结果。可以比较清晰地看到：在校园内的BDS定位误差，大约95%以上在0～30米的范围之内。

4 解决BDS定位误差对策

4.1 定位误差带来的影响

在某校园内BDS定位误差分析的结果中我们能够清楚，我们制作的系统是搜索植物目标信息，而且我们定位位置周围20米内的全部植物的信息能够被获得，如果是单独运用BDS定位一个植物的定位信息，可能造成较大的误差，所以解决此问题非常关键。

4.2 解决方法分析

可从图3得到，周边20米范围的植物坐标信息在被定位搜索。偏差是30m，我们假想A作为定位点，圆1是定位点周边20m圆，其内全部植物信息都是我们想要获悉的植物信息。圆2为偏差是30m的圆，圆2内的植物信息绝对是游人想要的[13]。

在比较特殊的条件下，我们保持搜索半径是20m，这样我们系统搜索的结果为30m范围内，图中的阴影部分就是我们希望了解的植物的一点而已。于此，如果系统把查询的半径变作50m，那植物定位系统在这样的情况下，这里面就包括了圆1。这样在真实的情况下，我们将目标查询范围从20m增大为50m，这样可以保证在存在BDS定位偏差的条件下，也同样能得到我们希望的信息。还有就是对于在我们查询中得出的多余部分的信息，让游览的游人由自身需要判定需要与否就好了。这样，在保证我们校的目标条件下，通过简单的增大查询范围就可以解决BDS定位偏差对我们带来的情况。

5 软件功能实现

凭借机群的特点和通信技术的发展状况，本文提出了基于和基站定位的通讯定位系统。监控中心服务器、嵌入式定位终端以及网站发布3个模块构成系统。系统工作流程是嵌入式定位终端控制SIM900模块定时采集基站信息，将经纬度数据通过BDS传输到监控中心服务器 TCP端口；监控点服务器接收数据并被保存至数据库，百度地图API接口被Web服务器利用将百度地图服务连接到网页，用户即可通过浏览器査询位置信息[14]。

5.1 植物查询分布

如图4所示，在点击搜索栏可以搜索所需要植物的信息，也可以按右边框的定位栏，可以定位所在位置，查询周边植物分布和信息，即为相应植物在校园内分布情况。

5.2 定位并查询周边植物信息

如图所示，图5是搜索游人周边50m范围内植物信息结果，观察可看到游人身边植物的名称和位置以及相关进一步信息。

6 方案创新设计

基于移动手机用户端的植物查询系统结合了BDS的精确定位功能，并且建造了庞大的植物数据库，利用百度地图AIP显示功能，结合当下APP手机软件方便快捷的功能设计的一款全新理念的具有植物查询和路径定位的功能系统。植物查询系统大致分为两个部分，分别是：植物分布查询、移动定位周边植物信息查询。

移动定位周边植物信息查询的机理是基于BDS移动定位，得到个人周边BDS定位坐标信息。并通过与植物图库对照剖析使用百度地图API获取相关植物信息并准确地显示在地图上。这部分设计的初衷是为了便于游客发现周边相同美景，便于宣传农大的美丽。

7 系统应用展望

本系统已经建成大量的植物数据库信息，并且已经初步制作出植物分布查询系统App软件，此软件易于安装并使用方便，搜寻植物功能强大，定位精准，查询植物信息全面到位，是一款非常适合绿色旅游的游客必备手机软件。

此系统目前覆盖面是在校园，但当植物图库越发完善后，加之定位越加精准后，在将来，不管我们身处何方，都可用这款系统进行植物查询。今后图库数据更加完善后，此软件系统可以在森林公园、各名胜风景区和植物园内应用，随处可查其内植物信息和分布情况。

参考文献

[1]王振岭.基于RDSS通信链路的双模定位技术研究[M].北京：第一届中国卫星导航学术年会论文集，2010.

[2]李万莉，项著廷.基于百度地图API的工程机群定位系统开发[D].同济大学，2014.

[3]王康，权键，等.北京植物园植物信息数字化管理的初步实现[J].中国园林，2005，11（5）：76-78.

[4]宋军帅等.校园植物分布查询系统设计与实现[J].科技传播，2015（4）：136-139.

[5]韩忠民.知经纬度计算两点精确距离[J].科技传播，2011（11）：196，174.

[6]杨元喜.北斗卫星导航系统的进展、贡献与挑战[J].测绘学报，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]杨鹏.基于Android的校园位置服务系统研究与实现[D].大连理工大学，2013.

[11]郭陈江，马瑞峰，等.基于北斗导航系统改进技术的定位误差伪真与分析研究[J].计测技术.2006，26（1）：21-23.

[12]张明，顾晓雪.北斗接收机定位误差分析[J].电子与封装，2015（9）：40-43.

[13]张楠.高效的片上网络体系结构：核内路由[D].浙江：浙江大学硕士学位论文，2008.

[14]魏秀启，郑维广，等.北斗杯导航定位接收机的原理及硬件实现[J].设计参考，2009（4）：37-43.