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基于Android和瓦片GIS技术的船舶动态监控系统毕业论文

 2020-02-16 10:02  

摘 要

随着海上经济的迅猛发展,海上交通监管的压力也随之增长,而船舶实时监控系统可缓解海上交通监管的压力。由于传统监控系统都是基于PC端,本文将提出基于Android移动端的船舶实时监控系统,将船舶实时监控系统从传统的PC端扩展到移动通讯设备上,为船舶监管部门工作人员与各类需要使用系统的人员提供了一种十分便利的船舶监控方式。

本系统采用C/S模式架构,系统框架采用Android客户端 服务端 MySQL数据库的模式,Android客户端的开发主要使用以下两个技术:基于GIS的瓦片地图显示技术以及网络通讯技术。基于GIS的瓦片地图显示技术实现了客户端地图显示功能,客户端通过网络通讯获取实时船舶信息,经过筛选进行显示。

本文首先对基于Android和瓦片GIS的船舶动态监控系统涉及的相关技术进行介绍,然后对系统需求及功能设计进行分析,设计了系统的总体框架结构、数据库表和服务器接口。基于以上工作,经编码、调试实现了基于Android和瓦片GIS的船舶动态监控系统。系统主要包括船位获取,轨迹显示、船舶信息显示等功能。

关键词:瓦片GIS技术;移动通讯;船舶实时监控;Android

Abstract

With the rapid development of marine economy, the pressure of maritime traffic supervision also increases, and the real-time ship monitoring system can alleviate the pressure of maritime traffic supervision. Due to the traditional monitoring system is based on PC side, this paper will propose a real-time monitoring system for ships based on Android mobile terminal, which will extend the real-time monitoring system for ships from traditional PC terminal to mobile communication equipment, and provide a very convenient way for the staff of ship supervision department and all kinds of personnel who need to use the system.

The system adopts C/S mode frame, and the system framework adopts Android client server MySQL database mode. The development of Android client mainly uses the following two technologies: tile map display technology based on GIS and network communication technology. The tile map display technology based on GIS realizes the map display function of the client. The client obtains real-time ship information through network communication and displays it through screening.

Firstly, this paper introduces the related technologies of ship dynamic monitoring system based on Android and tile GIS, then analyses the system requirements and function design, and designs the overall framework structure, database table and server interface of the system. Based on the above work, this system is realized by coding and debugging. The system mainly includes ship position acquisition, trajectory display, ship information display and other functions.

Keywords: tile GIS technology; Mobile Communication; real-time ship monitoring; Android

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 主要研究内容 2

1.4 论文结构 3

第2章 相关理论及技术 4

2.1 Android应用程序开发 4

2.1.1 Android系统框架 4

2.1.2 Android开发四大组件 5

2.2 WEBGIS技术 5

2.2.1 WEBGIS中瓦片地图显示 6

2.3 Tomcat介绍 7

2.4 Okhttp技术 8

2.5 AsyncTask多线程 9

2.6 本章小结 9

第3章 系统需求分析与总体设计 10

3.1 总体需求 10

3.1.1 用户需求 10

3.1.2 性能需求 10

3.2 功能设计 10

3.2.1 地图显示及操作 11

3.2.2 船舶显示 12

3.2.3 船舶信息 13

3.3 可行性分析 14

3.4 总体框架设计 14

3.5 服务器接口设计 15

3.6 本章小结 15

第4章 系统详细设计与实现 16

4.1 地图显示及操作 16

4.1.1 地图显示 16

4.1.2 地图放缩 17

4.2 船舶定位及历史轨迹显示 17

4.2.1 船位实时显示 17

4.2.2 历史轨迹显示 18

4.3 船舶信息显示 18

4.3.1 Tomcat服务器搭建 19

4.3.2 MySQL数据库连接 19

4.3.3 数据库设计 20

4.3.4 使用Okhttp进行网络请求 22

4.4 系统界面展示 23

4.5 本章小结 25

第5章 总结与展望 26

5.1 工作总结 26

5.2 工作展望 26

参考文献 28

致 谢 30

绪论

研究背景及意义

我国拥有近300万平方公里的海洋领土以及12万公里左右的内河航运线,这一优越的地理条件为我国航运事业的发展提供了优良的基础。航运因其运输量大、运费低等诸多优势逐渐成为贸易运输的主要方式。

随着海上交通的逐渐繁忙,海事也随之不断增加,据相关资料显示,近年来由于海事造成的财产损失和人员伤亡损失巨大[1],海上监控的压力与日俱增,依据实时船舶定位找出港口水域船舶交通密度高的区域,对船舶进行监测,优化海上交通质量,是现今海上安全管理面临的迫切问题[2]

船舶监控与车辆监控不同,由于船舶在海上航行,尤其是远洋航行,海洋内部没有通信基站,地面监控所使用的无线电移动通信信号等的常规信号,无法对船舶信号进行远距离传递[3],海上船舶监控面临巨大的挑战。随着2003年我国第三颗北斗卫星的发射成功,我国拥有了完全自主的卫星导航系统,因其不受距离影响以及全天候作业的特点[4],北斗导航定位系统在航海领域的应用为船舶信号的传递提供了一个良好的媒介。

与此同时,地理信息系统(Geographic Information System,GIS)在各领域的应用也得到了不断深化,不仅大量运用于国土、资源、环境管理方面,在车载导航、智能交通、现代物流等领域也随处可见。在航海领域,随着人们对海上航行安全需求的不断增长,GIS技术与北斗定位系统技术结合产生的网络地理信息系统(WEBGIS)应运而生,它为船舶实时定位以及通信数据的传递提供了一个很好的可视化平台[3]

到目前为止,大部分船舶监控系统是基于PC端的,本文提出的基于Android和GIS瓦片技术的船舶监控系统,不仅能够提供实时船位获取-定位的功能、网络通信、船舶轨迹显示等网页端已有的功能,而且能够将船舶监控扩展到移动设备,以适应科技发展的趋势。

国内外研究现状

地理信息系统(GIS)自20世纪60年代提出以来发展迅速,WEBGIS以Web界面作为GIS软件的客户端将互联网与GIS技术完美结合。与传统GIS相比,WEBGIS将空间信息扩展到整个互联网,实现全世界范围内空间模型和地理信息共享,并且具有良好的可扩展性,是一种大众化的地理分析工具[5]

瓦片Web的电子海图研究分为栅格瓦片技术和矢量瓦片技术,现今采用基于栅格瓦片的GIS是Web电子海图服务的主流,由于基于栅格瓦片的Web电子海图技术存在着其固有的局限性[6],矢量瓦片技术在目前得到了广泛的关注与研究,蔡苑彬[7]于2014年设计了一种矢量金字塔存储模型能有效提高图片存储空间的利用率,同时提出了一种基于四叉树的点要素实时综合算法有效的提高了制图速度;2016年王梅欣[8]实现了一种分布式矢量地图切片系统,提出研究分布式矢量地图的重要性;同年,朱秀丽等[9]研究了矢量瓦片的图形数据和要素数据的编码、矢量瓦片的组织存储方式并实现了对矢量瓦片的实时渲染,表明矢量地图瓦片技术克服了传统栅格瓦片的缺陷,在交互性、渲染效果及属性查询等方面具有很大的优势和很高的应用价值。

矢量瓦片GIS技术是将地图分解成多个尺寸相同的小图片(瓦片)按照既定规则无缝拼接而成的,但是由于地图在有限的屏幕显示时不可能表达所有信息,会出现注记被瓦片化边缘截断显示不完全、注记重叠等问题[10]。采用四叉树算法过滤显示指定范围瓦片内目标,以及Guttman[11]于1984年提出的R树算法将地图信息存放在叶节点中来有效处理空间数据信息,注记点处理性能得到了明显提高,有效解决了上述问题。

主要研究内容

论文设计并实现了基于Android与瓦片GIS的船舶动态监控系统,将传统基于PC端的船舶监控系统转移到移动设备端进行实现。通过本系统用户可以在移动设备端对船舶动态进行实时监控。

系统主要分为两个部分:基于Android的客户端和服务端,Android客户端的主要工作在于瓦片地图界面的设计及实现以及各项功能的组件的实现,借助Okhttp与Tomcat服务器进行交互,Android客户端通过对从服务端返回的JSON数据解析,使用户可实时获取船舶位置。在服务端通过数据库查询语句从数据库中获取实时船舶信息,将获取的数据信息以JSON形式返回给客户端。

基于以上功能,本文主要研究内容如下:

  1. 对本文运用的主要技术WEBGIS下瓦片地图的显示和基于Android平台的瓦片地图显示进行详细叙述。
  2. 对Okhttp技术及AsyncTask技术进行分析,阐述如何通过这两项技术实现客户端与服务端的网络通讯。
  3. 对如何搭建服务器以及如何连接MySQL数据库进行详细介绍。

论文结构

本问由5个章节组成,章节具体安排如下:

第1章:对论文的研究背景及意义、WEBGIS技术和矢量瓦片地图显示技术的国内外现状做了详细描述。

第2章:本章是相关理论及技术的介绍,首先对Android程序开发使用的框架和Android开发四大组件做了详细讲述,之后对系统所使用的关键技术——瓦片GIS的使用做了阐述,最后对使用Tomcat进行后台搭建和使用Okhttp与AsyncTask技术进行与后台通讯工作进行简要描述。

第3章:本章是对系统的需求分析及总体设计进行叙述。首先从发展趋势和性能需求阐述了系统需求分析,之后进行了详细的功能描述,最后对本系统使用数据库表与服务器接口做了简要说明。

第4章:本章是系统功能的具体实现部分,包括服务器端的实现与Android客户端的设计与实现。简要叙述了如何搭建服务器端,对Android客户端各个功能模块的设计与具体实现做了详尽的描述,最后进行系统功能测试。

第5章:本章主要讲述了已经完成的工作以及系统实现中存在的不足。

相关理论及技术

Android应用程序开发

Android是由谷歌公司开发的以Linux为核心的操作系统,以Apache免费开放源码许可证的方式,供全球APP开发制作人员使用,因其独特的优势,它是当前手机和掌上电脑使用最广泛系统。

Android系统框架

Android系统在体系结构方面,从下至上可以分为4个层次,分别为Linux内核层,Android系统运行层,应用框架层与应用层,如图 2.1 Android系统框架所示。

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