J2ME的手机定位技术研究
ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｒａＮｏ．５２００８
参考文献：
［１］张桂元，贾燕凤，姜波．征服ＡｊａｘＷｅｂ２．０快速入门与项目实践
（Ｊａｖａ）［Ｍ］．人民邮电出版社，２００６．
［２］（美）ＲｙａｎＡｓｌｅｓｏｎＮａｔｈａｎｉｅｌ，Ｔ．Ｓｃｈｕｔｔａ．金灵．Ａｊａｘ基础教程［Ｍ］．人
民邮电出版社，２００６．
［３］（美）ＬａｕｒｅｎｃｅＭｏｒｏｎｅｙ，陈黎夫．Ａｔｌａｓ基础教程：Ａｓｐ．ｎｅｔＡＪＡＸ快
速开发［Ｍ］．人民邮电出版社，２００６．
［４］袁建洲，尹喆．Ｊａｖａｓｃｒｉｐｔ编程宝典［Ｍ］．电子工业出版社，２００６．
０引言
手机定位是指通过移动通信网和定位技术获取手机的位置信息（主要是经纬度坐标数据）。据统计，在人们的日常生活中，８０％的信息与位置有关。移动通信定位服务是手持型终端特有的业务，具有一定的不可替代性，给移动通信带来了无限商机和新的经济增长点，它己经成为电信运营商的竞争焦点。移动通信客户可以通过手机上网、彩信等形式来查看地图，了解自己的位置以及周边宾馆、医院、加油站等信息，并且能够动态地对图像缩小放大，非常直观。
从２０世纪７０年代美国军方开始研究卫星导航定位开始，几十年来，世界各国都纷纷推出了各具特色的商用位置服务。但普遍存在的问题是定位精度对所处位置的依赖程度过高，且传统格式矢量图会因拖放移动等操作而受损导致显示打印精度降低。
为提高服务精度，本文提出了位置服务解决方案。该方案将支持Ｊ２ＭＥ的手机作为客户端，利用ＧＰＳ与Ｅ－ＯＴＤ相结合的混合定位方式对手机进行定位，并采用ＳＶＧ矢量地图格式实现手机与用户的交互，实现个人手机终端的位置服务。
１Ｊ２ＭＥ概况
Ｊ２ＭＥ（Ｊａｖａ２Ｐｌａｔｆｏｒｍ，ＭｉｃｒｏＥｄｉｔｉｏｎ）是ＳＵＮＪａｖａ平台的
一个微型版本［１］，面向消费电子产品和嵌入设备，通常运行于可与网络连接的、资源受限设备（ＣｏｎｎｅｃｔｅｄｌｉｍｉｔｅｄＤｅｖｉｃｅ，ＣＬＤ）即移动信息设备（ＭｏｂｉｌｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ，ＭＩＤ）之上。典型的移动信息设备有移动电话、个人数据助理（ＰＤＡ）、双向寻呼机等，这些设备具有较小的屏幕，有限的内存（几百ＫＢ）和低带宽的网络连接（９６００ｂｐｓ甚至更低）。
从用户的角度看，应用Ｊ２ＭＥ能随时为移动信息设备扩展
功能，使之更为智能化、个人化，例如可为移动电话增加电子字典、电子书、个人影集、联网游戏、即时通信（ＭＳＮ／ＩＣＱ）、电子邮件等功能。同时Ｊ２ＭＥ的本机运算能力和无线连接能力，使之比现在已经较为普遍的ＷＡＰ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ，无线应用协议）更适合于作为无线应用解决方案。例如可在Ｊ２ＭＥ之上构建更为安全和智能化的电子商务应用、实时交互的电子地图、定位系统、股票Ｊ２ＭＥ应用程序，从而使第三方交易系统等可在所有符合规范的不同硬软件、不同厂家的各种设备上运行［２］。
从厂商的角度看，Ｊ２ＭＥ具有Ｊａｖａ的高度可移植性、源级和目标级代码的可重用性，同一软件商、
应用服务提供商能参与到移动信息设备的应用服务中，摆脱原来由硬件厂商封闭开发全部设备及应用方案的制约。
２手机混合定位技术
手机定位导航系统与车载ＧＰＳ导航系统最大的不同在于手机获取位置信息的手段比较多样，除了可以从ＧＰＳ获取位置信息外
（当然前提是手机可以接收ＧＰＳ信号），还可以从周围的基站获取位置信息。因此，在手机上出现了很多种定位的算法。
当前的手机定位算法比较有代表性的有服务小区位置（ＣｅｌｌＩＤ）、时间到达（ＴＯＡ）、增强时间测量差（Ｅ－ＯＴＤ）和辅助ＧＰＳ
（ＡＧＰＳ）４种方法［３］。ＣｅｌｌＩＤ方法可以在所有手机上实现，不需要为手机做任
何的改变。使用该方法的手机通过获取通信时所使用的基站的
ＬＡＣ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＣｏｄｅ）来判断自己属于蜂窝网络中哪一个小
区，进而进行定位。这种方法实现简单，但缺点也很明显———太不精确。在市区内，基站分布比较密集，使用这种方法具有一定
基于Ｊ２ＭＥ的手机定位技术研究
李
波，王祥凤，费雅洁
（沈阳工程学院，辽宁沈阳１１０１３６）
摘
要：提出一种以Ｊ２ＭＥ为平台的手机定位技术，将支持Ｊ２ＭＥ的手机作为客户端，利用ＧＰＳ与Ｅ－ＯＴＤ相结合的混合定位方式对手机进行定位，并采用ＳＶＧ矢量电子地图格式实现手机与用户的交互。实验表明，此方法的运用保证了定位精度，避免了定位精度对所处位置的依赖；同时，ＳＶＧ格式矢量图的使用也提高了信息描述能力，表现出优异的动态特性。
关键词：手机定位；混合定位方式；ＳＶＧ矢量图；位置服务
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计算机时代２００８年第５期
的可信度，但在郊区，由于基站分布稀疏，会产生无法容忍的误差。
ＴＯＡ方法通过手机向三个以上的ＬＭＵ（定位测量单元）发出一个已知信号，通过监测到达各个ＬＭＵ时间的不同来计算手机的位置。这种方法不需要在手机上安装其他的硬件，但是为完成定位功能需要在各个基站安装硬件ＬＭＵ或单独架设ＬＭＵ，并且需要明确各个ＬＭＵ的物理位置。但不管用哪种方式安装，都需要通信服务商的支持。
Ｅ－ＯＴＤ方法通过测量手机与三个基站通信的时间差来计算手机的具体位置。这种方法不需要在手机或者基站上安装额外的硬件设备，但需要知道手机周围基站的物理位置。此外，对于非同步的ＧＳＭ网络，还需要一个用于测量时间差的ＬＭＵ。对于基站位置比较密集的市区，这种方法定位迅速，而且精度也高，但是当手机位于郊区，就会产生较大误差。
ＡＧＰＳ方法需要ＧＳＭ网络上的服务器将手机接收到的ＧＰＳ辅助信息进行计算以获取手机的具体位置，并将位置信息发送给手机，如图１所示。这种方法不需要对ＧＳＭ网络做任何的修改，而且定位精度高，但是手机需要增加硬件以便使手机能获取到ＧＰＳ信息［５］。
图１ＡＧＰＳ定位方法
随着技术的发展，越来越多的手机上都有了ＧＰＳ芯片，可以直接接收ＧＰＳ信息，处理信息的能力也越来越强，不再需要ＧＳＭ网络上的服务器进行辅助计算，而可以由ＧＰＳ芯片直接获取位置信息。在没有ＧＰＳ芯片的手机上，也可以通过为手机添加ＧＰＳ定位模块（例如ＮＯＫＩＡ的ＬＤ－３ＷＧＰＳ定位模块）使手机具有获取ＧＰＳ信息的能力。因此，会越来越广泛使用ＧＰＳ进行手机定位。使用这种方法进行定位的前提是手机能够接收到ＧＰＳ卫星发送的信息。要完成ＧＰＳ定位，最少需要三颗卫星的信息。当手机位于闹市时，由于周围高楼的遮挡，手机能观测到的卫星数量会减少，这将影响定位速度和精度。而当手机位于郊区时，由于郊区少有高建筑物，视野广阔，能大大提高手机观测到的卫星的数量，进而提高定位精度。笔者通过测试得知，在我国郊区，最多能观测到十几颗卫星。
因此，本文采用ＧＰＳ与Ｅ－ＯＴＤ相结合的方法实现手机定位。即：当ＧＰＳ数据有效时，优先使用ＧＰＳ定位方法；当不满足ＧＰＳ定位条件时，则结合Ｅ－ＯＴＤ方法定位来完成对手机的最终定位。这样，不仅避免了传统定位技术对手机所处位置的依赖，而且还克服了纯ＧＰＳ定位方法首次定位时间过长的问题。
２．１Ｅ－ＯＴＤ定位
对于同步的ＧＳＭ网络，可以忽略时间差，仅考虑距离因素。一般情况下，使用双曲线方法进行Ｅ－ＯＴＤ定位。
根据手机从两个基站获取到同步信号的时间差，计算出手机所处位置与两个基站距离的差，然后可以根据这个距离差，以两个基站为焦点构建一条双曲线。用同样的方法可以再构建一条双曲线。两条双曲线的交点就是手机所处位置，如图２所示。这种定位方法有一定误差，但是在基站比较密集的郊区，误差是可以容忍的。
图２双曲线定位方法
２．２ＧＰＳ定位
２．２．１ＧＰＳ系统
通常ＧＰＳ系统由３个部分组成。空间部分：包括２４颗ＧＰＳ卫星；地面控制部分：对ＧＰＳ卫星实施监控；用户部分：接收来自ＧＰＳ卫星的定位等信息，通常包括天线和接收机等设备。
ＧＰＳ模块使用ＮＯＫＩＡ公司生产的ＬＤ－３Ｗ。在当前市面上众多的ＧＰＳ定位模块中，该模块以ＳｉＲＦｓｔａｒＩＩＩ芯片为ＧＰＳ芯片，性能相当不错：冷启动时间为４５秒，而热启动时间仅需要２秒，定位精度达到５￣１０米。该模块轻便小巧，可通过蓝牙与手机进行连接，通过串口进行数据传输。
ＬＤ－３Ｗ使用ＷＧＳ８４坐标系。这种坐标系与我们平时使用的大地坐标系不同，是一种全球性的、通过国际协议确定的协议地球坐标系（ＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＴｅｒｒｅｓｔｒｉａｌＳｙｓｔｅｍ—ＣＴＳ），称为世界大地坐标系（Ｗｏｒ１ｄＧｅｏｄｅｔｉｃＳｙｓｔｅｍ—ＷＧＳ）。
ＷＧＳ－８４坐标系的几何意义是：坐标系的原点位于地球质心，ｚ轴指向（国际时间局）ＢＩＨ１９８４．０定义的协议地球极（ＣＴＰ）方向，ｘ轴指向ＢＩＨ１９８４．０的零度子午面和ＣＴＰ赤道的交点，ｙ轴通过右手规则确定。
２．２．２ＧＰＳ数据传输协议
ＬＤ－３ＷＧＰＳ模块以ＮＭＥＡ０１８３协议作为数据传输协议。ＮＭＥＡ协议是为了在不同的ＧＰＳ（全球定位系统）导航设备中建立统一的ＢＴＣＭ（海事无线电技术委员会）标准，由美国国家海洋电子协会（ＮＭＥＡ－ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＭａｒｉｎｅＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＡｓｓｏｃｉａ－ｔｉｏｎ）制定的一套通讯协议。ＮＭＥＡ０１８３协议是目前
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ＧＰＳ接收机上使用最为广泛的协议。
ＮＭＥＡ０１８３协议提供了很多语句，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有￥ＧＰＧＧＡ、￥ＧＰＧＳＡ、￥ＧＰＧＳＶ、￥ＧＰＲＭＣ、￥ＧＰＶＴＧ、￥ＧＰＧＬＬ等。ＬＤ－３Ｗ模块提供了￥ＧＰＧＳＶ、￥ＧＰＲＭＣ、￥ＧＰＧＧＡ和￥ＧＰＧＳＡ四种语句。这四种语句提供了许多定位相关的信息，比如若语句以￥ＧＰＧＧＡ开头则表明该语句为ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍＦｉｘＤａｔａ（ＧＧＡ）ＧＰＳ定位信息；若语句以￥ＧＰＧＳＡ开头，则表明该语句为ＧＰＳＤＯＰａｎｄＡｃｔｉｖｅＳａｔｅｌ－ｌｉｔｅｓ（ＧＳＡ）当前卫星信息；若语句以￥ＧＰＧＳＶ开头，则表明该语句为ＧＰＳＳａｔｅｌｌｉｔｅｓｉｎＶｉｅｗ（ＧＳＶ）可见卫星信息。
一般情况下，若无特殊要求，使用￥ＧＰＲＭＣ语句已足以满足定位需要。￥ＧＰＲＭＣ语句是ＧＰＳ推荐的最短特定定位信息（ＲｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄＭｉｎｉｍｕｍＳｐｅｃｉｆｉｃＧＰＳ／ＴＲＡＮＳＩＴＤａｔａ），由１２部分组成，每部分以“，”间隔。定位所需的经度、纬度、时间等信息均可从该语句获得。语句格式如下：
￥ＧＰＲＭＣ，＜１＞，＜２＞，＜３＞，＜４＞，＜５＞，＜６＞，＜７＞，＜８＞，＜９＞，＜１０＞，＜１１＞，
＜１２＞＊ｈｈ
每一部分表示意义如下：
＜１＞表示获取数据时的格林尼治时间，２４小时制，格式为ｈｈｍｍｓｓ，可为小数，精确到小数点后三位；
＜２＞状态标志，“ＡＡ”或“ＶＡ”表示获取到了有效位置，“Ｖ”为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫星个数少于３颗，不能进行精确定位；
＜３＞纬度信息，格式为ｄｄｍｍ．ｍｍｍｍ，精确到小数点前５位后４位；
＜４＞纬度标志，Ｎ为北半球、Ｓ为南半球；
＜５＞经度信息，格式为ｄｄｄｍｍ．ｍｍｍｍ，精确到小数点前５位后４位；
＜６＞经度标志，Ｅ为东半球、Ｗ为西半球；
＜７＞目标的移动速度，范围为０．０到９９９．９，单位为ｋｎｏｔｓ；
＜８＞目标移动的方向，以北方为参考基准，范围为０００．０到３５９．９度；
＜９＞格林尼治日期，格式为ｄｄｍｍｙｙ；
＜１０＞地磁变化，从０００．０到１８０．０度；
＜１１＞地磁变化方向，为Ｅ或Ｗ；
＜１２＞模式指示：Ａ＝自主定位，Ｄ＝差分，Ｅ＝估算，Ｎ＝数据无效；
最后的“＊”为校验和识别符，其后面的两位十六进制数“ｈｈ”为校验和。
当ＬＤ－３Ｗ与手机通过蓝牙连接后，就会不断地向串口写入检测到的ＧＰＳ信息。串行通讯的参数为：波特率为４８００，数据位为８位，停止位为１位，无奇偶校验。根据ＮＭＥＡ－０１８３协议，可以编写相应程序从串口读取数据，提取出￥ＧＰＲＭＣ数据，进而分析获取到当前的定位信息。
３应用ＳＶＧ技术的矢量地图
矢量电子地图引擎负责地图的显示、漫游、缩放等基本功能。矢量数据的存储格式的优劣直接影响到电子地图的性能。在这里我们选择ＳＶＧ格式。
ＳＶＧ（ＳｃａｌａｂｌｅＶｅｃｔｏｒＧｒａｐｈｉｃｓ）是一种基于ＸＭＬ，用来描述二维矢量图形和矢量／点阵混合图形的置标语言，是一种全新的矢量图形规范。作为ＸＭＬ的一个描述矢量图形的子集，ＳＶＧ为ＷｅｂＧＩＳ所面临的静态性、数据格式的多样性、平台相关的Ｗｅｂ内容表现和缺乏交互性、网络传输缓慢等问题提供了一个全新的解决方法［４］。ＳＶＧ实现了图形、图像和文字的有机统一，有很好的动态交互性能，它除了支持ＨＴＭＬ中常用的标记，如文本、图像、链接、交互性、ＣＳＳ的使用、脚本外，还提供了大量针对图形、图像、动画的特定标记。
除此之外，ＳＶＧ还有其他图形格式所不具备的优势。首先作为矢量图形它可以保证图像的显示质量不会因为拖移或缩放等操作而受损。增强的色彩精度有效地提高了传统矢量图格式的显示精度。再有就是它的可编辑性和兼容性十分优秀。最后就是它高效的词汇表大大缩减了图像文件的尺寸，从而减少了从网络下载时间。
采用ＳＶＧ图像格式进行信息描述，进一步提高了手机定位算法的速度。
该混合定位技术已经在手机上得到了实现，定位结果如图３所示。
图３定位结果
４结束语
本文研发了以Ｊ２ＭＥ为平台的手机定位技术，将支持Ｊ２ＭＥ的手机作为客户端，利用ＧＰＳ与Ｅ－ＯＴＤ相结合的混合定位方法对手机进行定位，并采用ＳＶＧ矢量电子地图格式实现手机与用户的交互。实验表明，运用此方法定位一般情况下可以保证１０米以内的精度，即使在特殊情况下，也可以将精度控制在５０米以内。ＳＶＧ格式矢量图的使用也提高了分辨率，表现出了优异的动态特征。因此说，此方法对手机定位服务具有很高的有效性。
参考文献：
［１］ＰａｕｌＴｒａｎｂｌｅｔｔ，王伯欣译．Ｊ２ＭＥ无线Ｊａｖａ应用开发［Ｍ］．人民邮电出版社，２００２．
［２］ＬｅｏｐｏｌｄＬｅｅ．Ｊ２ＭＥ手机编程基础［Ｍ］．清华大学出版社，２００３．［３］万德明，汤文侃．ＧＳＭ手机定位技术［Ｊ］．电信快报，２０００．１０：９￣１３［４］刘啸．基于ＸＭＬ的ＳＶＧ应用指南［Ｍ］．北京科海电子出版社，２００１．［５］谢展鹏．无线定位技术及其发展［Ｊ］．现代通信，２００４．３：７￣９▲ＣＥ
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