基于Android平臺(tái)太陽角度計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱瑜紅，鄧 志

（寧夏大學(xué) 物理電氣信息學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

Android是一個(gè)專為移動(dòng)終端打造的軟件平臺(tái)，其主要包括操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面及應(yīng)用程序.Android系統(tǒng)擁有移動(dòng)終端能便捷使用所需的全部軟件，并且其開放性還保證了該平臺(tái)不會(huì)阻礙任何移動(dòng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新.正是因?yàn)锳ndroid系統(tǒng)這種開源、完整、免費(fèi)的特性，自它誕生以來迅速得到了大量用戶以及許多廠商的青睞.在Android系統(tǒng)下手機(jī)的各種應(yīng)用異常豐富，例如拍照、導(dǎo)航等，但在這些應(yīng)用中都沒有關(guān)于太陽角度計(jì)算的功能.在本文中基于Android系統(tǒng)平臺(tái)，利用Google Android SDK和JAVA Eclipse等開發(fā)工具，設(shè)計(jì)了一個(gè)有關(guān)太陽角度計(jì)算的軟件.該軟件可作為一個(gè)組件方便的添加到應(yīng)用中，給予這些應(yīng)用更多的功能和實(shí)用性.例如結(jié)合導(dǎo)航功能可以迅速判斷此時(shí)此地的太陽角度，進(jìn)而判斷方向，即使在陰雨天也不用擔(dān)心.或者可以將這種功能集成到天氣預(yù)報(bào)軟件中，可為軟件增添趣味性.

1 太陽角度計(jì)算

1.1 太陽直射點(diǎn)緯度的計(jì)算

太陽直射點(diǎn)的緯度為δ(北緯δ取正值，南緯δ取負(fù)值)，黃道面與赤道面的二面角為α(α即地理和天文中的“黃赤交角”，α的大小為23.5°)，太陽在黃道上的點(diǎn)相對(duì)春分點(diǎn)的角度為ω(ω以下簡(jiǎn)稱“黃道角”，一年中某天的ω角度可利用這天與春分日的天數(shù)差n表示，對(duì)平年近似算式為對(duì)閏年近似算式為.直射點(diǎn)緯度δ，黃赤交角α，黃道角ω三者之間的關(guān)系為：sin(δ)=sin(α)*sin(ω)，利用該公式即可計(jì)算出太陽直射點(diǎn)的緯度.

1.2 地球上某地任意時(shí)刻太陽仰角和偏角的計(jì)算

建立地心坐標(biāo)系：Z軸方向取從地心指向地軸北極的方向，X軸取赤道面與太陽直射經(jīng)度線平面的交線方向，Y軸取赤道上位于X軸東側(cè)90°角的方向.建立本地坐標(biāo)系：z軸取垂直地面指向正天頂?shù)姆较颍瑇軸取正南方向，y軸取正東方向.假設(shè)某地在地球上的緯度為θ(北緯θ取正值，南緯θ取負(fù)值)，該地某時(shí)刻對(duì)應(yīng)的時(shí)間角為φ(φ為當(dāng)?shù)亟?jīng)度與太陽直射經(jīng)度之間的差值，φ每小時(shí)轉(zhuǎn)過的角度為15°，φ的大小可以利用該時(shí)刻與當(dāng)?shù)卣鐣r(shí)刻的時(shí)間差t表示，公式為：φ=15°*t，t的單位為小時(shí)，上午 t取負(fù)值，下午t取正值)，則地心坐標(biāo)系與本地坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系為：

設(shè)當(dāng)天的太陽的直射點(diǎn)緯度為δ，則由兩個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系可得到太陽直射點(diǎn)位置矢量在本地坐標(biāo)系中的表達(dá)式為：

假設(shè)太陽在本地坐標(biāo)系中的高度角為H(H為太陽與地平線的夾角)，方位角為P(P為太陽在地面上的豎直投影點(diǎn)與本地坐標(biāo)系原點(diǎn)連線和本地坐標(biāo)系正南方向之間的夾角，該角在正南方向偏東則取正值，偏西則取負(fù)值)，則太陽的直射點(diǎn)位置矢量在本地坐標(biāo)系中的表達(dá)式又為：

本地坐標(biāo)系中的兩個(gè)表達(dá)式是完全等價(jià)的，因此有：

2 太陽角度計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)

2.1 軟件代碼的組織架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的太陽角度計(jì)算軟件主要包括以下幾部分：

(1)程序界面，其布局文件為 eslayout文件夾中名為main.xml的文件.在此文件中同時(shí)設(shè)置了相對(duì)應(yīng)的圖形界面，其布局方式選用相對(duì)布局，使用xml語言編寫；

(2)前次使用所記錄的信息，保存在res/raw中，可以實(shí)現(xiàn)快速訪問；

(3)太陽角度計(jì)算相關(guān)程序city.java使用java語言編寫，實(shí)現(xiàn)了通過經(jīng)緯度計(jì)算得出當(dāng)前時(shí)刻的太陽偏角與仰角；

(4)軟件主程序命名為sunangle.java，使用java語言編寫.在此程序中完成對(duì)控件的監(jiān)聽，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的操作以及對(duì)用戶操作的響應(yīng).

2.2 界面布局文件main.xml

此軟件的使用者是廣大用戶，為此設(shè)計(jì)出的程序必須具有良好的人機(jī)交互界面，這樣才能便于用戶使用，從而增加用戶的操作興趣，提高軟件的普及率.因此，主界面的實(shí)現(xiàn)從以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)完成.

2.2.1 城市選擇菜單的創(chuàng)建與布局

2.2.2 經(jīng)緯度輸入文本框的布局

由于//TextView是不可編輯文本框，因此需要調(diào)用setText()函數(shù)來設(shè)置其中的內(nèi)容，并且在相對(duì)布局方式中要將其位置設(shè)置在“當(dāng)?shù)鼐暥取薄ⅰ爱?dāng)?shù)亟?jīng)度”的右邊，同時(shí)將其文本框中的文字大小設(shè)置為18dp.其默認(rèn)緯度是38.16°，默認(rèn)經(jīng)度是106.1°，為銀川所在經(jīng)緯度.

2.2.3 太陽仰角與偏角顯示布局

2.2.4 當(dāng)前時(shí)間顯示布局

2.2.5 Button按鈕控件的布局

2.3 太陽角度計(jì)算程序

太陽角度計(jì)算主要通過city.java程序?qū)崿F(xiàn)，將輸入的經(jīng)緯度經(jīng)過判斷與計(jì)算，得到太陽仰角與偏角的數(shù)值，將此數(shù)值返回主程序sunangle.java.

該程序流程圖如圖1所示，在得到相關(guān)數(shù)據(jù)后首先會(huì)對(duì)經(jīng)緯度的數(shù)值進(jìn)行判斷，如果不在范圍內(nèi)，則會(huì)輸出太陽仰角為0°，偏角為0°.如果通過判定，則會(huì)計(jì)算出相應(yīng)的太陽仰角與偏角.

圖1 太陽角度計(jì)算程序city.java流程圖

2.4 主程序sunangle.java

主程序流程圖如圖2所示.在程序開始后會(huì)有程序監(jiān)聽，其間隔是1000毫秒，即一秒鐘.主要目的是獲取經(jīng)度和緯度的具體數(shù)值，然后會(huì)將其實(shí)例化為sunangle.java.

經(jīng)度和緯度數(shù)值的獲取方式有三種，一是讀取經(jīng)度和緯度輸入框中的具體數(shù)值，二是讀取前次使用所保存的數(shù)據(jù)，最后一種方法是判斷下拉菜單所選擇的城市，然后讀取相應(yīng)城市的經(jīng)度和緯度.

圖2 主程序sunangle.java流程圖

2.5 界面實(shí)現(xiàn)效果

圖3至圖6是程序運(yùn)行的效果圖.

圖3 程序主界面

圖4 城市選擇

圖5 幫助界面

圖6 程序運(yùn)行界面

3 結(jié)束語

經(jīng)過應(yīng)用演示和測(cè)試，本文設(shè)計(jì)開發(fā)的太陽角度計(jì)算軟件能夠在所有Android操作系統(tǒng)的手機(jī)和移動(dòng)終端上安裝并穩(wěn)定運(yùn)行，可以為不同需求的用戶提供準(zhǔn)確、便捷的服務(wù).因此本設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)其他類似開發(fā)工作也具有一定的參考借鑒意義.

〔1〕劉乾發(fā).基于Java平臺(tái)的手機(jī)軟件架構(gòu)的研究與應(yīng)用[D].浙江：浙江大學(xué)軟件學(xué)院，2007.

〔2〕姚顯昊，劉衛(wèi)國(guó).Android的架構(gòu)和應(yīng)用開發(fā)研究[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2008（11）：78-81.

〔3〕FrankAbleson，Android 開發(fā)簡(jiǎn)介.developer Works.2009（6）：130-131.

〔4〕楊豐盛.Android應(yīng)用開發(fā)揭秘[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.28.

〔5〕高煥堂.Google Android應(yīng)用框架原理與程式設(shè)計(jì)[M].(2008-11-29)[2011-03-05]，http://d.download.csdn.net/down/820544/carylin.