基于谷歌地球和GPS的物品定位跟蹤系統(tǒng)研究

張清文（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽(yáng)江供電局，廣東 陽(yáng)江 529500）

基于谷歌地球和GPS的物品定位跟蹤系統(tǒng)研究

張清文
（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽(yáng)江供電局，廣東 陽(yáng)江 529500）

摘 要：本文希望借助Google Earth和GPS的相關(guān)技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下物品定位跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)，試圖證明基于Google Earth和GPS的目標(biāo)物品定位跟蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

關(guān)鍵詞：GPS；Google Earth；物品跟蹤定位；系統(tǒng)

GPS最早應(yīng)用于軍事目的。雖然GPS在早期的技術(shù)并不成熟，但卻讓人們意識(shí)到了衛(wèi)星定位的可行性，這種初步的嘗試和設(shè)想就造就了后來(lái)的GPS系統(tǒng)。

一、GPS與Google Earth的結(jié)合

GPS通過(guò)衛(wèi)星為用戶提供二維的可動(dòng)性定位，而Google Earth通過(guò)海量的的衛(wèi)星影像和航拍為用戶提供固定的三維地圖地理信息。如果能讓Google Earth擁有GPS功能，擁有追蹤、導(dǎo)航和定位等實(shí)時(shí)技術(shù)，就可以借助Google Earth詳盡的三維地圖來(lái)彌補(bǔ)GPS在地圖信息上內(nèi)容不足和無(wú)法實(shí)時(shí)更新的劣勢(shì)，對(duì)于GPS本身來(lái)說(shuō)監(jiān)測(cè)成本也會(huì)降低。而一些情報(bào)和刑偵或海關(guān)部門(mén)利用具有三維實(shí)時(shí)更新圖像的定位系統(tǒng)，就可以實(shí)時(shí)的觀測(cè)和監(jiān)控交通物流中可能存在的危險(xiǎn)物品運(yùn)輸以及對(duì)于車輛的跟蹤，從而提高刑偵案件的破案率。現(xiàn)如今，這一設(shè)想已經(jīng)變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。目前Google Earth已經(jīng)為用戶提供了擁有GPS接口的版本，實(shí)現(xiàn)了Google與GPS功能的融合。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流動(dòng)和交互全過(guò)程

圖2 GPS模塊的信息接收與傳送

圖3

二、基于Google Earth的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)

在Google Earth的軟件中引入定位跟蹤導(dǎo)航系統(tǒng)一直以來(lái)是用戶所希望的，目前Google推出的的Google Earth Plus/Pro/Enterprise等收費(fèi)版本就加入了GPS系統(tǒng)。這些版本能夠?qū)崿F(xiàn)和顯示當(dāng)前用戶所在位置的地圖和移動(dòng)軌跡，是三維地圖化的導(dǎo)航定位跟蹤系統(tǒng)。在免費(fèi)的版本中，是不具備這個(gè)功能的。如果在免費(fèi)的Google Earth版本中創(chuàng)建KML文件，就可以實(shí)現(xiàn)Google Earth擁有GPS導(dǎo)航功能的目的。而利用Google官方提供的3D繪圖工具在Google Earth上繪制各種建筑或其他物品，通過(guò)上傳到Google Earth上作為商業(yè)的展示，也是一種融入了高科技的商業(yè)宣傳手段。

（一）實(shí)現(xiàn)與GPS模塊之間的通訊

如果要建立一個(gè)基于Google Earth的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，就要擁有以下幾個(gè)部分。

1 GPS接口

實(shí)現(xiàn)Google Earth設(shè)備的GPS功能的端口。

2 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)與GPS設(shè)備的通訊模塊

這是聯(lián)系GPS系統(tǒng)和Google Earth軟件的重要部分。

3 WEB服務(wù)器

服務(wù)器負(fù)責(zé)直觀的接受來(lái)自于Google Earth的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求，也就是Network Link發(fā)出的聯(lián)線請(qǐng)求，從而能夠做到響應(yīng)當(dāng)前的坐標(biāo)與軌跡信息。

4 提供GPS軌跡管理以及和其他GPS數(shù)據(jù)交換的工具。

（二）數(shù)據(jù)的流動(dòng)互換

由于要實(shí)現(xiàn)GPS與Google Earth的聯(lián)動(dòng)，那么在整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動(dòng)與互換是很重要的。在系統(tǒng)中，GPS依然是最重要的信號(hào)源，它負(fù)責(zé)接收來(lái)自衛(wèi)星的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算，最后將數(shù)據(jù)傳送到本系統(tǒng)中。系統(tǒng)就會(huì)開(kāi)始對(duì)GPS數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)讀取。在這個(gè)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)過(guò)程中，主要的任務(wù)就是利用讀取的GPS信息來(lái)控制Google Earth，從而達(dá)到信息和功能的融合。另外就是要進(jìn)行GPS導(dǎo)航軌跡的管理，把這些軌跡記錄下來(lái)，并有效有序的顯示在Google Earth上起到導(dǎo)航的作用。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流動(dòng)和交互全過(guò)程如圖1所示。

如果將GPS系統(tǒng)安裝在電腦上，就可以接受到的衛(wèi)星信號(hào)，通過(guò)計(jì)算化作地理信息坐標(biāo)記錄在電腦上。在電腦端要將藍(lán)牙端模擬成基本的串口通訊從而不斷的接收來(lái)自于GPS的信息，再通過(guò)電腦上Google Earth模板來(lái)控制Google Earth的顯示，Google Earth就會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)情況，連接服務(wù)器來(lái)獲取對(duì)應(yīng)地圖的坐標(biāo)，這一般用于現(xiàn)在的車載GPS中，而相比較于車中的通訊終端，一臺(tái)筆記本電腦通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就能連接GPS服務(wù)器，接收GPS信息。

（三）核心模塊間的通訊

1 GPS通訊模塊

GPS通訊模塊可以讀取來(lái)自于GPS設(shè)備收集的信息并進(jìn)行過(guò)濾。收集過(guò)濾之后，GPS模塊將實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)并將分析出來(lái)的地理信息轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)和軌跡信息，傳送給Google Earth控制模塊。圖2為GPS模塊的信息接收與傳送。

2 WEB服務(wù)器模塊會(huì)接收到來(lái)自于Google Earth的請(qǐng)求，生成用來(lái)改變Google Earth的KML文件，并響應(yīng)Google Earth。

圖3為Google Earth接收信息并相應(yīng)的過(guò)程。

（四）KML文件的生成

KML文件實(shí)際是Keyhole的標(biāo)記語(yǔ)言（Keyhole markup language）的縮寫(xiě)。它主要采用XML的格式與語(yǔ)法方式，來(lái)描述和保存地理信息的語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)的藍(lán)牙模擬串口通訊中接收到GPS收集的地理信息后，會(huì)隨后接收到來(lái)自于Google Earth的Network Link請(qǐng)求，生成KML文件并改變Google Earth。Google Earth中的預(yù)訂軌跡導(dǎo)航模塊會(huì)先加載KML文件，然后就將獲得預(yù)訂的軌跡信息。KML文件提供了指定地點(diǎn)的圖標(biāo)和注腳并且為每一個(gè)地理環(huán)境都創(chuàng)建了不同的視覺(jué)角度并顯示三維物。KML文件的格式如下：

〈Placemark〉

〈name〉線名稱〈/name〉

〈description〉描述〈/description〉

〈styleUrl〉線類型〈/styleUrl〉

〈LineString〉

〈extrude〉線標(biāo)號(hào)〈/extrude〉

〈tessellate〉線標(biāo)號(hào)〈/tessellate〉

〈altitudeMode 高程模式〈/ altitudeMode〉

〈coordinates〉 經(jīng)度，緯度〈/ coordinates〉

〈/LineString〉

〈/Placemark〉

〈Placemark〉

〈name〉點(diǎn)名稱〈/name〉

〈description〉描述信息〈/ description〉

〈Point〉

〈coordinates〉經(jīng)度，緯度〈/ coordinates〉

〈/Point〉

〈/Placemark〉

當(dāng)KML文件生成并相應(yīng)Google Earth以后，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)打開(kāi)Google Earth的瀏覽器并打開(kāi)KML文件，將目標(biāo)物的定位信息以及運(yùn)行軌跡顯示在Google Earth上。

圖4在整個(gè)系統(tǒng)中的表現(xiàn)過(guò)程，即GPS設(shè)備不斷的接受來(lái)自衛(wèi)星的無(wú)線信號(hào)，并且通過(guò)GPS設(shè)備本身的計(jì)算功能算出所接受信息的坐標(biāo)和地理信息，隨后是識(shí)別工作，通過(guò)識(shí)別，過(guò)濾掉無(wú)用的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。之后通過(guò)與電腦藍(lán)牙串口通訊的聯(lián)系，電腦接受GPS設(shè)備的聯(lián)系并開(kāi)啟線程，接受GPS系統(tǒng)過(guò)濾后的信息。這些信息在電腦里可以按照結(jié)構(gòu)與坐標(biāo)進(jìn)行累加和連線，最后構(gòu)成一條軌跡，這條軌跡就是對(duì)于目標(biāo)物的定位軌跡。

圖4

圖5為廣東省境內(nèi)的一次基于Google Earth的GPS導(dǎo)航測(cè)試，此過(guò)程就運(yùn)用了本文所討論的方法進(jìn)行操作。從深圳市的深圳大學(xué)到廣州市的白云路，歷時(shí)10個(gè)半小時(shí)，到達(dá)目的地后所顯示出的移動(dòng)軌跡。所以我們說(shuō)通過(guò)模擬串口通訊信號(hào)接受GPS信息生成KML文件并響應(yīng)Google Earth從而生成路線軌跡追蹤目標(biāo)的方法很好但卻又有缺點(diǎn)，就是它只能記錄目標(biāo)的航跡和航點(diǎn)，卻不能夠像GPS那樣記錄目標(biāo)的實(shí)時(shí)移動(dòng)。

圖5

參考文獻(xiàn)

[1]陳修治，陳燕喬，蘇泳嫻，等.基于谷歌地球和GPS的物品定位跟蹤系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2011，32（09）.

[2]金玉.基于Google Earth的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].硅谷，2011 （17）.

[3]董立華.“谷歌地球”帶來(lái)的革命[J].大自然探索，2010 （01）.

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述中計(jì)算機(jī)終端接收GPS信號(hào)并相應(yīng)Google Earth生成實(shí)時(shí)航跡的方式，我們驗(yàn)證了GPS在Google Earth上的巧妙應(yīng)用，它彌補(bǔ)了GPS二維地圖信息不足的缺陷，實(shí)現(xiàn)了基于Google Earth的衛(wèi)星影像的三維圖像下運(yùn)用GPS也能跟蹤定位目標(biāo)的設(shè)想。

中圖分類號(hào)：TP274

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A