收稿日期:2018-03-08摇摇摇摇摇摇修回日期:2018-07-03摇摇摇摇摇网络出版时间:2018-11-15基金项目:国家自然科学基金(61572260,61572261,61672296,61602261);江苏省科技支撑计划(BE2015702,BE2016185,BE2016777)作者简介:沈磊贤(1998-),男,研究方向为软件工程;徐摇鹤,副教授,CCF会员(19957M),研究方向为信息网络与通信软件。网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20181114.1557.054.html

基于北斗导航的定位服务平台设计与实现沈磊贤,庞佳逸,张卿云,徐摇鹤(南京邮电大学计算机学院,江苏南京210023)

摘摇要:针对目前市场上定位服务的需求以及当前市场上的定位系统部署维护成本高的现状,给出了定位服务平台方案的设计与实现,提供Web平台化定位服务。该平台以北斗卫星导航系统为基础,辅助以GPS和GNSS导航系统,综合卫星定位、GPRS通讯等技术设计硬件。采用B/S架构,通过数据库、无线通讯和AJAX等手段实现数据的存储和传输,最后在Web端展示处理数据的效果。目标为用户提供位置查询、轨迹查询、地理围栏、路线规划、天气查询以及数据可视化等服务。后期还可以结合深度学习等前沿技术提供时间序列预测,驾驶行为分析等大数据功能。个人及企业用户只需要使用相应的硬件即可直接接入平台,方便快捷且降低了部署成本,有利于北斗卫星导航系统的推广和中小企业的业务发展。关键词:卫星导航;GPRS通讯;Web平台;定位服务中图分类号:TP302摇摇摇摇摇摇文献标识码:A摇摇摇摇摇摇文章编号:1673-629X(2019)01-0173-05doi:10.3969/j.issn.1673-629X.2019.01.036

DesignandImplementationofPositioningServicePlatformBasedonBeidouSatelliteNavigationSystem

SHENLei-xian,PANGJia-yi,ZHANGQing-yun,XUHe(SchoolofComputerScience,NanjingUniversityofPostsandTelecommunications,Nanjing210023,China)

Abstract:Inviewofthecurrentmarketdemandforpositioningservicesandthehighcostofpositioningsystemdeploymentandmainte鄄nanceinthemarket,thedesignandimplementationofpositioningserviceplatformschemeisgiventoprovideWebplatformpositioningservices.TheplatformisbasedontheBeidousatellitenavigationsystem,assistedbyGPSandGNSSnavigationsystem,integratedsatel鄄litepositioning,GPRScommunicationsandothertechnologiestodesignhardware.B/Sarchitectureisadoptedtorealizedatastorageandtransmissionthroughdatabases,wirelesscommunication,AJAXandothermeans.Finally,theeffectofdataprocessingisdisplayedontheWeb.Thegoaloftheplatformistoprovideuserswithservicessuchaslocationquery,trackquery,geofencing,routeplanning,weatherqueryanddatavisualization.Wecanalsocombinecutting-edgetechnologiessuchasdeeplearningtoprovidetimeprediction,drivingbehavioranalysisandotherbigdatafeatures.Personalandbusinessusersonlyneedtousetheappropriatehardwaretodirectlyaccesstheplatform,whichisconvenient,fastandreducesthedeploymentcost,andisconducivetothepromotionofBeidousatellitenavigationsys鄄temandSMEbusinessdevelopment.Keywords:satellitenavigation;GPRScommunication;Webplatform;positioningservice

0摇引摇言北斗卫星导航系统(Beidounavigationsatellitesys鄄tem)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫

星导航系统。北斗导航系统是主动式双向测距二维导航。地面中心控制系统解算,供用户三维定位数据。它除了具有GPS卫星定位的功能以外,还增加了通讯功能,能够在海洋监测、军事通信等一些领域发挥很大的作用。目前GPS垄断国内导航产业95%以上,世界范围内,手机GPS的集成率超过80%。北斗卫星导航系统要挤入市场,在精度没有落后的情况下,降低部署成本是推动企业使用北斗卫星导航系统的最大动力[1-3]。而硬件成本和平台搭建维护成本是部署成本中的两大组成部分,其中硬件成本是一次性投入,而平台维护成本是长期投入,尤其对于中小企业来说,维护一个平台需要大量的人力物力。定位服务平台的出现可以完美地解决这个问题。平台为用户提供各种需要的功能,包括位置查询、轨迹查询、地理围栏、路线规划等。用

第29卷摇第1期2019年1月摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇计算机技术与发展COMPUTERTECHNOLOGYANDDEVELOPMENT摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇Vol.29摇No.1Jan.摇2019户只需要使用硬件接入平台即可。硬件的拥有者可以给用户发放权限。任何用户只要拥有相应的权限就可以通过平台了解并管理相应的硬件或硬件组所在的位置。使用定位服务平台的优势巨大。对企业用户而言,降低了定位系统平台的研发和维护成本,更有利于中小企业在与定位相关领域的发展;此外,对个人用户而言,可以以更低的成本和更便捷的方式实现一整套包括老人、儿童、车辆、电脑、手机等的监控和寻找系统。定位服务平台的应用前景很广,市面上已有的任何与定位相关的业务,包括物流管理、共享单车、外卖、公交定位、网约车等,都可以直接接入平台管理,降低企业维护负担,提高开发效率。还有自行车赛、马拉松赛等长途赛事情况监控这样的非持续性业务也可以轻松搞定,此外,敬老院、学校,尤其是幼儿园可以轻易地部署地理围栏,减轻管理负担。1摇相关研究现状从定位技术上来说,目前的定位服务平台多使用GPS。相比于北斗卫星导航系统,GPS进入市场较早,目前垄断国内导航产业95%以上。但是,国内拥有自主产权的北斗卫星导航系统在安全性上处于优势,在定位精准度上,中国的北斗卫星导航由35颗卫星组成,卫星数目的提高,带来的将是定位精度和服务范围的提高。北斗是全球第一个提供三频信号服务的卫星导航系统。三频信号可以更好地消除高阶电离层延迟影响,提高定位可靠性,除此之外,北斗还拥有自身特有的短报文通信功能。从服务定位上来说,目前的定位服务专注于实现单一功能,比如实现车辆位置可视化、老人儿童位置监控、野生动物跟踪、物流服务等[4-7],针对性比较强,自然也就导致普适性较弱,用户无法在同一平台上使用针对不同需求的定位服务。如今针对市场上个人和企业不同需求的定位服务,传统的基于行业用户需求而建立的定位服务模式在可靠性、扩展性和服务多样性等方面已无法满足大众用户的定位需求。此外,现有的很多移动目标定位平台大都依赖于专用的GIS平台和专用网络,普遍存在价格昂贵、维护困难的问题[8-9]。国内的百度地图、高德地图等的服务普适性虽好,但其一般只提供定位功能,其他部分功能只是提供了API接口,就专业人员来说开发和维护需要大量成本,而非专业人员就根本无法享用这类功能[10]。定位服务可以选择在安卓平台或Web平台开发。通过安卓平台开发的定位服务需要通过安卓智能终端使用相应软件才能够进行访问,而Web端定位服务平台只需要浏览器便可轻松访问,避免了用户不必要的软件安装。文中提出的基于北斗卫星导航系统的定位服务平台安全性高,推广了中国的专有技术;通用性强,能够满足不同用户的不同需求;在保证基本定位功能的基础上还提供了信息查询、轨迹查询、地理围栏等功能模块,实用且易操作。

2摇相关技术2.1摇卫星定位技术定位原理:卫星定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,确定待测点的位置。如图1所示,设时刻t在测站点P用接收机同时测得P点到四颗卫星S1,S2,S3,S4的距离P1,P2,P3,P4

,通过电文解译出四

颗GPS卫星的三维坐标(Xi,Yi,Zi

),i=1,2,3,4,用距

离交会的方法求解P点三维坐标(X,Y,Z)的观测方程如下:P21=(X-X1)2+(Y-Y1)2+(Z-Z1)2+c啄t

(1)P22=(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2+c啄t(2)P23=(X-X3)2+(Y-Y3)2+(Z-Z3)2+c啄t(3)P24=(X-X4)2+(Y-Y4)2+(Z-Z4)2+c啄t(4)

其中,c为光速;啄t为时钟[11]。

PS1

S2S3

S4

XZY图1摇卫星定位原理2.2摇GPRS通信技术

GPRS是通用分组无线服务技术的简称,它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务,GPRS

和以往连续在频道传输的方式不同,是以封包式来传输,采用分组交换技术,能兼容GSM网络并在网络上更加有效地传输高速数据和信令,允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,不需要电路交换模式的网络资源。GPRS的传输速率可提升至56甚至114kbps。GPRS技术可以在任何时间、任何地点快速

·471·摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇计算机技术与发展摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇第29卷