移動終端的定位跟蹤系統研究與實現

徐濤　范輝

摘 要：定位跟蹤技術是指通過特定的定位技術來獲取移動手機或終端用戶的位置信息（經度、緯度坐標等），并且在電子地圖上對跟蹤終端的位置進行標注的技術或服務。該系統綜合使用了GPS定位技術、WEBGIS、GSM通信網絡、GPRS無線分組技術、中間件等技術實現了對移動的終端進行定位跟蹤的功能，實現對終端人員的實時跟蹤和位置信息的動態管理。移動定位跟蹤技術的主要應用場所有以下4種：追蹤服務、信息服務、安全服務和付帳服務。

關鍵詞：定位跟蹤；GPS；WEBGIS；GSM通信網絡

1 相關技術簡介

1.1 Google Maps

Google Maps是谷歌公司推出的因特網電子地圖服務，它可以根據地理位置名稱或經緯度坐標實現定位和導航，地圖信息較為詳細。谷歌還為基于Web地圖應用的開發提供了免費的編程接口Google Maps API，該接口以JavaScript類庫形式存在，利用接口提供的功能齊全的地圖控制類，開發者可自定義地圖的顯示形式和功能，再把實現的WEB地圖嵌入到自己的應用程序中；從而開發出具有特定應用的基于Web GIS的應用程序。

1.2 GPS定位技術

GPS是美國上世紀70年代開始研制的全球定位系統（Global Positioning System）的英文簡稱。它主要由以下三部分組成：GPS衛星、地面監控系統和GPS信號接收機。

GPS接收機能接收到至少三顆衛星發出的信號，經過對信號的處理運算，就可得出該接收機的位置信息（如經度、緯度等）。GPS定位技術具有高精度、不間斷性和全球無盲點等優點。

本系統正是通過在移動終端內置GPS接收機模塊，并用能夠接收GPS信號的多用途天線替換普通的手機天線，以達到接收GPS數據的目的，并通過處理計算出移動終端的位置。

1.3 GSM通信網絡

GSM通信網絡是世界最大的移動通信網絡，中國移動和中國聯通分別擁有一個GSM網絡。一個完整的通信系統主要由網絡子系統（Network Subsystem，NSS）、基站子系統（Base Station Subsystem，BSS）、操作維護子系統（Operation Subsystem，OSS）和移動站（Mobile Station，MS）4大子系統組成。

GSM通信網絡的作為終端和控制中心信息傳達的主要通道，特別是GSM網絡的短消息業務（SMS）的合理利用，即通過GSM網絡的控制信道和SMS業務傳輸終端的信息數據，同時也降低了該系統的建設費用和維護成本，增強了跟蹤系統的可行性。

終端內置的GSM 模塊是符合GSM標準進行無線通信的調制解調器，插入移動通信運營商的SIM卡的終端就可以接入無處不在的GSM網絡，實現發送短消息業務進行數據傳輸的功能。該設備一般通過串口和計算機通信，用戶可以基于串口使用AT指令對其進行操作，或者基于廠商提供的開發包開發各類短信應用。

2 系統結構圖

如圖所示：集成了GPS和GSM模塊功能的嵌入式智能終端，接收定位衛星發來的位置數據信息，經終端內控制器模塊計算得出地理坐標信息，再結合基站通過鑒權、授權、檢查等手段將數據包以短消息的方式發送到GSM移動交換中心，經過通信網絡到達跟蹤系統的控制中心，然后，GPS服務器在控制中心數據庫中實時檢索定位數據包，將提取到的定位數據轉發給控制中心，當控制中心收到客戶端用戶的請求時，以相應的參數調用Google Maps服務最終在WEB頁面電子地圖上標注終端的位置信息，返回給客戶端，鑒于此，依賴此系統用戶可以：

（1）實時跟蹤定位終端：提前設定一定的時間間隔讓移動終端定時傳送當時的坐標信息，最后在電子地圖上做標注，實時跟蹤終端位置。

（2）軌跡查詢：控制中心收到移動終端的位置信息后按照規定格式存入數據庫，當用戶輸入終端的ID號等信息時，系統從位置信息數據庫取出相應記錄在地圖上進行顯示，用戶就可以查看終端的歷史軌跡。

3 系統實現

3.1 移動終端獲取位置信息

定位終端具有GPRS/GPS功能，由GPRS無線通信模塊、GPS接收機模塊、微處理器模塊等組成，實時計算出終端的經度、維度等地理信息，數據信息通過特定協議包裝處理后通過規定信道傳送給系統控制中心.其中，GPRS無線通信模塊主要用于定位終端和GSM基站之間的無線數據通信，不僅支持GPRS操作模式，還提供RS232串行接口。

終端基于LBS（Location Based Service）實時獲取位置信息，設置間隔30秒或者當移動終端位置狀態改變時調用位置監聽函數來處理實時位置信息，主要實現代碼如下：

LocationManager lm=（LocationManager）getSytemService（Context.LOCATION_SERVICE）；

String provider=LocationManager.GPS_PROVIDER；

Location location = lm.getLastKnownLocation（provider）；

X=location.getLatitude（）；

Y=location.getlongitude（）；

LocationManager.requestLocationUpdates（provider，1000，30，locationListener）；

LocationListener locationListener = new LocationListener（）{

public void onLocationChanged（Location location）{updateLocation（location）}}；

3.2 移動終端與控制中心的通信

該部分的實現是通信的核心，利用了現有的GSM通信網絡系統，該網絡系統具有抗干擾能力強、傳輸數據可靠和覆蓋范圍廣等優點，它是完成通信的重要紐帶，能很好的為我們系統的實現服務。

當終端GPS模塊計算出自身定位信息后并將數據加密打包，以文本形式組織數據報文，而且數據報文的長度不能超過GSM短消息業務規定的最大短消息長度，然后再以短消息的方式經由GSM網發送到定位跟蹤系統控制中心。

GSM網絡的短消息業務不會占用話務信道，它傳輸信息是在信令信道上進行傳輸，不用靠撥號建立連接，直接把要發送的信息加上信宿地址先發送到短消息服務中心，然后由服務中心根據需要轉發給特定的信宿。另外，該業務限制了傳輸信息的長度，規定英文信息長度須在160個字符以內，中文消息則不超過70個字符，位置信息剛好在這個范圍內。

GSM短消息業務是由ETSI組織制定的一個規范，使用AT命令進行短消息通信的控制，發送和接收數據采用兩種模式：PDU模式和TEXT文本模式，本系統我們采用的是TEXT模式。

3.3 跟蹤系統控制中心

系統的控制中心包括GPS衛星定位系統、GSM遠程數據通信系統、Web Server應用服務器、位置信息數據庫和DDN（Digital Data Network）專線等重要部分。數據通信系統負責通過DDN專線從移動通信網絡的短信息服務中心完成短消息數據的讀取和解析，提取出位置信息后存入位置信息數據庫規定表中，當接收到瀏覽器請求時根據需要讀取表中數據記錄，采用AJAX異步通信技術，每隔2分鐘更新服務器數據，根據要求在電子地圖上繪制定位點，在瀏覽器界面中顯示特定終端位置。

控制中心采用B/S模式，用戶通過Web瀏覽器發出查看位置信息的請求，控制中心訪問數據庫獲取相應數據，再通過多種形式調用Google Maps API，從而獲取加載了特定位置信息的地圖頁面，并把該地圖嵌入到網頁中。

本系統的實現基于.NET平臺。使用c#語言編程實現基于GSM網絡的通信和GPS數據獲取的功能，以及對短消息數據和GPS數據的封裝和解析。由于Windows集成了.NET框架并且對短消息操作和GPS數據的操作進行封裝，所以，基于嵌入式平臺的開發比較容易實現；控制中心數據庫采用SQL Server 2000，完成數據信息的存儲和各功能模塊間信息中轉的功能；控制中心應用功能的實現主要采用ASP.NET技術。

3.4 電子地圖顯示

Google Maps API是將Google地圖嵌入到網頁中的API，提供能被Ajax應用程序調用的Javascript接口，具有強大的地圖數據處理能力。谷歌公司推出的最新版本Google Maps API v3，具有很高的地圖加載速度，用戶可以直接在網頁代碼中調用來實現地圖顯示功能，在該系統中，我們調用API進行地圖信息的顯示以及顯示模式的切換。

以下代碼是主程序中的部分Javascript代碼，實現了調用地圖API進行地圖顯示的基本功能：

為了更形象的顯示我們的地圖數據和功能，Google Map API包含了很多基礎對象，列舉一些常用對象如下：

（1）GMaps對象：通過實現該對象實例在用戶頁面上添加一個地圖，該類提供了許多對地圖操作的方法；

（2）GControl對象：該對象是API提供的控件接口，通過該接口可以為地圖添加需要的控件，也可以對控件的屬性和行為進行設置；

（3）ControlPosition對象：該對象用于設置控件在地圖上的顯示位置；

（4）MarkerShape對象：該對象可以實現在某一位置添加標記，通過點擊顯示需要的信息，包含類型屬性和坐標屬性；

（5）MapType對象：該對象定義了不同類型的地圖模式，根據用戶需要調用不同類型地圖。

4 結論

整個系統結合WEBGIS實現了定位跟蹤移動終端的功能。利用的現有GSM通信網絡具有覆蓋范圍廣、信息傳輸可靠、技術容易實現等優點。該方案的實現擴大了WEB電子地圖導航技術的應用范圍，可以將該技術應用到對車輛的跟蹤導航、城市旅游導航等基于空間位置定位跟蹤的現實應用中，更好地帶來經濟和社會效益。

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