GPS定位信息提取及應用

李 冰，曾連蓀

（上海海事大學 信息工程學院，上海 201306）

GPS（Global Position System）即全球定位系統，是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研制的新一代空間衛星導航定位系統 ，其主要目的是用來為陸、海、空3大領域提供實時、全天候及全球性導航服務，具有高精度和自動測量的特點。利用該系統，用戶還能夠進行高精度的時間傳遞和精密定位。隨著GPS的發展和完善其應用層面日益增大，嵌入式GPS的手持終端應運而生。而今，人們對生活智能化提出了更高的要求，使其在GIS領域上的應用得到了廣泛關注[1]。例如智慧城市、旅游導航等。用戶可以手持帶有GPS的MID實時獲取位置、時間信息，實現定位導航功能。基于GPS的特性，文中介紹了GPS定位信息的提取方法，包括與MID串口通信的實現過程，并對獲取的數據信號通過相關的協議進行解析。最后探討了嵌入式GPS在導游中的應用。GPS還將在更多領域上得到應用，為人們的生活提供更大的方便。服務人性化、生活智能化將逐步實現。

1 GPS信號解析協議

GPS信號通過串口以NMEA-0183標準格式輸出，NMEA-0183通信協議，提供6種數據格式，分別是 GGA，GLL，GSA，GSV，RMC，VTG。 在此主要介紹 RMC 格式數據[2]。

$GPRMC是GPS推薦的最短數據，其幀結構為：

$GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>

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為句型識別符

字段 1：UTC 時間，hhmmss.sss格式

字段 2：狀態，A=定位，V=未定位

字段3：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）

字段 4：緯度 N（北緯）或 S（南緯）

字段5：經度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數不足則補0）

字段 6：經度E（東經）或W（西經）

字段 7：速度，節，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（前導位數不足則補 0）

字段11：校驗值

：該幀數據的結束標識符

對接收到的數據進行解析后即可獲得經緯度、速度、時間等信息，從而實現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，然而相比Android系統，WinCE操作系統的穩定性相對更高，技術更加成熟[3]。本文將介紹在WinCE6.0操作系統下GPS信號的提取與解析[4]。GPS軟件流程圖如圖1所示。

圖1 GPS軟件流程圖Fig.1 Flow chart of the GPS software

首先打開串口進行串口的初始化，配置串口的參數，根據硬件配置，默認設置串口為COM4口，比特率為9 600 bit/s，完成所有初始化工作后，啟動監聽線程，監聽串口上所有的輸入數據，當接收到數據后，對數據進行保存，若無數據，則繼續監聽。系統1 s定時觸發事件，若數據存在，則對接收到的數據按照NMEA0183協議解析，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串口數據流程圖

首先創建串口的讀線程，然后進行串口的監聽，等待指定讀事件的發生。如果有可讀數據則讀串口，對接收到的事件進行數據處理。數據讀取流程圖如圖2所示。

圖2 數據讀取流程圖Fig.2 Flow chart of the data reading

3.2 串行端口數據通信

1）打開串行端口

通過調用CreateFile函數打開串行端口

m_hComm =CreateFile （Port，GENERIC_READ |GENERIC_WRITE，0，0，OPEN_EXISTING，0，0）。 這個函數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，需對串口進行配置。用GetCommState函數獲得當前打開的串口參數，然后根據需要修改DCB的成員變量，用SetCommState函數來設置新的串口參數。

3）設置狀態參數

SetCommMask（m_hComm，EV_RXCHAR）；

4）設置超時參數

為防止程序陷入循環狀態，需要設置超時值。

5）讀寫串口通信

fReadState=ReadFile（m_hComm，data，length，&dwLength，NULL）； //從串口讀取數據

fWriteState=WriteFile（m_hComm，buf，dwCharToWrite*sizeof（char），&dwBytesWritten，NULL）； //向串口寫入數據

6）通信結束關閉串口

函數CloseHandle（m_hComm）用來關閉串口。當串口獲取 GPS接收機數據信號后，需要根據NMEA-0183通信協議解析GPS數據，獲取移動目標當前的格林尼治時間和位置，而我國的標準時間需在格林尼治時間上加上8小時。

GPS使用的坐標系為WGS_84坐標系，而我國通常使用的是國家坐標系，如北京54國家坐標系，因此需要進行坐標轉換。GPS在與MID通信過程中可通過串口每秒發送10條數據。實際應用中可根據需要解析所需定位數據[5]。

4 軟件測試

首先，在開發平臺上對程序進行編譯成功后，然后同步到硬件平臺上，并運行該軟件，實現串口打開，使接收機處于工作狀態，同時獲取GPS數據，最終顯示在數據信息框中[6]。

GPS數據信息采集程序運行如圖3所示。

圖3 GPS信號采集程序運行界面圖Fig.3 Operation interface diagram of the GPS signal acquisition program

5 嵌入式GPS在GIS上的應用

5.1 GIS簡介

GIS（Geographic Information System）地理信息系統是上世紀 60年代興起的技術，經過 40余年的發展，GIS技術已趨成熟，現在已進入推廣和普及應用階段。GIS是一項以計算機為基礎的新興技術，圍繞著這項技術的研究、開發和應用形成了一門交叉性、邊緣性的學科，是管理和研究空間數據的技術系統，在計算機軟硬件支持下，它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數據的有效管理、研究各種空間實體及相互關系。通過對多因素的綜合分析，它可以迅速地獲取滿足應用需要的信息，并能以地圖、圖形或數據的形式表示處理的結果。

隨著嵌入式GPS的出現，GIS的應用領域也得到了新的擴展。例如車載導航定位系統的實現，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展，我國提出了智慧城市的方案。目前宣布準備或正在規劃和計劃建設智慧城市的有北京、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中引領風騷。其涉及領域之廣可及智慧安防，醫療，交通，校園，節能等。這將成為GIS發展的新領域。因此，嵌入式GPS在GIS上的應用具有很大的發展前景。

5.2 嵌入式GPS在導游中的應用

隨著旅游業的蓬勃發展，傳統的導游解說式旅游已經不能滿足游客的需求。人們更希望自主游玩兒，而不是跟著導游走馬觀花，然而對于景區的陌生常常又會給游客帶來困擾，不能隨心所欲。此時GPS定位在GIS上的應用即可解決這一問題。以游樂園為例，游客即可進行自主游玩。

如圖4所示[7]，游客手持帶有GPS的手持終端進入游樂園，當游客進入一個區域時，這里假設游客進入城堡區，通過GPS定位，此時手持終端將自動彈出界面，告知游客處于城堡區，而在城堡區界面中將設有幾個窗口，分別標有城堡區中各城堡的名稱，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擊進入界面，此時便可查看相關城堡圖片，閱讀相關資訊等。游客便可根據喜好判斷是否前去游玩兒。

6 結束語

文中對GPS定位信息的提取進行了介紹。隨著GPS的發展，嵌入式GPS的手持終端得到了廣泛應用。在我國，智慧城市的提出又將帶來嵌入式GPS在GIS領域上新的應用，具有美好的發展前景。

圖4 游樂園導游圖Fig.4 Tourist map of the Amusement park

[1]賈國憲，劉新江.VC環境下基于GlS的GPS導航系統的開發[J].北京測繪，2003（2）:11-15.JIA Guo-xian，LIU Xin-jiang.The development of GPS navigation system based on GIS in the VC environment[J].Beijing Surveying and Mapping，2003（2）:11-15.

[2]李現勇.Visual C++串口通信技術與工程實踐 [M].北京:人民郵電出版社，2002.

[3]邱小平.Windows CE6.0開發經典[M].北京:電子工業出版社，2009.

[4]王劍.Windows CE下的串口通信的實現[J].單片機與嵌入式系統應用，2003（3）：21-23.WANG Jian.The realization of the serial communication based on Windows CE operating system[J].Microcontroller&Embedded Systems，2003（3）:21-23.

[5]Christopher J，Hegarty，寇艷紅.GPS原理與應用[M].2版.北京:電子工業出版社，2007.

[6]李洪濤，許國昌.GPS應用程序設計[M].北京:科學出版社，1999.

[7]吳秀琳，劉永革，王利軍.Mapinfo 9.5標準教程[M].北京:清華大學出版社，2009.

[8]杭觀榮，康小錄.美國AEHF軍事通信衛星推進系統及其在首發星上的應用[J].火箭推進，2011（06）:1-8.HANG Guan-rong，KANG Xiao-lu.Propulsion system of USA AEHF military communication satellite and its application on AEHF-1 satellite[J].Journal of Rocket Propulsion，2011（06）:1-8.