GPS定位信息提取及應(yīng)用

摘要：描述了GPS與手持終端串口通信的方法，并在WinCE6．0操作系統(tǒng)下提取GPS的定位信息，采用NMEA-0183通信協(xié)議中的RMC數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析。簡述了GIS概念，并介紹了GPS在GIS方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：GPS；串口通信；定位；GIS

    GPS(Global Position Svstem)即全球定位系統(tǒng)，是20世紀(jì)70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其主要目的是用來為陸、海、空3大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候及全球性導(dǎo)航服務(wù)，具有高精度和自動(dòng)測量的特點(diǎn)。利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進(jìn)行高精度的時(shí)間傳遞和精密定位。隨著GPS的發(fā)展和完善其應(yīng)用層面日益增大，嵌入式GPS的手持終端應(yīng)運(yùn)而生。而今，人們對生活智能化提出了更高的要求，使其在GIS領(lǐng)域上的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注。例如智慧城市、旅游導(dǎo)航等。用戶可以手持帶有GPS的MID實(shí)時(shí)獲取位置、時(shí)間信息，實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航功能?；贕PS的特性，文中介紹了GPS定位信息的提取方法，包括與MID串口通信的實(shí)現(xiàn)過程，并對獲取的數(shù)據(jù)信號(hào)通過相關(guān)的協(xié)議進(jìn)行解析。最后探討了嵌入式GPS在導(dǎo)游中的應(yīng)用。GPS還將在更多領(lǐng)域上得到應(yīng)用，為人們的生活提供更大的方便。服務(wù)人性化、生活智能化將逐步實(shí)現(xiàn)。

1 GPS信號(hào)解析協(xié)議
    GPS信號(hào)通過串口以NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)格式輸出，NMEA-0183通信協(xié)議，提供6種數(shù)據(jù)格式，分別是GGA，GLL，GSA，GSV，RMC，VTG。在此主要介紹RMC格式數(shù)據(jù)。
    $GPRMC是GPS推薦的最短數(shù)據(jù)，其幀結(jié)構(gòu)為：
    $GPRMC，<1>．<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11><CR><LF>
    字段0：$GPRMC，語句ID，表明該語句為Recommended Minimum Specific GPS／TRANSIT Data(RMC)推薦最小定位信息。GP為信息來源，RMC為句型識(shí)別符
    字段1：UTC時(shí)間，hhmmss．sss格式
    字段2：狀態(tài)，A=定位，V=未定位
    字段3：緯度ddmm．mmmm，度分格式(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)
    字段4：緯度N(北緯)或S(南緯)
    字段5：經(jīng)度dddmm．mmmm，度分格式(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)
    字段6：經(jīng)度E(東經(jīng))或W(西經(jīng))
    字段7：速度，節(jié)，Knots
    字段8：方位角，度
    字段9：UTC日期，DDMMYY格式
    字段10：磁偏角，(000-180)度(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)
    字段11：校驗(yàn)值
    <CR><LF>：該幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)識(shí)符
    對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后即可獲得經(jīng)緯度、速度、時(shí)間等信息，從而實(shí)現(xiàn)GPS定位信息的提取。

2 GPS軟件流程圖
    目前MID主要使用Android操作系統(tǒng)，然而相比Android系統(tǒng)，WinCE操作系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對更高，技術(shù)更加成熟。本文將介紹在WinCE 6．0操作系統(tǒng)下GPS信號(hào)的提取與解析。GPS軟件流程圖如圖1所示。

    首先打開串口進(jìn)行串口的初始化，配置串口的參數(shù)，根據(jù)硬件配置，默認(rèn)設(shè)置串口為COM4口，比特率為9 600 bit／s，完成所有初始化工作后，啟動(dòng)監(jiān)聽線程，監(jiān)聽串口上所有的輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，若無數(shù)據(jù)，則繼續(xù)監(jiān)聽。系統(tǒng)1 s定時(shí)觸發(fā)事件，若數(shù)據(jù)存在，則對接收到的數(shù)據(jù)按照NMEA0183協(xié)議解析，從而顯示在用戶界面上。

3 GPS定位信息提取與解析
3．1 GPS讀取MID串口數(shù)據(jù)流程圖
    首先創(chuàng)建串口的讀線程，然后進(jìn)行串口的監(jiān)聽，等待指定瀆事件的發(fā)生。如果有可讀數(shù)據(jù)則讀串口，對接收到的事件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)讀取流程圖如圖2所示。

3．2 串行端口數(shù)據(jù)通信
    1)打開串行端口
    通過調(diào)用CreateFile函數(shù)打開串行端口
    m_hComm=CreateFile (Port，GENERIC_READ1GENERIC_WRITE，0，0，OPEN_EXISTING，0，0)。這個(gè)函數(shù)的返回值是已打開串行端口的句柄值。
    2)串行端口通信配置
    串口打開后．需對串口進(jìn)行配置。用GetCommState函數(shù)獲得當(dāng)前打開的串口參數(shù)，然后根據(jù)需要修改DCB的成員變量，用SetCommState函數(shù)來設(shè)置新的串口參數(shù)。
   
    3)設(shè)置狀態(tài)參數(shù)
    SetCommMask(m_hComm，EV_RXCHAR)；
    4)設(shè)置超時(shí)參數(shù)
    為防止程序陷入循環(huán)狀態(tài)，需要設(shè)置超時(shí)值。
   
    5)讀寫串口通信
    fReadState=ReadFiie(m_hComm，data，length，&dwLength，NULL)：／／從串口讀取數(shù)據(jù)
    fWriteState=WriteFile(m_hComm，buf，dwCharToWrite*sizeof(char)，&dwBytesWritten，NULL)；／／向串口寫入數(shù)據(jù)
    6)通信結(jié)束關(guān)閉串口
    函數(shù)CloseHandle(m_hComm)用來關(guān)閉串口。當(dāng)串口獲取GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)后，需要根據(jù)NMEA-0183通信協(xié)議解析GPS數(shù)據(jù)，獲取移動(dòng)目標(biāo)當(dāng)前的格林尼治時(shí)間和位置，而我國的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間需在格林尼治時(shí)間上加上8小時(shí)。
    GPS使用的坐標(biāo)系為WGS_84坐標(biāo)系，而我國通常使用的是國家坐標(biāo)系，如北京54國家坐標(biāo)系，因此需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。GPS在與MID通信過程中可通過串口每秒發(fā)送10條數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要解析所需定位數(shù)據(jù)。

4 軟件測試
    首先，在開發(fā)平臺(tái)上對程序進(jìn)行編譯成功后，然后同步到硬件平臺(tái)上，并運(yùn)行該軟件，實(shí)現(xiàn)串口打開，使接收機(jī)處于工作狀態(tài)，同時(shí)獲取GPS數(shù)據(jù)，最終顯示在數(shù)據(jù)信息框中。
    GPS數(shù)據(jù)信息采集程序運(yùn)行如圖3所示。

5 嵌入式GPS在GIS上的應(yīng)用
5．1 GIS簡介
    GIS(Geographic Information System)地理信息系統(tǒng)是上世紀(jì)60年代興起的技術(shù)，經(jīng)過40余年的發(fā)展，GIS技術(shù)已趨成熟，現(xiàn)在已進(jìn)入推廣和普及應(yīng)用階段。GIS是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新興技術(shù)，同繞著這項(xiàng)技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用形 成了一門交叉性、邊緣性的學(xué)科，是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，它可以對空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行各種處理、對數(shù)據(jù)的有效管理、研究各種空間實(shí)體及相互關(guān)系。通過對多因素的綜合分析，它可以迅速地獲取滿足應(yīng)用需要的信息，并能以地圖、圖形或數(shù)據(jù)的形式表示處理的結(jié)果。
    隨著嵌入式GPS的出現(xiàn)，GIS的應(yīng)用領(lǐng)域也得到了新的擴(kuò)展。例如車載導(dǎo)航定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，其大大方便了出行者，改善了交通狀況。而隨著城市的快速發(fā)展，我國提出了智慧城市的方案。目前宣布準(zhǔn)備或正在規(guī)劃和計(jì)劃建設(shè)智慧城市的有北京、上海、廣州、南京、沈陽、武漢、合肥、昆明、無錫、昆山、富陽、雙流等。而其中上海在智慧城市的建設(shè)中引領(lǐng)風(fēng)騷。其涉及領(lǐng)域之廣可及智慧安防，醫(yī)療，交通，校園，節(jié)能等。這將成為GIS發(fā)展的新領(lǐng)域。因此，嵌入式GPS在GIS上的應(yīng)用具有很大的發(fā)展前景。
5．2 嵌入式GPS在導(dǎo)游中的應(yīng)用
    隨著旅游業(yè)的蓬勃發(fā)展，傳統(tǒng)的導(dǎo)游解說式旅游已經(jīng)不能滿足游客的需求。人們更希望自主游玩兒，而不是跟著導(dǎo)游走馬觀花，然而對于景區(qū)的陌生常常又會(huì)給游客帶來困擾，不能隨心所欲。此時(shí)GPS定位在GIS上的應(yīng)用即可解決這一問題。以游樂園為例，游客即可進(jìn)行自主游玩。

    如圖4所示，游客手持帶有GPS的手持終端進(jìn)入游樂園，當(dāng)游客進(jìn)入一個(gè)區(qū)域時(shí)，這里假設(shè)游客進(jìn)入城堡區(qū)，通過GPS定位，此時(shí)手持終端將自動(dòng)彈出界面，告知游客處于城堡區(qū)，而在城堡區(qū)界面中將設(shè)有幾個(gè)窗口，分別標(biāo)有城堡區(qū)中各城堡的名稱，如白雪公主城堡、灰姑娘城堡、美女與野獸城堡等。用戶挑選自己感興趣的城堡點(diǎn)擊進(jìn)入界面，此時(shí)便可查看相關(guān)城堡圖片，閱讀相關(guān)資訊等。游客便可根據(jù)喜好判斷是否前去游玩兒。

6 結(jié)束語
    文中對GPS定位信息的提取進(jìn)行了介紹。隨著GPS的發(fā)展，嵌入式GPS的手持終端得到了廣泛應(yīng)用。在我國，智慧城市的提出又將帶來嵌入式GPS在GIS領(lǐng)域上新的應(yīng)用，具有美好的發(fā)展前景。