Android定位原理

Android定位原理做移动互联网就不太可能不碰手机端的开发。上周为了项目需要，俺也挽袖子抡胳膊开始写起了android程序，还好有java基础，倒也上手快，写了几个小程序，主要都是关于定位方面的。网上也搜得到一些相关的文章和教程，但给出的例子效果不太好，而且感觉只有其表，却不明其理。因此写出此文，分享一些我的经验。虽然是以android为主，但是我想对其它平台的开发也应该有些帮助。这篇文章侧重于制定一个合理的定位方案。手机定位的方式先科普一些基础知识吧。最简单的手机定位方式当然是通过GPS模块（现在大部分的智能机应该都有了）。GPS方式准确度是最高的，但是它的缺点也非常明显：1，比较耗电；2，绝大部分用户默认不开启GPS模块；3，从GPS模块启动到获取第一次定位数据，可能需要比较长的时间；4，室内几乎无法使用。这其中，缺点2,3都是比较致命的。需要指出的是，GPS走的是卫星通信的通道，在没有网络连接的情况下也能用。另外一种常见的定位方式是基站定位。大致思路就是采集到手机上的基站ID号（cellid）和其它的一些信息（MNC，MCC，LAC等等），然后通过网络访问一些定位服务，获取并返回对应的经纬度坐标。基站定位的精确度不如GPS，但好处是能够在室内用，只要网络通畅就行。还有Wifi定位。和基站定位类似，这种方式是通过获取当前所用的wifi的一些信息，然后访问网络上的定位服务以获得经纬度坐标。因为它和基站定位其实都需要使用网络，所以在Android也统称为Network方式。最后需要解释一点的是AGPS方式。很多人将它和基站定位混为一谈，但其实AGPS的本质仍然是GPS，只是它会使用基站信息对获取GPS进行辅助，然后还能对获取到的GPS结果进行修正，所以AGPS要比传统的GPS更快，准确度略高。Android提供的定位接口在写第一个程序之前，我对android的幻想是这样的：提供了一个函数，能够让我直接从GPS模块中读取经纬度坐标，还有一个函数，能够直接访问网络，获得基站定位的结果。所以，我只需要调用调用函数就可以搞定这一切。现实和理想总是有很大的差距。Android上的开发完全不是这么回事儿。前面提到过，GPS模块从启动到获取数据之间时间会比较长，可能有2~3分钟时间，所以，如果真有这么一个函数，那么你的程序可能会被这个函数阻塞几分钟。我想正是基于这样的考虑，android上要想获取定位信息，必须使用异步方式。代码大概是这个样子：01locManager=(LocationManager)this.getSystemService(Context.LOCATION_SERVICE);02locListener=newLocationListener(){03@Override04publicvoidonStatusChanged(Stringprovider,intstatus,05Bundleextras){06//TODOAuto-generatedmethodstub07}08@Override09publicvoidonProviderEnabled(Stringprovider){10//TODOAuto-generatedmethodstub11}12@Override13publicvoidonProviderDisabled(Stringprovider){14//TODOAuto-generatedmethodstub15}16@Override17publicvoidonLocationChanged(Locationlocation){18//TODOAuto-generatedmethodstub19mobileLocation=location;20}21};22locManager.requestLocationUpdates(LocationManager.GPS_PROVIDER,0,0,locListener);这是从网上随便摘一段。简单解释一下代码：首先，你需要创建一个LocationManager；然后定义出自己的LocationListener，LocationListener包涵了好几个成员函数，它们都是回调函数。最重要的一个是“onLocationChanged”，这个函数是在android获取了新的location信息之后调用的，你可以在这个函数内来实现自己想要的功能。比如，你可以定义一个内部location变量，一旦这个函数被调用，就将内部location变量设置成最新的值；最后，调用LocationManager.requestLocastionUpdates，它其实是将定义的locationListener注册到android中。在上面的代码中，这句话是说让LocationListener监听GPS_PROVIDER的变化。GPS_PROVIDER对应于android上的GPS模块获取位置信息，还有一个NETWORK_PROVIDER表示通过network方式获取位置信息。问题那么接下来就有问题了，什么时候能够真正获得手机的定位经纬度呢？等着onLocationChanged被调用吧。那它什么时候会被调用？没人知道。我写过一个小程序，测试Network方式下注册过listener之后（requestLocationUpdates函数）和onLocationChanged被调用之间的时间间隔。测试的网络条件很好。反复观察了几次，大部分都可以在几十毫秒内就返回了，但也有一些时候，时间间隔长达几十秒。这意味着，你的用户需要等上几十秒才能有返回。所以，第一个需要注意的地方是，不要一直等待你的回调函数onLocationChanged被调用。你需要设置一个timeout机制。这又会引入第二个问题。如果timeout了，但onLocationChanged仍然没有返回，怎么办？难道只能提示用户无法定位吗？别急，android还提供了一个函数：getlastKnowLocation。这个函数会返回android平台最后一次获取到的位置信息。比如，你可以这样：viewplaincopytoclipboardprint?1LocationlastKnownLocation=locationManager.getLastKnownLocation(LocationManager.GPS_PROVIDER);所以，即便onLocationChanged没有被调用，我们仍然可以获取一个位置信息。当然，这里又引出了第三个问题：这个的返回值值得信赖吗？如果用过一些LBS或者地图程序，你会发现有一个现象：在某些时候你打开地图结果被定位到的地方是你上一次使用地图程序的位置。这就是因为程序是采用getLastKnownLocation获取的位置。这个问题的解决办法是，需要定义一个标准判断获取到的Location是否可信。Android的Location这个类除了包涵有latitude,longitude，还包含有很多其他的信息，比如何时获取到的，通过哪种方式获取到的，等等。程序员完全可以基于这些信息来判断获取到的Location是否过时或者是否可信。合理的方案最后，说一下整体方案。Android的官方文档【1】给出了推荐的方案：首先注册自己的LocationListener，让它同时监听GPS_PROVIDER和NETWORK_PROVIDER；然后可以调用getLastKnownLocation获得一个Location值，这个值可以作为一个备选值；然后在一段用户可接受的时间内，不断接收从onLocationChanged返回的位置，并同之前的值做比较，选取其中的最佳；最后，会剩下一个筛选后的最优结果，你需要判断这个结果是否可接受。如果可以接受，返回给用户，如果不行，告诉用户无法定位。整个过程你需要定义两个重要的函数：一个是比较两个Location信息，返回其中好的那个；另一个函数则用来判断Location信息是否可以被接受。目前手机上被广泛使用的移动定位技术有三种：基于网络的小区识别定位、集成GPS定位和A-GPS定位。一、基于网络即小区识别定位技术。GSM移动通信网络是由许多像蜂窝一样的小区构成的，每个小区都有自己的编号，由于手机通讯遵循蜂窝技术规范，因此只要手机不是离线模式，手机位于哪个小区就很容易知道，这种定位精度取决于移动终端所处蜂窝小区半径的大小，从几百米到几十公里不等，与其它技术相比，该技术精度最低，而且还会收取一定的月功能使用费。二、集成GPS即美国go-vern-ment提供的全球定位系统。24颗GPS卫星分布在6个道平面上，距离地面1万2千公里，以12小时的周期环绕地球运行，使得任意时刻地面上任意点都可以观测到4颗以上的卫星。集成GPS定位需要手机内置GPS模块，但该模块只有接收功能，没有发射功能。24颗GPS卫星不断向地球发射着包含时间、卫星点位等重要参数的信息，被我们的手机收到后，手机会利用多个卫星的同一时间发出的信号到达的先后顺序及时差计算出手机到各个卫星的距离，然后利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星组成3个方程式，解算出手机的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星时钟与手机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到手机的经纬度和高程。事实上，手机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，手机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位。三、辅助GPS即AssistGPS，简称A-GPS，是网络辅助的全球定位系统，这种方法实际就是小区识别定位+集成GPS定位+远端数据计算+GPRS信息传输。辅助GPS定位需要移动运营商提供其移动通信信号塔的GPS位置，并在移动网络上加建位置服务器，还需要在地面建设GPS基准站(用于实时观测卫星并向定位服务器提供全球实时星历数据)。辅助GPS定位过程如下：1、手机将距离最近的移动通信信号塔的GPS位置通过网络传输到位置服务器；2、位置服务器(由GPS基准站提供全球即时星历数据)根据移动通信信号塔的GPS位置传输该信号塔(近似手机位置)当前上空的GPS星历信息到手机，这些信息将暂时保存在手机内存的特定位置(星历缓存)；3、手机从星历缓存读取数据并接收指定几颗卫星的信号(省去了繁重的信号接收、数据计算和筛选最优卫星分组等工作)；4、手机接收到指定几颗卫星的信号后，参考星历缓存中的位置信息(主要是仰角)校核计算出手机当前的位置，然后在屏幕上显示出来（警告：如果此时上空没有指定卫星信号(比如手机位于室内)，则会从第1步往下重复，请小心你的流量）；5、手机随时间的变化(时间变化造成卫星偏移)和位置的移动(位置移动造成仰角改变)自动选择卫星，实时刷新星历缓存；6、手机重复第3、第4和第5步骤。7、其他重要环节的说明：①.如果手机有过一次成功定位，那么手机内存中就会有一个星历缓存，其中保存着上次的定位信息，退出定位软件也不会丢失，但一关机就没了。②.每次启动GPS后，模块首先读取星历缓存，然后尝试上次定位的卫星信号，接着会有两种情况：a.如果存在上次定位的卫星信号，则会立刻定位，屏幕不出现连网提示符，这就是为什么相对上次定位时间间隔和位置移动不大时一打开定位软件就能定位的原因；b.如果不存在上次定位的卫星信号，则星历缓存失效，手机从第1步开始重做所有步骤，屏幕出现连网提示符。四、手机GPS模块概述（一）GPS模块由信号接收硬件和数据处理软件两部分组成。数据处理软件是固化在主板芯片中的，跟电脑的BIOS一样，介于软件与硬件之间，说它软是因为通过特殊设备可以刷写它，说它硬是因为一般用户根本动不了它。A-GPS与纯GPS的不同之处，就是A-GPS比纯GPS在数据处理软件上多了一段联网获取辅助数据的程序。GPS的工作过程概括如下(3、4部分为A-GPS的特色任务，设置中不勾选A-GPS或者由星历缓存锁定卫星成功后将不被执行)：1、读取手机内存中的星历缓存(上次的定