移動(dòng)GIS中定位信息的獲取及無(wú)線傳輸

移動(dòng)GIS中定位信息的獲取及無(wú)線傳輸王強(qiáng)①項(xiàng)慧麗②①信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院河南鄭州450052②解放軍65015部隊(duì)遼寧大連116023Email:wangqiangpla@Xianghuili_65015@摘要：本文討論了在基于PDA的移動(dòng)GIS開發(fā)過程中，移動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)定位問題；簡(jiǎn)單介紹WinCE開發(fā)規(guī)則、串行口的通信開發(fā)方法、GPS信號(hào)接收、基于PDA的GPRS網(wǎng)絡(luò)編程；根據(jù)以上開發(fā)技術(shù)在移動(dòng)GIS中實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)目標(biāo)地理位置信息的獲取及無(wú)線傳輸功能。關(guān)鍵詞：移動(dòng)GISWinCEPDAGPSGPRSAbstractThispapermainlydiscussedthedevelopmentprocessofMobileGISbasedonPDAandtherealtimelocationofmovingobject。ItalsointroducethedevelopingrulesandmethodsonWinCE，communicationwithserialinterface，receivingandprocessingofGPSsignal，GPRSnetprogrammingbasedonPDA。Dependingonabovetechnology，realizedtheaccessingandtransferringofmovingobjectgeo-spacialinformationinMobileGISKeyWordsMobileGIS；WinCE；PDA；GPS；GPRS引言GIS是上世紀(jì)60年代興起的技術(shù)，經(jīng)過40余年的發(fā)展，GIS技術(shù)已趨成熟，現(xiàn)在已進(jìn)入推廣和普及應(yīng)用階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，各種具有無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)功能的移動(dòng)智能終端，如PDA（掌上電腦）、手機(jī)、GPS手表等嵌入式設(shè)備已經(jīng)深入到我們生活的方方面面，人們?cè)谙硎苓@些設(shè)備提供的已有的便利之余，也在向GIS提出新的要求，能否提供運(yùn)行于這些小設(shè)備上嵌入式GIS系統(tǒng)，提供諸如出行導(dǎo)游，空間移動(dòng)信息地理服務(wù)等等。不言而喻，智能終端、GPS、無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在GIS領(lǐng)域的應(yīng)用，勢(shì)必豐富GIS理論和拓展GIS應(yīng)用領(lǐng)域?；谶@些移動(dòng)智能終端平臺(tái)的GIS+GPS+無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)一體化的研究，必然成為GIS領(lǐng)域中一個(gè)新興的重要研究領(lǐng)域。國(guó)際GIS界將GIS+GPS+無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)一體化的研究稱為移動(dòng)GIS。本文主要探討移動(dòng)GIS中兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題：GPS信號(hào)獲取及空間位置信息無(wú)線傳輸。移動(dòng)定位技術(shù)目前，移動(dòng)定位主要有兩種方式，即衛(wèi)星定位和GSM定位。1）衛(wèi)星定位.衛(wèi)星定位技術(shù)以美國(guó)的GPS定位技術(shù)為代表，GPS分測(cè)量型和導(dǎo)航型兩種，當(dāng)前GPS單點(diǎn)定位精度為10m—30m。2）GSM定位主要指利用手機(jī)進(jìn)行定位。目前Cell_ID定位技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的定位技術(shù)，基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的Cell_ID定位技術(shù)是指由GSM網(wǎng)絡(luò)根據(jù)一定的方式獲取移動(dòng)用戶所在的蜂窩小區(qū)號(hào)，并將此蜂窩小區(qū)中心對(duì)應(yīng)的位置信息作為移動(dòng)終端所處的位置。這種技術(shù)的定位精度取決于所在小區(qū)的半徑，基站密度較高，其定位精度可達(dá)到200m左右；而在郊區(qū)，基站密度較低，其定位精度只能達(dá)到1—2km。3）GPS與GSM兩種定位方法的結(jié)果利用GPS接收機(jī)定位，可直接獲得位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)且精度較高，定位刷新速度快，每秒都可獲得數(shù)據(jù)。但也存在問題，如定位需同時(shí)通視四顆以上的衛(wèi)星，GPS天線不能遮擋。而在城市區(qū)間及構(gòu)筑物內(nèi)很難滿足或根本不能滿足GPS信號(hào)接收的基本要求，難以實(shí)現(xiàn)定位。GSM定位精度比GPS定位精度低，不能實(shí)時(shí)產(chǎn)生位置信息，需GSM網(wǎng)絡(luò)的支持等。但其采用GSM蜂窩小區(qū)技術(shù)，不存在遮擋或信號(hào)隔離問題，這樣只要手機(jī)有信號(hào)的地方都能進(jìn)行定位。4）基于PDA的移動(dòng)終端定位PDA是個(gè)人數(shù)字助理的縮寫，是供人們溝通、連接和互動(dòng)的移動(dòng)數(shù)字設(shè)備，集計(jì)算、電話、傳真和網(wǎng)絡(luò)等多種功能于一身，尤為重要的是，這些功能都可以通過無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)。目前，PDA已由時(shí)尚型向電腦、手持設(shè)備靠近，功能日益強(qiáng)大，使用更為廣泛。以下主要介紹運(yùn)行于PDA之上的移動(dòng)GIS系統(tǒng)中，移動(dòng)終端位置信息的獲取及無(wú)線傳輸?shù)募夹g(shù)實(shí)現(xiàn)方法。移動(dòng)終端定位信息的獲取1）開發(fā)環(huán)境作者在以下軟硬件環(huán)境基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了GPS信號(hào)接收功能。PC:高檔微機(jī)PDA:CompaqiPAQH3900內(nèi)存：ROM32虬RAM64MCPU:InterlPXA250操作系統(tǒng)：WinCE3.0中文版開發(fā)語(yǔ)言：EmbeddedVisualc++3.0GPS接收機(jī)：CF_30LP（CF卡）2）實(shí)現(xiàn)過程PDA上使用得GPS接收機(jī)大多為CF卡類型，可與PDA上CF接口直接相連，攜帶方便。目前國(guó)內(nèi)PDA主要使用WinCE操作系統(tǒng)，本文主要介紹在WinCE3.0環(huán)境下，GPS信號(hào)的獲取和解析。（1）打開關(guān)閉串行端口在所有的流設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中，均使用CreateFile來(lái)打開串行端口設(shè)備。所使用的設(shè)備名稱作為五字符驅(qū)動(dòng)程序名稱，即COM后接要打開的COM端口號(hào)再加一個(gè)冒號(hào)。冒號(hào)是WinCE所必需的，否則該端口無(wú)法正常使用。假設(shè)PDA分配給GPS的端口號(hào)為6,則利用以下程序行可打開該端口：hComPort=CreateFile（TEXT（"COM6：”），GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,0,NULL）；由于WinCE不支持設(shè)備的重疊I/O操作，因此必須將函數(shù)第六個(gè)參數(shù)值設(shè)為0。調(diào)用成功后函數(shù)返回已打開串行端口的句柄，該句柄在后續(xù)操作中會(huì)經(jīng)常用到。當(dāng)確定不需要從GPS接收信號(hào)時(shí)，需要關(guān)閉占用的串口，否則會(huì)影響其它設(shè)備使用串口。調(diào)用CloseHandle(hComPort)可以關(guān)閉一個(gè)串行端口。配置串行端口配置串行口主要是用DCB結(jié)構(gòu)配置端口設(shè)置，包括波特率、停止位、數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度、校驗(yàn)位、流量控制等等，還有配置超時(shí)值。調(diào)用函數(shù)GetCommState和SetCommState可獲取當(dāng)前串口配置并重新設(shè)置串口相關(guān)參數(shù)。對(duì)于串行通信，必須配置超時(shí)值，否則程序可能陷入到一個(gè)循環(huán)來(lái)等待來(lái)自串口的字符。這對(duì)采用WindowsCE的設(shè)備來(lái)說，將大大減少設(shè)備電池的使用時(shí)間，所以超時(shí)值是需要配置的。API函數(shù)SetCommTimeouts可完成此任務(wù)。讀寫串行端口在成功打開串行端口后，可使用ReadFile和WriteFile函數(shù)讀寫串行斷口，如：intrc；DwORDcByIes；BYTEch；ch=TEXT('a')；rc=ReadFile(hComPort,&ch,&cBytes,NULL)；如果調(diào)用成功，變量ch將讀入一個(gè)字節(jié)，cBytes被設(shè)置為讀取字節(jié)的數(shù)量。寫串行端口也很簡(jiǎn)單。調(diào)用過程如下：intrc；DwORDcByIes；BYTEch；ch=TEXT('a')；rc=WriteFile(hComPort,&ch,&cBytes,NULL)；上面的代碼將字母a寫入以前已經(jīng)打開的串行端口。如果成功，則ReadFile和WriteFile都將返回TRUE。需要注意的是，當(dāng)利用串行端口長(zhǎng)時(shí)間讀取GPS信號(hào)時(shí)應(yīng)該防止系統(tǒng)掉電。WinCE系統(tǒng)由鍵盤的敲擊次數(shù)和屏幕的點(diǎn)擊次數(shù)來(lái)決定活動(dòng)性。它不計(jì)入諸如串行端口傳輸數(shù)據(jù)之類的任務(wù)。為防止系統(tǒng)掉電.可以使用下面的兩個(gè)函數(shù)中的任意一個(gè)來(lái)模擬鍵擊：keybd_event(),SendInput()。這些函數(shù)可以用來(lái)模擬鍵擊，用鍵擊能重置WinCE所使用的活動(dòng)計(jì)時(shí)器，WinCE使用這個(gè)計(jì)時(shí)器來(lái)確定系統(tǒng)何時(shí)自動(dòng)斷電。GPS信號(hào)解析通過串口正確讀取GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)后，需要根據(jù)相關(guān)通信協(xié)議解^PS數(shù)據(jù)，獲取移動(dòng)目標(biāo)當(dāng)前的位置和格林威治時(shí)間(該時(shí)間加上8小時(shí)即為我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間)。作者使用的CF_30LP型GPS接收機(jī)遵循NMEA-0183通信協(xié)議，提供六種數(shù)據(jù)格式，分別是GGA，GLL，GSA，GSV，RMC，VTG。本文主要介紹RMC格式數(shù)據(jù)，它是GPS推薦的最短數(shù)據(jù)。如果與衛(wèi)星通信正常的話，RMC格式中有用數(shù)據(jù)如下：$GPRMC,204700.487,A,3403,8683,N,11709.4323,W,001.9,336.9,170698信號(hào)解析:數(shù)據(jù)NMEA-0183通信協(xié)議$GPRMCGPS推薦的最短數(shù)據(jù)204700.487UTC—TIME24小時(shí)制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，按照hhmmss.sss的格式A'A'表示數(shù)據(jù)可使用，‘V’表示數(shù)據(jù)不可靠3403,8683緯度值，格式為ddmm.mmmm，表示34度3.8683分N‘N'表示北緯，‘S'表示南緯11709.4323經(jīng)度值，格式為dddmm.mmmm，表示117度9.4323分W‘W'表示西經(jīng)，‘E'表示東經(jīng)根據(jù)以上說明，在軟件中對(duì)GPS數(shù)據(jù)串分解處理即可獲得移動(dòng)目標(biāo)在任一時(shí)刻的地理經(jīng)緯度。位置信息的無(wú)線傳輸通過GPS接收機(jī)，獲取移動(dòng)目標(biāo)任一時(shí)刻的地理經(jīng)緯度，在移動(dòng)GIS中可實(shí)現(xiàn)許多實(shí)用功能。例如：移動(dòng)目標(biāo)圖上定位，數(shù)據(jù)采集，運(yùn)動(dòng)軌跡回放，移動(dòng)目標(biāo)自導(dǎo)航等。但是只有將移動(dòng)GIS應(yīng)用終端獲取的地理位置信息，利用無(wú)線傳輸技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，高速快捷地提供給處于不同地域的相關(guān)客戶，移動(dòng)GIS才會(huì)真正實(shí)用。目前位置信息無(wú)線傳輸主要有兩種方式：1）GSM短信（SMS）當(dāng)前在空間數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸中，多采用GSM網(wǎng)絡(luò)中的SMS短信方式。SMS（短消息業(yè)務(wù)）是GSM網(wǎng)的一項(xiàng)增值業(yè)務(wù)，他通過控制信道傳輸數(shù)據(jù)，支持點(diǎn)一點(diǎn)消息業(yè)務(wù)及消息廣播業(yè)務(wù)等多種方式。采用該方式，短信息服務(wù)器端必須向電信公司申請(qǐng)專門的業(yè)務(wù)服務(wù)，才能利用自己的服務(wù)器進(jìn)行短消息的接受和處理。電信的此項(xiàng)業(yè)務(wù)價(jià)格昂貴，而且對(duì)于需要時(shí)時(shí)傳輸位置信息的監(jiān)控系統(tǒng)更是難以承受，對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的空間數(shù)據(jù)更是無(wú)能為力。2）GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)GPRS是基于GSM無(wú)線系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，是一項(xiàng)高效無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，其通信速度快，數(shù)據(jù)延遲小，按流量收費(fèi)，費(fèi)用低廉，最大特點(diǎn)就是“永遠(yuǎn)在線”即客戶無(wú)須為每次數(shù)據(jù)訪問建立呼叫連接，因次非常適合于在移動(dòng)GIS應(yīng)用中傳輸位置信息和電子地圖數(shù)據(jù)。GPRS建立鏈路以后，相當(dāng)于專線直接接入因特網(wǎng)，利用TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)可靠而且穩(wěn)定。而且信息管理中心的服務(wù)器只需要是普通的接入Internet的主機(jī)，大大節(jié)省了服務(wù)器端的開銷。綜合兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)，作者認(rèn)為在基于位置信息的傳輸宜采用第二種方法。具體思路就是：移動(dòng)終端將GPS數(shù)據(jù)組成GPRS數(shù)據(jù)分組，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)，上傳到信息管理中心服務(wù)器。服務(wù)器應(yīng)當(dāng)具備至少一個(gè)IP地址，并且擁有電子地圖。信息管理中心也可以通過因特網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)終端發(fā)出各種指令。3）基于PDA的網(wǎng)絡(luò)編程PDA利用擴(kuò)展插槽，插入專用GPRS無(wú)線網(wǎng)卡，設(shè)置相關(guān)參數(shù)即可隨時(shí)隨地使用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線上網(wǎng)，通過操作系統(tǒng)自帶瀏覽器進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)瀏覽，軟件下載等Internet操作。PDA接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)只是為位置信息傳輸建立了必需的環(huán)境，在移動(dòng)GIS軟件系統(tǒng)中還必須完成基于PDA的網(wǎng)絡(luò)編程，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端定位信息的無(wú)線傳輸。國(guó)內(nèi)的PDA多采用WinCE操作系統(tǒng)，開發(fā)工具使用EmbeddedVisualC++，它包含一個(gè)較小的MFC類庫(kù)，但能完全滿足移動(dòng)GIS開發(fā)需要，且生成應(yīng)用程序代碼小，執(zhí)行效率高，非常適合開發(fā)移動(dòng)GIS。在具體應(yīng)用系統(tǒng)中，PDA大多作為客戶終端使用，通過自身GPS接收卡獲取當(dāng)前位置信息，再利用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將位置信息傳向后臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端定位和監(jiān)控目的。因此在移動(dòng)GIS編程過程中必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。下面簡(jiǎn)要給出使用WinSocket類實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的軟件編制流程：5.結(jié)束語(yǔ)目前影響移動(dòng)GIS推廣使用的核心技術(shù)難