基于GPS和GOOGLE EARTH的筆記本定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

楊 英

(湖南民族職業(yè)學(xué)院，湖南岳陽(yáng) 414000)

?

基于GPS和GOOGLE EARTH的筆記本定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

楊 英

(湖南民族職業(yè)學(xué)院，湖南岳陽(yáng) 414000)

隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)于筆記本遠(yuǎn)程目標(biāo)定位監(jiān)控技術(shù)的需求越來(lái)越大。傳統(tǒng)的筆記本定位系統(tǒng)慣用無(wú)線電臺(tái)、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中雖然具有一定的效果，但存在定位誤差大、有線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)困難等問(wèn)題，進(jìn)而造成筆記本電腦的定位失敗。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出基于GPS和GOOGLE EARTH技術(shù)相結(jié)合的筆記本遠(yuǎn)程定位技術(shù)，其定位精確度高，操作簡(jiǎn)單且通用性較強(qiáng)，為地圖位置定位提供了方法和依據(jù)。

GPS；GOOGLE EARTH；筆記本；定位系統(tǒng)

筆記本電腦在人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂檬诸l繁，其便攜性和靈活性給人們的工作帶來(lái)了極大的便利。然而，若筆記本電腦失竊，將會(huì)給持有者帶來(lái)巨大的損失。因此，針對(duì)筆記本的丟失問(wèn)題開發(fā)筆記本電腦的定位系統(tǒng)顯得十分必要和重要[1]。本文將GPS和GOOGLE EARTH技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用GPS的精確性和GOOGLE EARTH的直觀性，構(gòu)建一套體積小、性能穩(wěn)定、定位精確的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)筆記本電腦的定位終端和定位服務(wù)。

1 筆記本電腦定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

筆記本電腦用戶是系統(tǒng)的主要參與者，該類用戶希望系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┚珳?zhǔn)的定位，通過(guò)多重技術(shù)的融合實(shí)現(xiàn)對(duì)筆記本電腦的定位功能及筆記本數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程保護(hù)，使筆記本丟失后能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。而筆記本的監(jiān)控管理人員希望能夠通過(guò)系統(tǒng)將筆記本的定位信息準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái)上，為監(jiān)控管理人員提供筆記本的準(zhǔn)確信息，如型號(hào)、負(fù)責(zé)人等[2-3]。此系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，需要滿足筆記本的定位、控制、報(bào)警、數(shù)據(jù)處理等功能。

1.2 系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計(jì)

1.2.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

從圖1可以看出，筆記本電腦定位系統(tǒng)功能架構(gòu)主要包括兩個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)定位終端功能。定位終端安裝在筆記本電腦的硬件和系統(tǒng)軟件中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)筆記本電腦的定位功能、指令通信功能、數(shù)據(jù)保護(hù)功能以及客戶端配置功能[4]；另一個(gè)架構(gòu)為測(cè)控端功能。測(cè)控端功能能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)筆記本電腦位置信息的記錄，將查詢到的筆記本電腦的位置信息和有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄，便于以后的使用和查詢；指令通信功能能夠?qū)崿F(xiàn)與定位終端相通，實(shí)現(xiàn)兩者之間信息的互通和交流，如發(fā)送報(bào)警信息、位置信息、指令等；報(bào)警功能是針對(duì)一臺(tái)筆記本電腦設(shè)置的，當(dāng)筆記本電腦設(shè)置的狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，以短信的形式發(fā)送到個(gè)人的手機(jī)上。系統(tǒng)的管理功能主要是為系統(tǒng)的管理人員提供可靠的用戶信息，便于他們對(duì)丟失電腦的數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行操作。

圖1 筆記本電腦定位系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1.2.2 系統(tǒng)組成架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2所示為系統(tǒng)組成架構(gòu)的設(shè)計(jì)，主要包括GPS衛(wèi)星、測(cè)控平臺(tái)服務(wù)器和平臺(tái)終端等。筆記本的定位終端由GPS衛(wèi)星組成，利用GPS精準(zhǔn)的定位功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)筆記本電腦定位信息和時(shí)間的傳輸。定位終端在筆記本電腦中可以實(shí)現(xiàn)與GPS衛(wèi)星之間的相互連接，設(shè)置參數(shù)后，實(shí)現(xiàn)定位終端和測(cè)控平臺(tái)之間的信息互通[5]。應(yīng)用服務(wù)器主要是實(shí)現(xiàn)終端的具體功能，將筆記本電腦的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)以及地理位置信息等數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與用戶之間的操作。

圖2 筆記本定位系統(tǒng)整體組成圖

1.2.3 系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)后的順利運(yùn)行，也就是實(shí)現(xiàn)對(duì)筆記本電腦定位系統(tǒng)的運(yùn)行，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

測(cè)控平臺(tái)要想獲取筆記本電腦準(zhǔn)確的位置信息時(shí)，需要經(jīng)過(guò)GSM系統(tǒng)發(fā)送定位指令。如果筆記本電腦的定位終端沒有接通電源且缺少電池時(shí)，短信息能夠存儲(chǔ)在儲(chǔ)存器中，一旦電腦開機(jī)就會(huì)解析和執(zhí)行，定位終端接收到定位指令后通過(guò)GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。獲取定位信息后對(duì)其進(jìn)行編碼，并且將經(jīng)解析后的指令和具體信息發(fā)送到監(jiān)控平臺(tái)上。測(cè)控終端收到信息后將在GOOGLE EAETH中顯示出筆記本電腦的位置，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.3 定位終端硬件設(shè)計(jì)

目前的筆記本電腦外接口數(shù)量十分有限，其中PCIe接口最適合作為定位系統(tǒng)板卡的接口，可利用此接口將定位終端安裝在筆記本電腦的內(nèi)部，如圖4所示。

圖4 定位終端硬件組成

定位終端包括6個(gè)模塊，其中以主控模塊為核心，主要作用是對(duì)其他模塊功能的控制，如控制GSM模塊接收到筆記本電腦的數(shù)據(jù)，通過(guò)測(cè)控平臺(tái)上發(fā)出的指令對(duì)各類信息進(jìn)行操作。主控模塊采用AT89S52單片機(jī)芯片，具有高性能、低功耗、微控制的特性，能夠使筆記本電腦蜂鳴報(bào)警、控制筆記本電腦的開關(guān)等。GSP模塊選用SKG13芯片，實(shí)現(xiàn)GPS定位信號(hào)的接收和解析；GSM模塊采用GL868芯片，實(shí)現(xiàn)自定義控制AT命令；PCIe/UART模塊采用OXPCIe954芯片，擁有多個(gè)串行的接口，能夠快速地傳輸數(shù)據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件流和硬件流的控制。

1.4 監(jiān)測(cè)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)

每一臺(tái)筆記本電腦的定位終端都對(duì)應(yīng)著一個(gè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，并且與監(jiān)測(cè)平臺(tái)上的板卡相連接。針對(duì)個(gè)人用戶的筆記本電腦，其與個(gè)人的手機(jī)終端相連接，接收筆記本電腦的位置和數(shù)據(jù)信息；針對(duì)集團(tuán)的筆記本電腦，使用串口的服務(wù)器，將接收到的信息傳送到監(jiān)控平臺(tái)上編碼和解析，之后在監(jiān)控平臺(tái)的板卡上進(jìn)行集中處理。按照筆記本電腦定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，監(jiān)控平臺(tái)的硬件選擇32路單網(wǎng)口串口服務(wù)器。

2 筆記本電腦定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 定位終端軟件的實(shí)現(xiàn)

定位終端的軟件主要具有串口操作功能、初始化功能等，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。采用嵌入式的軟件開發(fā)方式，在主控模塊讀入控制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)定位終端各項(xiàng)功能模塊的控制。

圖5 定位終端軟件總體結(jié)構(gòu)圖

圖6 監(jiān)控中心軟件總體架構(gòu)圖

定位終端軟件主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保護(hù)，通過(guò)控制筆記本電腦的硬件，采用破壞電路或者格式化等方式確保筆記本電腦上的數(shù)據(jù)不被泄漏。

2.2 監(jiān)控終端軟件技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

筆記本電腦的定位和跟蹤可以通過(guò)個(gè)人的手機(jī)接收定位信息，也可以建立專門的監(jiān)控中心，集中對(duì)筆記本電腦進(jìn)行管理。監(jiān)控中心軟件模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的記錄，接收通信指令，實(shí)現(xiàn)報(bào)警等功能，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

信息記錄功能主要是將接收到的筆記本電腦的定位信息和數(shù)據(jù)庫(kù)信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且與監(jiān)控的對(duì)象實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)；報(bào)警功能是按照定位的信息與合法區(qū)域的信息進(jìn)行對(duì)比，一旦超出系統(tǒng)設(shè)置的合法范圍，將對(duì)筆記本電腦自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)管理功能主要是設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的維護(hù)和操作，將位置指令用三維地理圖形展示出來(lái)。

指令通信功能的實(shí)現(xiàn)需要連接上位機(jī)和通信板卡，采用MSComm串口控件控制上位機(jī)和底層的硬件串口，通過(guò)控制串口的操作函數(shù)，實(shí)現(xiàn)串口的開關(guān)和選擇等功能。例如，打開串口需要設(shè)置串口的ID號(hào)、校驗(yàn)方式等，需要正確的方式進(jìn)行操作。監(jiān)控中心與定位終端的數(shù)據(jù)是通過(guò)GSM模塊的通信功能實(shí)現(xiàn)對(duì)短信的發(fā)送和接收的。從監(jiān)控中心的GSM模塊讀取短信后，通過(guò)校驗(yàn)其完整性后選擇接收，檢查信息的有效性后對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行解釋，提取其中的關(guān)鍵信息，如位置信息、速度信息等，判斷其正確性后查看GOOGLE EARTH是否連接正常，連接正常后在電子地圖上繪制地理位置數(shù)據(jù)，之后通過(guò)定位終端ID與筆記本電腦的數(shù)據(jù)綁定后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.3 GOOGLE EARTH功能的實(shí)現(xiàn)

利用GOOGLE EARTH平臺(tái)為筆記本電腦的定位提供二維和三維的地理信息數(shù)據(jù)，能夠直觀地顯示出位置信息。

2.3.1 靜態(tài)定位功能的實(shí)現(xiàn)

靜態(tài)定位功能主要是從監(jiān)控中心將獲取的位置信息指令發(fā)送給定位終端，定位終端接收到信息后提取有效信息后利用GPS獲取準(zhǔn)確的信息返回到監(jiān)控中心，在GOOGLE EARTH上清晰地顯示出三維地理信息。其主要的實(shí)現(xiàn)流程如圖7所示。

2.3.2 動(dòng)態(tài)定位功能的實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控中心的動(dòng)態(tài)定位功能，一方面是按照系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間間隔持續(xù)地獲取筆記本電腦的位置信息，解析數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)匯總；另一方面是在GOOGLE EARTH中顯示筆記本電腦的實(shí)時(shí)地理位置信息，繪制成動(dòng)態(tài)的定位曲線進(jìn)而保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。圖8為動(dòng)態(tài)定位功能程序流程圖。

圖7 靜態(tài)定位功能程序流程圖

2.3.3 報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)

報(bào)警功能主要是針對(duì)筆記本電腦在定位終端的地理空間上設(shè)置一個(gè)安全區(qū)域，然后定位追蹤，獲取位置信息，判斷筆記本電腦是否在安全的地理區(qū)域內(nèi)，如果超出范圍，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地發(fā)出報(bào)警的信息。具體流程圖如圖9所示。

3 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)的定位時(shí)間以及定位的精確度是衡量系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要的指標(biāo)，定位時(shí)間的測(cè)試分為室內(nèi)和室外兩種方式，結(jié)果如表1所示。

表1 系統(tǒng)定位時(shí)間測(cè)試結(jié)果

圖8 動(dòng)態(tài)定位功能程序流程圖

由表1可以看出，該系統(tǒng)在室內(nèi)定位涉及的步驟較多。在室內(nèi)，GPS受到封閉空間的影響無(wú)法接收到衛(wèi)星信號(hào)，因此不能定位。而GPS系統(tǒng)在室外能夠定位的時(shí)間較短，最低可以達(dá)到2.1s。

定位精確度分為室內(nèi)和室外兩種，通過(guò)對(duì)比本系統(tǒng)與專業(yè)GPS設(shè)備定位精度的差值，由于無(wú)法獲取測(cè)試點(diǎn)精確的經(jīng)緯度坐標(biāo)，因此在室外將專業(yè)定位設(shè)備作為基準(zhǔn)，測(cè)試本系統(tǒng)的定位偏差，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 系統(tǒng)定位精度測(cè)試結(jié)果

通過(guò)表2可知，由于采用專業(yè)的GPS定位設(shè)備為基準(zhǔn)，所以其定位偏差為0m。在室外，本系統(tǒng)采用GPS定位模塊，由于電路設(shè)計(jì)等原因，其定位精度平均為0.87m，較為精確。在室內(nèi)，專業(yè)GPS定位設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)定位，而本系統(tǒng)利用GSM定位模塊可實(shí)現(xiàn)定位，但受到GSM自身定位精度的限制，其平均定位誤差在5m以內(nèi)。本系統(tǒng)在室內(nèi)和室外都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的定位，且定位精度在可接受范圍內(nèi)，可用于實(shí)際環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)筆記本電腦中的定位問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建定位終端和設(shè)計(jì)監(jiān)控中心，利用GPS的高精度和穩(wěn)定性、GSM的高覆蓋率以及GOOGLE EARTH技術(shù)的直觀性，實(shí)現(xiàn)對(duì)筆記本電腦的定位，有效地解決筆記本電腦丟失后無(wú)法獲取準(zhǔn)確地理位置信息的缺陷，并且為用戶提供直觀、清晰的定位信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)筆記本電腦的安全管理和精確控制。

[1]杜娟,尹文慶,錢燕,等.基于GPS和Google Earth的車輛遠(yuǎn)程定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù),2013,32(7):23-26.

[2]張馬林,錢旭耀,陶晨杰,等.基于GPS和Google Earth軟件的虛擬仿真系統(tǒng)在輸電線路工程中的運(yùn)用研究[J].華東電力,2014,42(7):1404-1407.

[3]蘇丹丹,劉佳瑋,項(xiàng)晏琳.基于ArcGIS Engine的城市基礎(chǔ)地理信息服務(wù)平臺(tái)建設(shè)研究[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào),2015,23(12):54-57.

[4]汪為春,詹惕,朱應(yīng)富,等.基于智能手機(jī)Google Earth構(gòu)建釘螺資料數(shù)據(jù)庫(kù)[J].中國(guó)血吸蟲病防治雜志,2015,32(1):79-81.

[5]王華本,胡建明,鹿建銀.基于嵌入式系統(tǒng)ZigBee傳感器控制LED矩陣的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長(zhǎng)春師范大學(xué)學(xué)報(bào),2016,34(2):26-29.

Design and Research of Notebook Computer Positioning System Based on GPS and GOODLE EARTH

YANG Ying

(Hunan Vocational College for Nationalities,Yueyang Hunan 414000,China)

Notebook computer is used more and more frequently with the progress of science and technology, and the demand for the remote target location monitoring technology for notebook is also larger.The traditional positioning system used laptop wireless radio, cable network transmission technology in the practical application, although they have some effect, but the positioning error, cable network problems caused the failure location of notebook computer. This paper puts forward the technology of notebook remote location based on GPS and GOOGLE EARTH technology,the positioning system has high positioning accuracy, simple operation and strong versatility, which provides the method and basis for the map location.

GPS; GOOGLE EARTH; notebook computer; positioning system

2016-09-20

楊 英(1983- )，女，講師，碩士，從事計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)研究。

TP274

A

2095-7602(2016)12-0048-07