Ｍｏｂｉｌｅ ＧＩＳ應(yīng)用中手持ＧＰＳ定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要:Mobile GIS的研究是當(dāng)前十大GIS研究前沿之一，針對(duì)于GPS在Mobile GIS應(yīng)用研究中的重要地位，該文構(gòu)建了一個(gè)手持GPS定位系統(tǒng)，討論手持GPS定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)研究與分析了移動(dòng)終端的GPS數(shù)據(jù)接收及處理的原理和方法，給出了大地坐標(biāo)到高斯平面坐標(biāo)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換公式，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了整個(gè)系統(tǒng)的可行性，為Mobile GIS進(jìn)一步的研究提供了有價(jià)值的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞:Mobile GIS;GPS;移動(dòng)終端

中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2009)24-6782-02

Design and Realization of Holding GPS Orientation System in Mobile GIS Application

ZHANG Yong-xiong

(Computer Science and Engineering Department， Guangzhou Technology Business College， Guaungzhou 510850， China)

Abstract: The research of Mobile GIS is one of the leading edge for ten researches of GIS. According to the important position of GPS in the research for Mobile GIS application， this article set up an hand-hold GPS orientation system and disussed the realization of hand-hold GPS orientation system. It studied and analysed the princple and method for receiving and processing the GPS data of mobile terminal.It also listed out the interchanged formular between geodetic coordinate and Gauss plane coordinate. Finally， it used experiment to prove the feasibility of this system. All of these offered the valuable technological support for the further research of Mobile GIS.

Key words: Mobile GIS; GPS; mobile terminal

傳統(tǒng)的GIS是一種靜態(tài)的GIS，其所研究、分析的對(duì)象局限于空間位置相對(duì)固定的地理實(shí)體[1]，然而在現(xiàn)實(shí)世界中，大部分的對(duì)象都有移動(dòng)性，如各種交通工具、行人等。要在移動(dòng)環(huán)境中使用GIS以及描述移動(dòng)中的對(duì)象，就是需要一種融合了移動(dòng)計(jì)算、地理信息系統(tǒng)、定位、無(wú)線通信等多種技術(shù)的新地理信息系統(tǒng)——Mobile GIS[2]。

本文基于對(duì)Mobile GIS研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了Mobile GIS系統(tǒng)中的一個(gè)組成部分——手持GPS定位系統(tǒng)，提供了一個(gè)Mobile GIS研究中定位功能的方案。

1 手持GPS定位系統(tǒng)的構(gòu)建

如圖1所示，手持GPS定位系統(tǒng)主要包括移動(dòng)終端，無(wú)線網(wǎng)關(guān)和web服務(wù)器三部分組成。

移動(dòng)終端是由索尼愛立信K750手機(jī)和環(huán)天BT-338型號(hào)的GPS接收器組成。移動(dòng)終端的主要功能是GPS接收器接收衛(wèi)星定位信息，通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)與手機(jī)通信，手機(jī)處理定位信息數(shù)據(jù)，然后通過(guò)GPRS與web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信。web服務(wù)器是接收手機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后，傳送到手機(jī)上。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1GPS數(shù)據(jù)接收及處理

移動(dòng)終端中的GPS接收器是不可編程的硬件設(shè)備，它所遵守的GPS協(xié)議是NMEA-0183[3]，它的內(nèi)置SiRF starⅢ高效能GPS芯片組能夠?qū)崟r(shí)地接收GPS數(shù)據(jù)并以同步的方式每隔1秒鐘通過(guò)SPP的形式向其周圍的藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183 SiRF二進(jìn)制GPS數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中的手機(jī)端與GPS接收器是通過(guò)藍(lán)牙通信連接，并嚴(yán)格遵守JSR-82規(guī)范。移動(dòng)終端是基于Server和Client模型的，GPS接收器作為Server端，而手機(jī)作為Client端。工作流程:首先，GPS接收器通過(guò)GPS定位服務(wù)進(jìn)行定位和計(jì)算，得出定位信息;接著，它通過(guò)藍(lán)牙SPP以NMEA-0183的格式向周圍的藍(lán)牙設(shè)備發(fā)送定位信息。此時(shí)，手機(jī)與GPS接收器進(jìn)行藍(lán)牙連接，并同步地接收GPS數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)中的藍(lán)牙通信也是基于C/S模型，其中Server端的主要功能是注冊(cè)發(fā)布服務(wù)和等待接收連接，而Client端是搜索服務(wù)和進(jìn)行連接。GPS接收器與手機(jī)建立的藍(lán)牙連接由三個(gè)部分組成:Discovery，Devices Management和Communication。在一般的情形下，Server和Client都會(huì)各部署一個(gè)應(yīng)用程序，這兩個(gè)應(yīng)用通信的基礎(chǔ)就是藍(lán)牙通信協(xié)議棧，通信的過(guò)程都是從棧底逐步地向棧的高層進(jìn)行，Server先在SDDB(service discovery database)中注冊(cè)Service，這里的Service即是Client想獲取的一個(gè)功能或服務(wù)，然后，Server就開始等待Client的應(yīng)用程序初始化藍(lán)牙連接的事件并訪問(wèn)已經(jīng)注冊(cè)了的Service。藍(lán)牙協(xié)議棧為Server提供的功能是:為Server提供一個(gè)服務(wù)池，可以向其中增加，刪除和更新服務(wù);指派一個(gè)唯一的服務(wù)操作控制器;建立與Client應(yīng)用程序的邏輯連接。藍(lán)牙協(xié)議棧為Client提供的功能是:搜索并獲取Server SDDB中的Service;建立與Server應(yīng)用程序的邏輯連接。

2.2 大地坐標(biāo)到高斯平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

高斯平面坐標(biāo)系如圖2所示。

為了避免Y軸出現(xiàn)負(fù)值，轉(zhuǎn)換的時(shí)候?qū)⒅醒胱游缇€上的各點(diǎn)Y坐標(biāo)定位500km，即將X軸向西移500km[4]。大地坐標(biāo)系選用的是北京54坐標(biāo)系，以6度作為投影分帶。GPS接收器接收到的定位數(shù)據(jù)的大地坐標(biāo)(longitude，latitude)轉(zhuǎn)換為高斯平面坐標(biāo)(Y，X)。以下是推導(dǎo)的數(shù)學(xué)公式:

latitude1 為當(dāng)前點(diǎn)緯度的弧度。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)圖1的手持GPS定位系統(tǒng)的組成圖，本文做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性并實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是取得當(dāng)前定位點(diǎn)的地圖。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)的工作流程:首先，GPS接收器接收到移動(dòng)對(duì)象的定位信息;然后，手機(jī)從GPS接收器取得定位信息;接著，手機(jī)把定位信息通過(guò)GPRS發(fā)到web服務(wù)器;最后，web服務(wù)器處理數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送到手機(jī)上顯示。

實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖3所示，左圖是手機(jī)接收定位數(shù)據(jù)并提取經(jīng)緯度定位信息數(shù)據(jù)后發(fā)送數(shù)據(jù)完畢的實(shí)驗(yàn)圖，它表示定位數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送到服務(wù)器。右圖是手機(jī)接收到服務(wù)器數(shù)據(jù)并顯示處理過(guò)的數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)圖。右圖顯示的信息是“定位點(diǎn):北緯23.055183度 東經(jīng)113.3967667度。高斯平面坐標(biāo):y=19745676.7533436 x=2552707.3764977。”

調(diào)圖實(shí)驗(yàn)的步驟是:GPS接收器接收到GPS衛(wèi)星的信息;手機(jī)讀取GPS接收器的定位信息，并提取經(jīng)緯度坐標(biāo);手機(jī)通過(guò)GPRS連接并把移動(dòng)對(duì)象的定點(diǎn)信息傳送給web服務(wù)器;web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的驗(yàn)證處理，并提取當(dāng)前移動(dòng)對(duì)象所在的地圖信息傳送到手機(jī)上;手機(jī)顯示地圖。圖4是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

該文首先給出了手持GPS定位系統(tǒng)的組成圖，然后對(duì)移動(dòng)終端中的GPS數(shù)據(jù)接收及處理進(jìn)行了深入的研究，并推導(dǎo)出大地坐標(biāo)到高斯平面坐標(biāo)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換公式。在此基礎(chǔ)上，本文做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了手持GPS定位系統(tǒng)在Mobile GIS的研究應(yīng)用中的可行性，為Mobile GIS進(jìn)一步的研究提供了有價(jià)值的技術(shù)支持。

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