Mobile GIS应用中手持GPS定位系统的设计与实现

摘要:Mobile GIS的研究是当前十大GIS研究前沿之一,针对于GPS在Mobile GIS应用研究中的重要地位,该文构建了一个手持GPS定位系统,讨论手持GPS定位系统的实现,详细研究与分析了移动终端的GPS数据接收及处理的原理和方法,给出了大地坐标到高斯平面坐标的数学转换公式,并用实验验证了整个系统的可行性,为Mobile GIS进一步的研究提供了有价值的技术支持。

关键词:Mobile GIS;GPS;移动终端

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号: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

传统的GIS是一种静态的GIS,其所研究、分析的对象局限于空间位置相对固定的地理实体[1],然而在现实世界中,大部分的对象都有移动性,如各种交通工具、行人等。要在移动环境中使用GIS以及描述移动中的对象,就是需要一种融合了移动计算、地理信息系统、定位、无线通信等多种技术的新地理信息系统――Mobile GIS[2]。

本文基于对Mobile GIS研究的基础上,设计与实现了Mobile GIS系统中的一个组成部分――手持GPS定位系统,提供了一个Mobile GIS研究中定位功能的方案。

1 手持GPS定位系统的构建

如图1所示,手持GPS定位系统主要包括移动终端,无线网关和web服务器三部分组成。

移动终端是由索尼爱立信K750手机和环天BT-338型号的GPS接收器组成。移动终端的主要功能是GPS接收器接收卫星定位信息,通过蓝牙技术与手机通信,手机处理定位信息数据,然后通过GPRS与web服务器进行数据的通信。web服务器是接收手机发送过来的数据,经过处理后,传送到手机上。

2 系统关键技术的研究

2.1GPS数据接收及处理

移动终端中的GPS接收器是不可编程的硬件设备,它所遵守的GPS协议是NMEA-0183[3],它的内置SiRF starⅢ高效能GPS芯片组能够实时地接收GPS数据并以同步的方式每隔1秒钟通过SPP的形式向其周围的蓝牙设备发送标准的NMEA-0183 SiRF二进制GPS数据。系统中的手机端与GPS接收器是通过蓝牙通信连接,并严格遵守JSR-82规范。移动终端是基于Server和Client模型的,GPS接收器作为Server端,而手机作为Client端。工作流程:首先,GPS接收器通过GPS定位服务进行定位和计算,得出定位信息;接着,它通过蓝牙SPP以NMEA-0183的格式向周围的蓝牙设备发送定位信息。此时,手机与GPS接收器进行蓝牙连接,并同步地接收GPS数据。

本系统中的蓝牙通信也是基于C/S模型,其中Server端的主要功能是注册服务和等待接收连接,而Client端是搜索服务和进行连接。GPS接收器与手机建立的蓝牙连接由三个部分组成:Discovery,Devices Management和Communication。在一般的情形下,Server和Client都会各部署一个应用程序,这两个应用通信的基础就是蓝牙通信协议栈,通信的过程都是从栈底逐步地向栈的高层进行,Server先在SDDB(service discovery database)中注册Service,这里的Service即是Client想获取的一个功能或服务,然后,Server就开始等待Client的应用程序初始化蓝牙连接的事件并访问已经注册了的Service。蓝牙协议栈为Server提供的功能是:为Server提供一个服务池,可以向其中增加,删除和更新服务;指派一个唯一的服务操作控制器;建立与Client应用程序的逻辑连接。蓝牙协议栈为Client提供的功能是:搜索并获取Server SDDB中的Service;建立与Server应用程序的逻辑连接。

2.2 大地坐标到高斯平面坐标的转换

高斯平面坐标系如图2所示。

为了避免Y轴出现负值,转换的时候将中央子午线上的各点Y坐标定位500km,即将X轴向西移500km[4]。大地坐标系选用的是北京54坐标系,以6度作为投影分带。GPS接收器接收到的定位数据的大地坐标(longitude,latitude)转换为高斯平面坐标(Y,X)。以下是推导的数学公式:

latitude1 为当前点纬度的弧度。

3 系统的实现

根据图1的手持GPS定位系统的组成图,本了两个实验,一个实验是验证系统的可行性并实现了坐标的转换,另一个实验是取得当前定位点的地图。

坐标转换实验的工作流程:首先,GPS接收器接收到移动对象的定位信息;然后,手机从GPS接收器取得定位信息;接着,手机把定位信息通过GPRS发到web服务器;最后,web服务器处理数据,并通过无线网络传送到手机上显示。

实验的结果如图3所示,左图是手机接收定位数据并提取经纬度定位信息数据后发送数据完毕的实验图,它表示定位数据已经发送到服务器。右图是手机接收到服务器数据并显示处理过的数据的实验图。右图显示的信息是“定位点:北纬23.055183度 东经113.3967667度。高斯平面坐标:y=19745676.7533436 x=2552707.3764977。”

调图实验的步骤是:GPS接收器接收到GPS卫星的信息;手机读取GPS接收器的定位信息,并提取经纬度坐标;手机通过GPRS连接并把移动对象的定点信息传送给web服务器;web服务器进行数据的验证处理,并提取当前移动对象所在的地图信息传送到手机上;手机显示地图。图4是实验的结果图。

4 结束语

该文首先给出了手持GPS定位系统的组成图,然后对移动终端中的GPS数据接收及处理进行了深入的研究,并推导出大地坐标到高斯平面坐标的数学转换公式。在此基础上,本了两个实验,实验结果验证了手持GPS定位系统在Mobile GIS的研究应用中的可行性,为Mobile GIS进一步的研究提供了有价值的技术支持。

参考文献:

[1] 王继周,李成名.嵌入式移动GIS研究[J].测绘科学,2005,30(4):48.

[2] 陈飞翔,杨崇俊,申胜利,等.基于LBS的移动GIS研究[J].计算机工程与应用,2006,42(2):200-201.

[3] Wolfson O.,Sistla A.p.,Chamberlain S.,et al.Updating and querying databases that track mobile units[J].Distributed and Parallel Databases,1999,(7):257-387.

[4] 田根,童小华.基于移动GIS和GPS集成的绿化调查关键技术[J].同济大学学报(自然科学版),2007,10:1400-1405.