基于Android的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與設(shè)計

　　近年來隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，公路交通的復(fù)雜性和擁擠度與日俱增，現(xiàn)有的交通運輸管理與服務(wù)手段已不能適應(yīng)交通運輸?shù)男枨螅@已成為長期以來困擾發(fā)展中國家和發(fā)達國家的問題。因此，車載導(dǎo)航應(yīng)運而生，在一些發(fā)達國家，車載導(dǎo)航已成為大眾生活的輔助品。但是在中國由于技術(shù)、資金以及成本等原因，我國的車載導(dǎo)航市場還是處于發(fā)展初期。車載導(dǎo)航系統(tǒng)是集中應(yīng)用了自動定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機技術(shù)、無線通信技術(shù)的高科技綜合系統(tǒng)。目前國內(nèi)市場上的車載終端技術(shù)不夠完備，市場化程度低，真正達到消費者要求的并不多見。隨著對導(dǎo)航系統(tǒng)信息服務(wù)能力要求的進一步提高、終端硬件成本的不斷下降以及操作系統(tǒng)的不斷升級，選擇一款易于開發(fā)、維護和升級，并且兼容性強的操作系統(tǒng)來支撐終端硬件系統(tǒng)的運行就顯得異常重要。

　　由嵌入式Linux和Java虛擬機構(gòu)成的Android操作系統(tǒng)，為嵌入式移動設(shè)備帶來全新的開放系統(tǒng)解決方案。本文在眾多的操作系統(tǒng)中選擇 Android作為車載導(dǎo)航的系統(tǒng)終端軟件，因為Android是開源的操作系統(tǒng)，有利于開發(fā)人員理解平臺框架，降低移動終端設(shè)備的價格，同時也便于軟件的開發(fā)、維護和升級。

　　1　Android操作系統(tǒng)介紹

　　Google公司于2007年11月發(fā)布的Android操作系統(tǒng)，是一款建立在Linux操作系統(tǒng)2.6版本內(nèi)核之上的手機操作系統(tǒng)平臺。 Google公司是這樣定義Android操作系統(tǒng)的，它是首個專門為移動終端打造的真正意義上的開源且系統(tǒng)完整的移動平臺，而且不存在不同設(shè)備上的兼容性問題。

　　Android平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應(yīng)用軟件組成。Linux內(nèi)核層用來提供系統(tǒng)的底層服務(wù)，位于硬件和其他軟件層之間，采用 YAFFS2文件系統(tǒng)。Android運行庫包含一組核心庫和Dalvik虛擬機，Android提供豐富的類庫支持且大部分為開源代碼，如采用嵌入式數(shù)據(jù)庫SQLite。應(yīng)用框架層為Android開發(fā)人員提供了訪問框架應(yīng)用程序接口的全部權(quán)限，采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計簡化了組件之間的重用。在應(yīng)用程序?qū)樱珹ndroid本身附帶了一些核心的應(yīng)用程序，大大簡化了Android應(yīng)用程序的開發(fā)。

　　因此，利用Android操作系統(tǒng)作為車載導(dǎo)航終端的應(yīng)用平臺，由于操作系統(tǒng)與軟件免費，導(dǎo)航終端更便宜；同一平臺克服格式問題，功能更多元化；使用者決定功能，比個人電腦更人性化、更貼近消費者。

　　2　系統(tǒng)框架設(shè)計

　　本系統(tǒng)是一款以三星公司的S3C6410處理器為核心的嵌入式開發(fā)板，先開發(fā)Bootloader引導(dǎo)程序，接著在此基礎(chǔ)上移植Linux內(nèi)核，然后制作Android文件系統(tǒng)；在移植好Android操作系統(tǒng)后，進行車載導(dǎo)航功能的開發(fā)，任務(wù)集中在通過GPS實時獲取路徑，使用地圖匹配算法校正定位模塊的定位誤差，采用最短路徑導(dǎo)航規(guī)劃算法進行導(dǎo)航，通過語音提示實現(xiàn)路徑的引導(dǎo)，并且通過電子地圖配合Android系統(tǒng)軟件的API接口，同時它還具有不斷升級的地圖庫，并能按照用戶的需求進行各種信息查詢，真正實現(xiàn)一個體積小、耗電少、成本低并且人機界面友好的嵌入式操作系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

　　圖1　系統(tǒng)框架圖

　　利用Android操作系統(tǒng)在ARM硬件平臺上實現(xiàn)車載導(dǎo)航終端各功能模塊的整合，配合相應(yīng)的串口驅(qū)動、液晶屏驅(qū)動等完成指定的功能，如對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，計算所在位置的經(jīng)度、緯度、海拔、速度和時間等，并且采用地圖匹配算法進行定位誤差校正，自主導(dǎo)航路徑規(guī)劃采用Dijkstra算法，實現(xiàn)最短路徑導(dǎo)航。GPS系統(tǒng)具有全天候、全球覆蓋、三維定速、定時、高精度、快速、省時、高效率、應(yīng)用廣泛、多功能等特點，因此可廣泛應(yīng)用于陸地、海洋以及航空航天等。電子地圖的使用，直觀地將豐富的城市地圖、全國的公路網(wǎng)圖、加油站、便利商店、政府機關(guān)、餐館、醫(yī)院、停車場等信息同步地在LCD液晶顯示屏上顯示出來，方便中高端使用人員進行查詢參考。

　　3　車載定位導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　在車載導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計過程中，利用了Android軟件平臺的5大功能模塊，分別為Android應(yīng)用程序?qū)?、?yīng)用框架層、普通函數(shù)庫、 Java程序運行環(huán)境和Linux內(nèi)核層。在應(yīng)用程序?qū)永肁ndroid的各種組件API接口開發(fā)了針對車載導(dǎo)航的GPS、電子地圖的Java應(yīng)用程序，并在內(nèi)核層提供了相應(yīng)串口以及液晶屏等其他的底層驅(qū)動。

　　3.1　GPS定位模塊軟件設(shè)計

　　Android操作系統(tǒng)支持GPS APILBS，可以通過集成GPS芯片或外接GPS設(shè)備來接收衛(wèi)星信號，通過GPS全球定位系統(tǒng)中至少3顆衛(wèi)星和原子鐘來獲取當前設(shè)備的坐標數(shù)據(jù)。對于定位功能而言，穩(wěn)定性好是重中之重，而Android實現(xiàn)了這一點。Android提供了許多定位相關(guān)的類以及相關(guān)的函數(shù)，使得開發(fā)人員可以靈活應(yīng)用。使用位置信息管理類LocationManager進行GPS定位，使用Criteria類來實現(xiàn)自定義定位功能。當然在設(shè)計的導(dǎo)航系統(tǒng)中，我們希望所實現(xiàn)的 GPS設(shè)備盡可能省電，定位盡可能精確，并且需要獲取運動物體的速度。因此，設(shè)置的Criteria對象如下所示：

　　Criteria mCriteria=new Criteria（）;

　　mCriteria.setAccuracy（Criteria.ACCURACY_FINE）; /*經(jīng)緯度是否精確提供*/

　　mCriteria.setAltitudeRequired（false）; /*是否提供高度信息*/

　　mCriteria.setBearingRequired（false）; /*是否提供航向信息*/

　　mCriteria.setCostAllowed（true）; /*費用*/

　　mCriteria.setPowerRequirement（Criteria.POWER_LOW）; /* 設(shè)置低電量參數(shù)*/

　　mCriteria.setSpeedRequired（true）; /* 是否獲取當前物體的速度*/

　　接著將Criteria的參數(shù)傳遞給LocationManager對象。然后啟動GPS定位功能，LocationManager對象就開始通過自身的函數(shù)來獲取經(jīng)緯度和其他一些數(shù)據(jù)。其獲取數(shù)據(jù)的方法如下所示：

　?、?對于經(jīng)緯度，getLatitude（）返回維度數(shù)據(jù)，getLongitude（）返回經(jīng)度數(shù)據(jù)；

　?、?對于方向，hasBearing（）判斷是否有方向數(shù)據(jù)，而getBearing（）則以度為單位返回其值；

　?、?對于海拔高度，hasAltitude（）判斷是否有海拔數(shù)據(jù)，而getAltitude下則以m為單位返回海拔數(shù)據(jù)；

　?、?對于速度，hasSpeed（）判斷是否有速度值，而getSpeed（）則以m/s為單位返回速度值。

　?、?最后，LocationManager對象返回的數(shù)據(jù)及時地更新在電子地圖上，并且隨著物體和時間位置的變化，開發(fā)者可以利用LocationManager，使用定位監(jiān)聽器LocationListener根據(jù)時間和物體移動距離進行數(shù)據(jù)更新。