基于谷歌地球和GPS的物品定位跟蹤系統研究

張清文（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江 529500）

基于谷歌地球和GPS的物品定位跟蹤系統研究

張清文
（廣東電網有限責任公司陽江供電局，廣東 陽江 529500）

摘 要：本文希望借助Google Earth和GPS的相關技術來簡單介紹一下物品定位跟蹤系統的結構設計和功能設計，試圖證明基于Google Earth和GPS的目標物品定位跟蹤系統的準確性和實時性。

關鍵詞：GPS；Google Earth；物品跟蹤定位；系統

GPS最早應用于軍事目的。雖然GPS在早期的技術并不成熟，但卻讓人們意識到了衛星定位的可行性，這種初步的嘗試和設想就造就了后來的GPS系統。

一、GPS與Google Earth的結合

GPS通過衛星為用戶提供二維的可動性定位，而Google Earth通過海量的的衛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、導航和定位等實時技術，就可以借助Google Earth詳盡的三維地圖來彌補GPS在地圖信息上內容不足和無法實時更新的劣勢，對于GPS本身來說監測成本也會降低。而一些情報和刑偵或海關部門利用具有三維實時更新圖像的定位系統，就可以實時的觀測和監控交通物流中可能存在的危險物品運輸以及對于車輛的跟蹤，從而提高刑偵案件的破案率。現如今，這一設想已經變為了現實。目前Google Earth已經為用戶提供了擁有GPS接口的版本，實現了Google與GPS功能的融合。

圖1 系統數據流動和交互全過程

圖2 GPS模塊的信息接收與傳送

圖3

二、基于Google Earth的GPS導航系統

在Google Earth的軟件中引入定位跟蹤導航系統一直以來是用戶所希望的，目前Google推出的的Google Earth Plus/Pro/Enterprise等收費版本就加入了GPS系統。這些版本能夠實現和顯示當前用戶所在位置的地圖和移動軌跡，是三維地圖化的導航定位跟蹤系統。在免費的版本中，是不具備這個功能的。如果在免費的Google Earth版本中創建KML文件，就可以實現Google Earth擁有GPS導航功能的目的。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，通過上傳到Google Earth上作為商業的展示，也是一種融入了高科技的商業宣傳手段。

（一）實現與GPS模塊之間的通訊

如果要建立一個基于Google Earth的GPS導航系統，就要擁有以下幾個部分。

1 GPS接口

實現Google Earth設備的GPS功能的端口。

2 GPS導航系統與GPS設備的通訊模塊

這是聯系GPS系統和Google Earth軟件的重要部分。

3 WEB服務器

服務器負責直觀的接受來自于Google Earth的網絡請求，也就是Network Link發出的聯線請求，從而能夠做到響應當前的坐標與軌跡信息。

4 提供GPS軌跡管理以及和其他GPS數據交換的工具。

（二）數據的流動互換

由于要實現GPS與Google Earth的聯動，那么在整個系統中數據的流動與互換是很重要的。在系統中，GPS依然是最重要的信號源，它負責接收來自衛星的信號并進行數據分析計算，最后將數據傳送到本系統中。系統就會開始對GPS數據信息進行相應讀取。在這個數據的流轉過程中，主要的任務就是利用讀取的GPS信息來控制Google Earth，從而達到信息和功能的融合。另外就是要進行GPS導航軌跡的管理，把這些軌跡記錄下來，并有效有序的顯示在Google Earth上起到導航的作用。

系統數據流動和交互全過程如圖1所示。

如果將GPS系統安裝在電腦上，就可以接受到的衛星信號，通過計算化作地理信息坐標記錄在電腦上。在電腦端要將藍牙端模擬成基本的串口通訊從而不斷的接收來自于GPS的信息，再通過電腦上Google Earth模板來控制Google Earth的顯示，Google Earth就會根據實時情況，連接服務器來獲取對應地圖的坐標，這一般用于現在的車載GPS中，而相比較于車中的通訊終端，一臺筆記本電腦通過無線網絡就能連接GPS服務器，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自于GPS設備收集的信息并進行過濾。收集過濾之后，GPS模塊將實時分析數據并將分析出來的地理信息轉化為坐標和軌跡信息，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服務器模塊會接收到來自于Google Earth的請求，生成用來改變Google Earth的KML文件，并響應Google Earth。

圖3為Google Earth接收信息并相應的過程。

（四）KML文件的生成

KML文件實際是Keyhole的標記語言（Keyhole markup language）的縮寫。它主要采用XML的格式與語法方式，來描述和保存地理信息的語言。計算機的藍牙模擬串口通訊中接收到GPS收集的地理信息后，會隨后接收到來自于Google Earth的Network Link請求，生成KML文件并改變Google Earth。Google Earth中的預訂軌跡導航模塊會先加載KML文件，然后就將獲得預訂的軌跡信息。KML文件提供了指定地點的圖標和注腳并且為每一個地理環境都創建了不同的視覺角度并顯示三維物。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〉線標號〈/extrude〉

〈tessellate〉線標號〈/tessellate〉

〈altitudeMode 高程模式〈/ altitudeMode〉

〈coordinates〉 經度，緯度〈/ coordinates〉

〈/LineString〉

〈/Placemark〉

〈Placemark〉

〈name〉點名稱〈/name〉

〈description〉描述信息〈/ description〉

〈Point〉

〈coordinates〉經度，緯度〈/ coordinates〉

〈/Point〉

〈/Placemark〉

當KML文件生成并相應Google Earth以后，系統將會自動打開Google Earth的瀏覽器并打開KML文件，將目標物的定位信息以及運行軌跡顯示在Google Earth上。

圖4在整個系統中的表現過程，即GPS設備不斷的接受來自衛星的無線信號，并且通過GPS設備本身的計算功能算出所接受信息的坐標和地理信息，隨后是識別工作，通過識別，過濾掉無用的經緯度數據。之后通過與電腦藍牙串口通訊的聯系，電腦接受GPS設備的聯系并開啟線程，接受GPS系統過濾后的信息。這些信息在電腦里可以按照結構與坐標進行累加和連線，最后構成一條軌跡，這條軌跡就是對于目標物的定位軌跡。

圖4

圖5為廣東省境內的一次基于Google Earth的GPS導航測試，此過程就運用了本文所討論的方法進行操作。從深圳市的深圳大學到廣州市的白云路，歷時10個半小時，到達目的地后所顯示出的移動軌跡。所以我們說通過模擬串口通訊信號接受GPS信息生成KML文件并響應Google Earth從而生成路線軌跡追蹤目標的方法很好但卻又有缺點，就是它只能記錄目標的航跡和航點，卻不能夠像GPS那樣記錄目標的實時移動。

圖5

參考文獻

[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[J].計算機工程與設計，2011，32（09）.

[2]金玉.基于Google Earth的GPS導航系統設計[J].硅谷，2011 （17）.

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

結語

通過上述中計算機終端接收GPS信號并相應Google Earth生成實時航跡的方式，我們驗證了GPS在Google Earth上的巧妙應用，它彌補了GPS二維地圖信息不足的缺陷，實現了基于Google Earth的衛星影像的三維圖像下運用GPS也能跟蹤定位目標的設想。

中圖分類號：TP274

文獻標識碼：A