基于ＰＤＡ導(dǎo)航定位技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘要：文章首先對(duì)基于PDA的導(dǎo)航系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)幾種GPS定位技術(shù)的對(duì)比，得出各個(gè)定位技術(shù)的優(yōu)差點(diǎn)。隨后深入剖析了基于PDA的導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架特點(diǎn)：平臺(tái)簡(jiǎn)單，模塊可定制，對(duì)于非專業(yè)人員操作簡(jiǎn)單。最后通過(guò)對(duì)平臺(tái)的實(shí)用性分析及相關(guān)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的部分導(dǎo)航功能。

關(guān)鍵詞：GPS；導(dǎo)航系統(tǒng)；Wince；定位

中圖分類號(hào)：TP317文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1009-3044(2008)36-2760-01

Wince Based Navigation System Research and Implementation

LI Li， ZHANG Xiang， WANG Wei

(Southwest Jaotong University， Chengdu 610031， China)

Abstract: Firstly， this article analyzes the PDA-based navigation system and its current situation. Contrast with several of GPS positioning theory， as can be seen various positioning technologies nearly gifted. Secondly，there is an in-depth analysis of the framework features: simple platform， the customized-module， easy for non-professionals. By the end of the platform and practical analysis of the test and achieved some of the navigation system.

Key words: GPS; navigation system; wince; location

1 引言

近年來(lái)，信息技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的滲透和普及，多學(xué)科結(jié)合的技術(shù)成為當(dāng)今研究的一個(gè)熱點(diǎn)，結(jié)合GIS與計(jì)算機(jī)技術(shù)的導(dǎo)航系統(tǒng)的研究也成為國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注的問(wèn)題。西方一些國(guó)家很早就開(kāi)始研究導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。最近幾年國(guó)內(nèi)也開(kāi)始陸續(xù)開(kāi)發(fā)嵌入式導(dǎo)航系統(tǒng)，但是規(guī)模和普及度不是很高，尤其在高端GPS應(yīng)用領(lǐng)域里更是缺乏自主開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)[1]。因此國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域技術(shù)的整體性和綜合性深度上有待發(fā)展。國(guó)外同類產(chǎn)品雖然具有集成度較高等的性能優(yōu)點(diǎn)，但其昂貴的成本成為其在國(guó)內(nèi)發(fā)展的一大障礙。隨著科技的發(fā)展，智能手機(jī)逐漸深入我們的生活，工作當(dāng)中，為我們開(kāi)發(fā)導(dǎo)航系統(tǒng)提供了一個(gè)良好的平臺(tái)，減少了不必要的成本負(fù)擔(dān)[2]。因此，基于智能手機(jī)，PDA等的開(kāi)發(fā)成為我們當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一個(gè)趨勢(shì)。

2 導(dǎo)航系統(tǒng)的定位技術(shù)

現(xiàn)有的定位技術(shù)主要有3類：GPS定位技術(shù)，基于手機(jī)基站的定位技術(shù)以及混合定位技術(shù)。

2.1 GPS定位技術(shù)

目前PDA上應(yīng)用最多的定位技術(shù)就是GPS定位。

1) 定位原理：通過(guò)PDA中的GPS接受模塊來(lái)定位。GPS接收機(jī)通過(guò)測(cè)量幾顆（一般是四顆）衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)據(jù)（到達(dá)時(shí)間），計(jì)算出接收機(jī)所處地點(diǎn)的經(jīng)度，緯度，和高度，定位精度在5-40m左右；

2) 優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)單方便，覆蓋的范圍大；

3) 缺點(diǎn)：在森林等有遮蓋物的區(qū)域信號(hào)較差。

2.2手機(jī)定位技術(shù)

近年來(lái)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商推出了一種新的增值服務(wù)手機(jī)定位[4]。包括如下幾種定位方法：

1) 時(shí)差定位方法：

定位原理：手機(jī)根據(jù)其所在服務(wù)小區(qū)基站和周圍幾個(gè)基站的測(cè)量數(shù)據(jù)，包括手機(jī)觀測(cè)到兩個(gè)不同位置的基站信號(hào)的接收時(shí)間差，兩個(gè)基站之間的系統(tǒng)時(shí)間差（若基站信號(hào)完全同步此差值為零），可以得出兩個(gè)基站到手機(jī)的距離差。只要有三個(gè)基站的數(shù)據(jù)，便可計(jì)算出手機(jī)相對(duì)基站的位置，從而確定手機(jī)的位置。這種定位方法對(duì)基站時(shí)間同步要求嚴(yán)格，其優(yōu)點(diǎn)是定位基本上不依賴于天氣，缺點(diǎn)是手機(jī)要完成時(shí)差測(cè)量和定位計(jì)算，要作大的改動(dòng)，同時(shí)，在基站幾何條件差的地區(qū)影響定位效果。

2) Cell of origin

定位原理：根據(jù)手機(jī)所處的蜂窩小區(qū)的ID號(hào)來(lái)確定手機(jī)位置的方法。小區(qū)ID號(hào)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)己有信息，手機(jī)在小區(qū)注冊(cè)后，在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中就會(huì)將該手機(jī)與該小區(qū)ID號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)，只要系統(tǒng)能提供該小區(qū)基站位置和小區(qū)覆蓋半徑， 便可確定手機(jī)所處的大概位置，通過(guò)廣播發(fā)送給手機(jī)便知道自己所處的位置[3]。此方法的定位精度取決于小區(qū)半徑。優(yōu)點(diǎn)是在基站較多的地方定位較準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、速度快，缺點(diǎn)是在偏遠(yuǎn)的山區(qū)和基站覆蓋較少的區(qū)域定位效果差。

2.3 混合定位技術(shù)

混合定位技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的新的趨勢(shì)，GPSONE是混合定位技術(shù)的典型代表。

定位原理：GPSONE同時(shí)從GPS和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)收集測(cè)量數(shù)據(jù)，然后組合這些數(shù)據(jù)在手機(jī)上得出精確三維定位信息。在單獨(dú)利用GPS定位信息和單獨(dú)利用網(wǎng)絡(luò)信息都無(wú)法完成定位的情況下，系統(tǒng)會(huì)綜合利用這兩種信息源，只要有一顆衛(wèi)星和一個(gè)小區(qū)站點(diǎn)數(shù)據(jù)就可以完成定位。這種定位技術(shù)在野外數(shù)據(jù)采集和定位精度上都有明顯優(yōu)點(diǎn)能彌補(bǔ)兩方面不足，缺點(diǎn)是這項(xiàng)技術(shù)需要專門的模塊集成，不利于推廣，應(yīng)用成本較高。

基于上述介紹，本系統(tǒng)采用的是GPS定位技術(shù)來(lái)解決導(dǎo)航系統(tǒng)的定位問(wèn)題，利用程序讀出串口得到的GPS信息，轉(zhuǎn)換成需要的經(jīng)緯度，與電子地圖匹配，顯示定位信息。

3 導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)程序運(yùn)行流程圖，如圖1所示。GPS接收機(jī)接收到信號(hào)后傳輸給PDA的串口，通過(guò)串口把信號(hào)輸出給Win CE系統(tǒng)的API，然后通過(guò)操作系統(tǒng)傳輸給導(dǎo)航軟件，實(shí)現(xiàn)地圖匹配與導(dǎo)航。同時(shí)導(dǎo)航軟件也可以發(fā)出信號(hào)操控GPS模塊的開(kāi)啟和關(guān)閉。

系統(tǒng)在裝有WINDOWS CE5.0系統(tǒng)的Windows Mobile 5.0（PPC）模擬器上實(shí)現(xiàn)了顯示SHP地圖，實(shí)現(xiàn)了圖層的添加，刪除，設(shè)置圖層顏色，放大，縮小，漫游，全圖顯示，區(qū)域查詢，顯示航跡等功能，如圖2所示。

首先加載底層圖層數(shù)據(jù)，可以根據(jù)自己的喜好設(shè)置底層地圖顏色，其次可以根據(jù)自己的需要加載所需地圖數(shù)據(jù)，形成有層次的地圖，隨即就可以對(duì)地圖進(jìn)行導(dǎo)航和其他的相關(guān)操作。同時(shí)可以根據(jù)自己所在位置，縮小選定區(qū)域，定義自己的線路，或者選擇標(biāo)志性建筑物等等[5]。

1) 文件功能：打開(kāi)存儲(chǔ)好地圖，關(guān)閉當(dāng)前地圖，保存地圖等功能；

2) 圖層設(shè)置：實(shí)現(xiàn)圖層添加，刪除，設(shè)置圖層顏色，圖層上下層之間選擇，移動(dòng)。

圖1 導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2模擬器仿真

3) 工具按鈕：地圖的放大，縮小，漫游，以及一鍵實(shí)現(xiàn)全圖顯示，點(diǎn)選標(biāo)志性建筑物，區(qū)域進(jìn)行查詢，和航跡顯示等功能。

4) 幫助功能：主要是提供版本信息，和相關(guān)功能的簡(jiǎn)單介紹，更加方便了用戶，增強(qiáng)了人機(jī)交互。

在模擬器上的開(kāi)發(fā)，主要依據(jù)Windows Mobile 5.0作為實(shí)機(jī)的模擬裝置，用Ox boy GPS 模擬器 V1.0作為GPS信號(hào)的模擬裝置，發(fā)射模擬信號(hào)。利用虛擬端口設(shè)置模擬信號(hào)的接收端，實(shí)現(xiàn)整個(gè)的GPS信號(hào)的發(fā)射和接收的過(guò)程。在模擬器上用藍(lán)牙裝置完成信號(hào)的接收，PPC通過(guò)藍(lán)牙裝置接收到GPS模擬器發(fā)出的信號(hào)，軟件可以與地圖相匹配，完成經(jīng)緯度最終映射到地圖上，實(shí)現(xiàn)GPS導(dǎo)航功能。

4 結(jié)束

隨著GIS與其他學(xué)科的結(jié)合和相互滲透，GIS在越來(lái)越多的方面得到了應(yīng)用和研究。尤其是隨著國(guó)際化交流的增多，以及城市化進(jìn)程的加快，移動(dòng)GIS的應(yīng)用在公共事務(wù)中越來(lái)越得到體現(xiàn)，在公共安全方面的實(shí)用價(jià)值也逐漸的增強(qiáng)。為了使越來(lái)越多的人在現(xiàn)代化交通進(jìn)程中體會(huì)到方便，快捷的服務(wù)，導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)在GIS發(fā)展一個(gè)新方向和熱點(diǎn)。導(dǎo)航系統(tǒng)在人們出行，以及現(xiàn)代化交通中的作用日趨明顯，是現(xiàn)代企業(yè)在信息產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中，所必不可少的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。本文根據(jù)GPS個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)功能需求以及系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)際可行的方案，并通過(guò)了簡(jiǎn)單的測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蔡勇.基于嵌入式Linux的“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2005(3):54-58.

[2] 周毓林，寧楊，陸貴強(qiáng).Windows CE.net內(nèi)核定制及應(yīng)用開(kāi)發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3] 田東風(fēng).Windows CE應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4] 朱曉武.基于Windows CE的移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)[J].系統(tǒng)建設(shè)，2002(9):11-14.

[5] 孔凡隨，鄒學(xué)忠.移動(dòng)GIS關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2005，28(3):44-46.