（机械制造及其自动化专业论文）gps移动终端及其信息服务系统的研究.pdf

京工商人学毕业论文 摘要 本文分析了g p s 移动终端及其信息服务系统在国内外的发展状况，现行产品的特点以 及未来的发展方向。并在此基础上，提出了一套适合于具体场合的中档产品的解决方案。 对于g p s 移动终端及其信息服务系统设计的整个过程，以及在过程中所遇到的问题以 及解决方法进行了详尽的分析研究。并且在系统设计过程中所应用到关键技术以此技术的 核心问题，提出了新的观点。在信息服务系统的软件研究中，应用了s t l 模板中的v e c t o r 向量代替了传统的数组存储方式来进行g p s 信息的存储，利用多线程技术来处理多辆车监 控的同时性问题。在终端硬件研究中，对设备的选择给出了充分的理由，而且对终端硬件 的设计原理和电路图进行了详细地分析。在终端软件的研究分析中，充分的利用了w 7 7 e 5 8 单片机的特点，并且严格遵照国际上现行的g p s 接收标准来进行软件设计。 在产品检验过程中分情况的进行了多次实验，经过筛选得出了最具有代表性的数据。 数据分析表明本g p s 移动终端及其信息服务系统已经达到了民用g p s 接收机的精度要求， 并且找到了需要在以后的改进过程中耍进一步解决的问题。 关键字：g p s ；g s m ；移动终端；信息服务系统 g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 a b s t r a c t i nt h i st h e s i s ，t h eg p sm o v i n gt e r m i n a la n di t si n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e mi sa n a l y z e di nt h e d o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld e v e l o p m e n t ，t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec u r r e n tp r o d u c t sa n df u t u r e d e v e l o p m e n t b a s e do nt h i sc o n c l u s i o n , a na p p r o p r i a t es o l u t i o nr a n k i n gi nm e d i u mc l a s si sp u t f o r w a r d t h ew h o l ed e s i g np r o c e s so ft h eg p sm o v i n gt e r m i n a la n di t si n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m ，t h e p r o b l e mm e ti nt h ep r o c e s sa n ds o l u t i o no ni ta r ea n a l y z e di nt h i st h e s i sd e t a i l e d l y a b o u tt h ek e y t e c h n i q u ea n dt h et e c h n i c a lc o r ep r o b l e m sa p p l i e di nt h ep r o c e s so fd e s i g n , t h i st h e s i sp u t f o r w a r dt h en e w v i e w p o i n t i nt h es o i t w a r er e s e a r c ho ni n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m ，i ta p p l y st h e v e c t o ri nt h et e m p l a t eo fs t lt or e p l a c i n ga r r a yt os a v i n gt h ed a t ao fg p si n f o r m a t i o n ，a n du s e s t h em u l t i - t h r e a d i n gt e c h n i q u et oh a n d l em a n yc a r ss u p e r v i s i o na tt h es a n l et i m e i nh a r d w a r e r e s e a r c ho nt h et e r m i n a l ，i tg i v e sf u l lr e a s o n sf o rt h ec h o i c eo fe q u i p m e n t s ，a n dc a r r i e so nt ot h e d e s i g np r i n c i p l ea n dt h ee l e c t r i cc i r c u i td i a g r a m so ft h et e r m i n a lh a r d w a r ei nd e t a i la n a l y s i s i n t h er e s e a r c ho ft h et e r m i n a ls o f t w a r e ，m a k i n gu s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fw 7 7 e 5 8 ，a n ds t r i c t a c c o r d i n gt ot h es t a n d a r do ft h ec u r r e n ti n t e r n a t i o n a lg p sr e c e i v e s ，t h i st h e s i sc a r r i e so nt h e d e s i g no f t h es o f t w a r e i n p r o c e s so ft h ep r o d u c te x a m i n a t i o n ，m a n ye x p e r i m e n t sw e r e c a r d e do na n dm a n y r e p r e s e n t a t i v ed a t aw e r ef o u n d t h ed a t aa n a l y s i se n u n c i a t i o ni st h i sg p so f m o v i n gt e r m i n a la n d i t si n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e mh a v i n ga l r e a d yc o m et ot h ep u b l i cg p sr e c e i v e ra c c u r a c yl e v e l s o m ep r o b l e m st os o l v ei nt h el a t e rw i l lb ef o u n do u ti nt h i st h e s i s k e y w o r d ：g p s ；g s m ：m o v i n gt e m i n a l ；i n f o r m a t i o ns e r v i c es y s t e m 北京工商大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作所 取得的研究成果。除了文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人或 集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果完全由本人承担。 学位论文作者签名：塑l 垒日期：6 年厶月7 日 北京工商大学学位论文授权使用声明 本人完全了解北京工商大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生 在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京工商大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复 制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 学位论文电子版同意提交后，可于囱当年口一年口二年后在学校图 书馆网站上发布，供校内师生测览。 靴论嫦者繇斗址导燧名：凇嗍训年钼1 日 北京i 商大学毕业论文 1 1课题目的和意义 第一章绪论 g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 移动终端及其信息服务系统是利用先进的计算机技术 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，缩写g i s ) 和全球定位系统( g p s ) 来实现对 动态目标( 车辆、船舶、飞机) 进行实时监控和调度的综合信息管理系统。 全球定位系统( g p s ) 是一项正在兴起的高新技术，该系统包含了能够覆盖全球的几 十颗卫星，对于地球上任意位置的目标，只要安装g p s 接收装置，就可以计算出该目标的 精确位置。由于g p s 接收机技术的发展，超大规模芯片的应用，使接收机成本不断下降。 而且g p s 的应用，也带来很好的经济效益和社会效益，故现在也已广泛应用于航海、航空、 科学研究、交通运输、石油勘探、地形测量以及商业、旅游业等一切行业，甚至要渗透到 个人生活的各个方面。由于g p s 具有定位精度高、使用范围广、可全天候应用、用户设备 简单等优点，因此被认为是当前定位导航设备中最重要的发展。 g p s 信息服务管理系统的组合相当灵活。根据需要，可大可小。基地指挥中心监控台 可以是一个，也可以是多个组网：可以是移动的，也可以是固定的，甚至还可以由固定和 移动的指挥中心监控台混合组网。适合于发展成一种服务产业，采取个人入网，交纳使用 费的方式。 g p s 与g s m 和c d m a 的结合己成为全球通信导航界的热点，g p s 与p d a ( 个人数 字助理) 和p a n ( 人域网) 消费类组合是个巨大的潜在市场。目前国内生产和研究机构的 目标主要集中在g p s 卫星信息的接收和信息提取方面，即主要完成了接收设备( 纵向) 的 产业化。随着g p s 导航接收设备的生产的普及，实现g p s 移动信息服务应用( 即横向领 域) 的需求越来越明显。另一方面，随着卫星导航技术的发展和产品开发的成熟，导航设 备的利润空间将会越来越小，且各种导航设备急需公共连接和功能发挥的平台。因此，g p s 移动信息服务系统的建立极其必要。 从上述发展趋势来看，g p s 开发商独立开发的软件比较难于跟上需求的迅速发展，合 理的做法应当是基于某种专业g i s 开发平台做二次开发，才可以把精力从底层数据管理的 开发上解脱出来，将精力集中于满足用户的新需求。 1 2国内外g p s 相关技术的研究状况和进展 l g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 1 2 1 导航技术的现状 导航( n a v i g a t i o n ) 是指利用卫星定位，将物体的位置及移动路径在接收器上显示出 来，以指引使用者行进路线及方向。卫星信号包括卫星所在的轨道位置和时间信息，可借 此计算出卫星和本身所在位置的距离，再配合精准的道路地图，即可以计算出现在所在位 置，搭配在行车过程中，当接近需要转弯的交叉路口时，自动给与适当导引，告知驾驶人 左右转弯，以达到提供汽车驾驶上所需的导航服服目的。 卫星 一、 g p s 讯号、 、 g p s 接收器 ，一一、 图卜1 汽车导航系统示意图 导航系统的技术中，最重要的有全球定位系统( g p s ) 、航位推算( d e a dr e c k o n i n g ) 、地 图比对( m a pm a t c h i n g ) 三项；目前国内外对于导航技术的研究相当多，大多集中在使用方 面的改善、误差的改善、资讯的多样性等方面。 g p s 误差的主要来源为卫星相关误差、信号传递相关误差和接收仪相关误差。除了上 述各种6 p s 误差之外，由于现代都市建筑物林立，加上路网复杂，经常造成收讯不良，使 得g p s 定位的精确度大打折扣；泰了改善此一缺失，目前相关研究多针对以下方式着手： 1 差分定位( d i f f e r e n t i a ig p s ，d g p s ) d g p s 是利用差分方式可消除大部分误差项，已得到较高精度的特性而发展的。此系 统是利用一已知位置坐标的g p s 测点作为参考点，由参考点接收卫星资料并计算卫星位置 与参考点间的距离，此一计算距靛与参考点所测得的虚拟距离问的差值( 称为虚拟距离差) 璺一 北京二r = 商大学毕业论文 或是直接计算出参考点，利用测得的虚拟距离所得的位置坐标与参考点的实际位置坐标问 的分量差视为修值。监且借由数据传送的方式传送至未知测点上的接收仪进行修正，已提 高未知测点的定位精度。 2 自立航法( d e a dr e c k o n i n g t d r ) 根据车辆行驶时发出的车速脉冲信号及距离系数，来测定车子的行驶的距离。而距离 系数会因车辆种类、胎径而有所不同( 若不设定正确系数就会产生车辆位置超前或落后等 问题) 。导航系统要能依据不同的车种自动设定系数，并因轮胎磨耗、更换等状况进行系 数的微调整，进而求出车辆的正确位置。 3 惯性导航系统( i n e r t i a ln a v i g a t i o ns y s t e m ，i n s ) 利用汽车上测量行驶距离的车速感应器，和测定车辆行进方向的陀螺仪，来推算车辆 位置，使位置能一直精确地显示在正确的点上。陀螺仪作用的原理是应用陶瓷材质压电原 理，感应行车方向改变时的g 力变化，产生精密的电气讯号响应输出，来判断行进方向。 k 图卜2 惯性导航系统原理 1 2 2 空间比对( m a pm a t c h in g ) 的技术现状及其发展方向 航位推算可以实现车辆的自主导航，但是它需要车辆初始位置的输入，并且惯性导航 系统的漂移误差和标定误差将使累积误差随时间而增大。而地图比对这一技术恰恰避免了 以上两种定位技术无法克服的局限性。地图比对是一种借由软件技术和计算方法，校正g p s 定位或者航位推算定位误差的技术，因而能麴极大地提供车辆的定位精度，减少定位误差。 地图比对的法则其实是一向人工智慧的技术，其目的就是要设法推测出汽车最有可能 的道路；基本的原理可说明如下： g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 图卜3 地图比对的基本示意图 g e o f f r e yb l e w i t t 与g e o r g et a y l o r ( 2 0 0 2 ) 以r o a dr e d u c t i o nf i l t e r i n g ( r r f ) 应用于导航 系统的研究；r r f 是用来侦测车辆所行驶道路的一种演算法，主要是先设定一误差范围 ( 2 5 m ) ，在此范围内，以车辆位置四周所有的道路可能分析，根据车辆移动时与所有可能道 路位置关系变化，逐步剔除可能性较低的道路，最后求得符合车辆行驶路径的道路。研究 结果发现，在9 5 的误差范围内，确实可有效降低g p s 定位误差。此模式的优点在于，不 需g p s 接收站提供其他资讯，也可有效提供校正功能“1 。 然而此研究有一前提假设，即车辆永远是在路网中已定义好的路径上行驶，对于新增 的道路或地图数化时所产生的误差的影响，则并未探讨。更重要的，此模式是以一个确定 的起始资讯为基础，再逐步去分析计算，对于起始资讯不明的状况下，并未交待如何处理。 曾博玲( 1 9 9 6 ) 使用了修正地图比对法j “1 ，首先也是在某一误差范围内找出候选道 路，并以定位坐标投影到候选道路上坐标的距离及夹角为变数，用来评估定位系统与投影 道路问的几何相似性。另外也针对了投影到数为地图上不存在的道路，做了修正计算的方 法。 此研究已考虑到起始定位资讯并不一定在道路上( 如停车场或新增道路) 的情形，并 且减少了系统计算量。然而在尚未明确定位出行车道路时，对于候选道路的可能性均假设 相等；若能随着定位资讯的改变而分别判断出可能性高低，不但可以提高后续计算效率， 4 2 ， 拢lil上川ri o + 胁 一 。廿黥 0 1 q dl|ri引lll上肘下1 0 ，l 鼬 洲砌老 北京工商大学毕业论文 也可增加系统的实用性。此亦为g p s 研究所欲努力的目标之一。 1 z 3f u z z yu e t h o d 模糊理论是一个总称，对通常集合论进行扩充之后而形成的f u z z y 集合论、具有概率 扩充意味的f u z z y 测度论以及把f u z z in e s s 概念引入通常逻辑而形成的f u z z y 逻辑，总称 为模糊理论。模糊理论的观念，最早是美国自动控制工程专家，l a z a d e h 在1 9 6 5 年引 入模糊集合( f u z z ys e t s ) 的概念，以期望解泱现实环境中的不确定性( u n c e r t a i n t y ) 与 模糊性( f u z z i n e s s ) 资料。在处理实际问题时，把普通集合的绝对隶属关系“非此即彼” 的特性加以扩充，使元素对集合的隶属程度推广至单位区间( 0 ，1 ) 中的任意一数值，进 而实现定量刻画不确定性问题的模糊性质。 由于导航系统在无法获得准确定位资讯的状况下，对于道路的判断具有一定的模糊 性，因此在空间比对的技术上，可以引入此概念，使得比对的结果更具意义。林中杰( 1 9 9 7 ) 设计了一佃模糊控制器，基本架构如图1 4 所示；以此一架构，利用模糊处理单元来判断 接收机所计算出的每一笔定位资料，进而筛选出较为精确的资料，达到定位精度改善的目 的巴 i 3 论文的主要内容 图卜4 模糊控制器架构图 本课题主要对g p s 导航定位系统整体进行了系统而又深入的分析研究，主要进行了 g p s 车载终端软硬件的自主开发设计以及信息服务中心的g p s 数据接收、分析显示与数 5 g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 据库存储的设计，论文主要内容结构如下： 第一章引言，大概介绍了本课题研究的目的和意义，g p s 移动信息终端及系统在导航 定位应用方面国内外的应用发展情况，说明我们本课题所具有的市场价值。 第二章介绍了g p s 移动信息服务系统的总体设计方案，以及该系统所要应用的g p s ， g s m 和g i s 三大技术要点的分析介绍。 第三章主要介绍了g p s 信息服务中心的研究，对所用到的多线程技术、v c + + 的s t l 技术以及开发g i s 所用到的m a p i n f o 软件的核心技术进行了深层次的研究，并介绍了此次 课题设计的具体实现。 第四章主要对g p s 移动信息终端的硬件进行分析探讨。 第五章主要针对g p s 车载信息终端的软件进行了研究探讨，并且对g s m 短信机理和 g p s 模块的原理进行了分析研究。 第六章对本实验研究的结果做了系统性分析。 第七章对整个系统总结，并分析了不足，提出了对下步工作的展望。 北京工商大学毕业论文 第二章g p s 移动终端及其信息服务系统总体方案设计 2 1 g p s 移动终端及其信息服务系统的设计思想 本方案在体现系统开放性、可靠性的基础上，充分贯彻模块化的设计思想。在g p s 定 位技术和适合目前国情的无线通信技术的基础上，逐步实现满足数据和语音、无线和有线 调度管理的需要，又提供防劫报警的监控手段，并兼顾到提高用户服务质量的要求，设计 一个满足业务调度、车辆管理、防劫、救助以及公益信息发布需求的g p s 信息服务系统。 系统设计原则： 经济高效性：系统设计充分考虑到市场经济的原则，充分利用国家通讯网的资源优势、 服务优势、安全优势和运营成本优势。采用先进的无线通讯技术，使系统结构最优，运营 成本最低。 开放性：信息服务中心采用局域网的结构形式。整个网络是一个开放系统，具有很强 的开放性，可包容多种管理功能，可根据各种需求不断扩充，适应当今社会管理功能不断 发展的需求。同时可实现各种资源的共享。 灵活性：系统组网方式灵活，功能配置齐全，将各类型资源利用都融入网中，能满足 不同资源利用的需要，软件功能齐全，应用方便。 实用性：系统具有对车辆运行状态实时监控；对车辆全部经营活动数据的获取；及时 准确的分析车辆的运行状态，及时处理报警车辆及突发事件；结合多年的车辆管理经验， 将实际管理思想融入到软件所开发的使用功能当中，支持车辆运行的整个业务流程。 易操作性：图形化、表格化、调车过程大部分信息自动生成。安装简单、操作方便， 用户可根据实际情况和需要转换、选择界面。具有在线帮助功能。 安全性：系统具有较完善的安全防范措施，对所有的操作人员按其工作性质( 系统管理 员、操作管理员和一般操作人员等) 赋予不同的操作终端及权限( 可写可读可控制、可读可 控制、只读等) ，并有完善的通行字( p a s s w o r d ) 管理功能，以保证系统及数据的安全。 2 2g p s 移动终端及其信息服务系统的设计方案 2 2 1 系统的组成 g p s 车辆定位导航系统主要由移动目标的定位系统、无线通讯系统和信息信息服务中 7 g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 心组成。 移动目标的定位系统主要由g p s 接收模块、通讯模块、控制模块、l c d 显示模块组 成。并且根据用户需要可选择防盗报警以及通话监听等其他增值业务。 无线通讯系统主要完成移动终端和信息服务中心的信息传递，大体上包括三个部分， 一部分安装在移动目标上的通讯模块( g s m 短信模块) ，一部分是安装在信息控制中心的数 据接收发送模块( g s mm o d e m ) ，另一部分是为二者提供数据传递的通讯平台。其工作流程 为移动终端的g p s 模块获得地理位置信息，然后连同报警信息以及状态信息经过一定的数 据处理形成数据帧，然后通过无线通讯网络传递到信息服务中心，位于信息服务中心的数 据接收发送模块把接收到的数据帧提供给监控软件进行各类数据处理。本次无线通讯部分 主要是依托中国移动的g s m g p r s 网络进行数据传递。 g p s 移动终端及其信息服务系统硬件部分主要由数据库服务器、管理工作站、g p s 显 示终端以及数据接收，发送模块组成，软件主要包括主控模块及g i s 地理信息系统处理模 块、短信处理模块、定位信息数据库、用户资料数据库和地图资料数据库构成。 g p s 车辆导航监控系统结构如图2 1 所示。 图2 一lg p s 车辆导航监控系统结构图 2 2 2 系统的工作流程 系统总体的框架设计如图2 2 所示 北京j 二商大学毕业论文 图2 2g p s 定位导航系统总体结构图 移动目标包括手持移动终端或车载终端，配有g p s 接受器，消息显示单元，移动控制 单元和移动调制解调器；信息服务中心安装有地理信息系统，数据库管理系统，计算机管 理系统，互联网服务器以及短消息服务器。当移动目标将自己的动态位置( 经度和纬度) 、 时间和状态等信息实时地通过公网无线通讯链路传送到信息服务中心时，系统便自动在具 有地理信息查询和地图匹配功能的电子地图上进行移动目标运动轨迹的显示，并对目标的 位置、速度、运动方向和车辆状态等用户感兴趣的参数进行监控和查询。信息服务中心可 以将目标的各种参数通过各种发布手段如互联网、手机短信以及电话语音等传达给各种用 户。 运行在中心服务器上的数据交换软件系统，不停地对来自移动终端的数据进行搜索。 当接收到移动终端的请求登陆信息时，该信息立即进入移动目标管理软件系统，进行身份 验证并发出指令，接受位置信息。 信息服务中心收到位置报告后，经数据交换软件运算处理后，便自动进入g i s 监控软 件系统，在电子地图上进行地图匹配，在大屏幕上显示出被监控车辆的所在位置并且得到 移动目标所在的道路信息，然后更新数据库中被监控车辆的监控记录，供操作人员及用户 监控和后续查询，其时序如图2 3 所示。 9 g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 图2 3g p s 导航监控系统时序图 根据用户对移动目标跟踪的要求( 如开始时间、结束时间、时问问隔等) ，移动终端每 隔一段时间向信息服务中心报告其所在位置( 由g p s 接受器获取) 。根据用户对移动目标跟 踪的响应时间要求，位置报告可以采用以下几种模式： ( 1 ) 持续报告 每隔一定的时间间隔( 如3 0 秒) ，移动终端就自动报告一次位置。为了减少通讯流量， 移动控制单元可以根据速度( 根据g p s 信号计算) 调整间隔时间，速度越快，间隔时间越短， 通讯流量也越大；反之，速度越慢，间隔时间则越长，通讯流量也越小。这种模式适合与 对实时性和安全性要求比较高的用户。 ( 2 ) 越区报告 将整个区域地图划分成若干大小相同的网格( 如l k m l k m ) ，只有当移动终端从一个网 格移动到另一个网格时，才向系统报告新的位置。 ( 3 ) 点名指定报告 只有当用户需要跟踪移动目标时，移动终端才向系统报告位置。通常，用户会选定要 跟踪的目标，指定移动目标跟踪参数( 如丌始时间、结束时间、时间间隔等) ，并向移动终 l n 北京工商大学毕业论文 端发出跟踪的命令。移动终端收到跟踪命令后，根据给定的跟踪参数，向系统报告位置； 同时，用户也可以随时向移动终端发出停止跟踪的命令。这种报告模式一般上具有较小的 通讯流量，适合于那些只有在需要时才对移动目标进行跟踪的用户。 2 3系统功能设计及其所涉及的关键性技术分析 本系统设计主要部分为一个g p s 移动终端模块和以g i s 为平台的实时信息服务中心系 统。 2 3 1 移动终端模块设计 2 3 1 1关键性技术分析 夺g p s 全球定位技术 ( 1 ) g p s 定位系统概述”1 g p s 是英文n a v i g m i o ns a t e l l i t et i m i n ga n dr a n g i n g g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m 的字头缩 写词n a v s t a r g p s 的简称。它的含义是利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系 统。现在国际上已经公认，将这一全球定位系统简称g p s 。 g p s 系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用户只接收而不必发射信号，因 此用户的数量也是不受限制的。虽然g p s 系统一开始是为军事目的而建立的，但很快在民 用方面得到了极大的发展，各类g p s 接收机和处理软件纷纷涌现出来。目前在中国市场上 出现的接收机主要有n o v a t e l 、a s h t e c h 、t r i m b l e 、c m c 等。能对两个频率进行观测 的接收机称为双频接收机，只能对一个频率进行观测的接收机称为单频接收机，他们在精 度和价格上均有较大区别。 g p s 系统的实时导航定位精度很高，美国在1 9 9 2 年起实行了所谓的s a 政策，即降低 广播星历中卫星位置的精度，降低星钟改正数的精度，对卫星基准频率加上高频的抖动( 使 伪距和相位的量测精度降低) ，后又实行了a s 政策，即将p 码改变为y 码，即对精密伪 距测量进一步限制，而美国军方和特许用户不受这些政策的影响，但美国为了获得更大的 商业利益，这些政策终将被取消。 ( 2 ) 6 p s 的定位原理” g p s 的基本定位原理是：以高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，卫星不断 地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，采用空间距离后方交会的方 法，计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。 g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 图2 14 颗卫星观测 对于需定位的每一点来说都包含有4 个未知数：该点三维地心坐标和卫星接收机的时 钟差，故g p s 定位至少需要4 颗卫星的观测来进行计算。如图2 1 所示可以确定以下4 个 方程式： ( 柏- x ) 2 + i 一力2 + g 1 一力2 + c 2 q - t 0 1 ) 5 d 1 2 x 2 - x ) 2 + 0 2 一力2 + ( z 2 一z ) 2 + c 2 0 一t 0 2 ) 2 d 2 2 x 3 - x ) 2 + 0 3 ? 力2 + ( 刃一力2 + c 2 p 一，0 3 ) 2 d 3 2 b 4 - x ) 2 + 4 - y ) 2 + ( z 4 一z ) 2 + c 2 ( f f 0 4 ) 5 d 4 2 求解未知数差茬隶筹 上述4 个方程式中待测点坐标x 、y 、z 和未知参数，c 为g p s 信号的传播速度( 即光 速) 。 其中：d l d 4 是卫星1 4 到定位点的距离，其质可通过信号从卫星至0 达定位点的时间 乘以电波速度得到，即d i = c t o i ( i = l ，2 ，3 ，4 ) ；( x 。，y i ，z i ) 是每个卫星的星历参数，即卫 星的轨道坐标( i = 1 ，2 ，3 ，4 ；k = l ，2 ，3 ，4 ) ；t o l t 0 2 是各个卫星的时钟差；t 是接收机 的时钟差。 解此方程即可得到需要定位点的坐标，从而得到了定位。丽实际上星历参数( 鼍，y ， 。) 和时间信息t 的确定是一个非常复杂的过程，它的误差直接影响g p s 定位系统的精确 度。 北京工商大学毕业论文 2 3 1 2 移动终端功能设计 一通过g p s 接受模块接收卫星信号，实时确定本移动目标的位置、速度和运动方向 等信息； 一把定位信息与报警信息通过无线通讯方式传递到控制中心； 一接收并显示来自信息服务中心的控制信息和指令，与中心进行通信联络； 一通信导航功能。 2 3 2 信息服务中心系统设计 2 3 2 1 关键性技术分析 夺g s m 短消息通信技术 ( 1 ) g s m 短消息业务介绍 g s m f g l o b a l s y s t e m f o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n ) 系统是目前基于时分多址技术 的移动通信体制中最成熟、最完善、应用最广的一种系统。我国目前已建成了覆盖全国的 g s m 数字蜂窝移动通信网，是我国公众陆地移动通信网的主要方式。它提供多种业务，主 要有话音业务、短消息业务、数据业务等，选择那一种业务传送g p s 车辆定位数据对整个 系统的性能有很大的关系。 g s m 的短消息业务利用信令信道传输，是g s m 通信网所特有的，它不用拨号建立连接， 直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终 的信宿，短消息每次限制在1 4 0 个字节以内，这对g p s 定位数据来讲足够了。短消息业务 用于g p s 车辆监控晟大的优点在于其无需建立连接，服务费用低，这适于把每次定位数据 随时发送到信息服务中心。并且短消息业务以数字蜂窝终端发送和或接收字母数字消息 的能力为基础。与普通的寻呼业务不同的是，g s m 短消息的传递是有保证的。即使一个目 的蜂窝终端不可达，网络也会保留发给它的消息并当该蜂窝终端又出现在网络中后传递。 综上所述，我们选用g s m 的短消息业务来实现g p s 车辆监控。 ( 2 ) g s m 短消息的网络结构 s m s 使用s s 7 信令信道来传输数据分组，因此允许用户在做一个话音或数据呼叫的同 时接收一个文本消息。同时，s m s 是目前g s m 网内唯一采用分组方式的数据业务。一个活 跃移动台应该能够在任何时候发送和接收一个短消息的传输协议数据单元( t p d u ) ，不管当 时业务信道上是否有正在进行的话音和数据呼叫。s m s 网络结构的主要部分见图2 2 。 g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 图2 - 2s m s 网络结构 在确定一个移动台终结短消息的路由时，s m - s c 把短消息转发到短消息业务网关移动 交换中心( s m s g m s c ) 。s m s g m s c 向目的移动台的归属位置寄存器( h l r ) 询问路由信息 并把消息发送到合适的移动交换中心( m s c ) ，由该m s c 把消息发给目的移动台。相反，当 确定一个移动台发起的短消息路由时，移动台根据全球称谓( g l o b a lt i t l e ) 寻址到需要的 s m s c 。如果是在外漫游，被访问的移动网将把短消息路由到合适的短消息业务互连移动 交换中心( s m s i w m s c ) 。 移动台终结s m s ( s m s m o b i l et e r m i n a t e d ，s m s m t ) 是指移动台从s m s c 接收s m s 的能 力而移动台发起s m s ( s m s m o b i l eo r i g i n a t e d ，s m s - m o ) 是指移动台发送短消息到s m s c 的 能力。移动台必须能够接收发送短消息t p d u 。在收到一个短消息后，移动台总要想s m s c 返回一个确认消息表示该短消息已经被成功接收。s m s c 也会向移动台返回消息，表示一个 t p d u 是否已经被成功接收。 移动台内的软件必须能够对短消息进行解码和存储。短消息也能存储在移动台的用户 识别模块( s i m ) 卡中供用户以后取用。当移动台不在服务区内或s i m 卡存储容量己满，s m s c 会保留短消息等移动台回到服务区或用户s i m 卡又有了存储空间之后再发送。如果一个移 动台曾因存储容量不足拒绝接收的话，那么还应在又有接收一个或多个短消息的存储容量 之后通知s m s c 。 s m s c 用加时问戳的办法来唯一地标识每个短消息。短消息到达s m s c 的时间精确到秒， s m s c 必须确保给在同1 秒内到达的两个或更多短消息赋予不同的时间截。 ( 3 ) g s m 短消息的数据接口与控制协议”“ 在g s m 系统，短消息的收发是通过数据终端设备( d t e ) ，数据电路端接设备( d c e ) 之间的终端接口来实现。该接口是一个符合c c i t t v 2 4 ( 与e 1 a r s 一2 3 2 c 兼容) 异步串口接 口，g s m 规范对通过该接口进行短消息传输定义了三种控制协议，即二进制协议f 通常称 块模式) 、基于字符的使用a t 命令接口协议( 文本模式) 和基于字符的使用十六进制编码 的二进制传输消息快接口协议( p d u ) 模式。 1 4 北京工商大学毕业论文 块模式( b l o c k m o d e ) ：块模式是用来封装g s m3 4 0 中定义的s m s p d u 的二进制协议。 该协议包括差错检测，适合应用于手机间的链路受差错控制的情况。在设备需要远程控制时 特别适用。应用部分组合的二进制串应包含报头和短消息p d u 。 文本模式( t e x tm 0 d e ) ：文本模式是基于字符的协议，该协议基于为g s m 修改的a t 命令集。该模式适用于非智能终端和仿真器，以及构建于命令结构上的应用软件。应用将 消息按简单文本传递到手机组成t p d 。这表示文本模式提供的功能比块模式和p d u 模式 少。文本模式不需支持或自动传送到达消息给应用，而仅仅是通知消息到达。 p d u 模式( p d um o d e ) ：p d u 模式和文本模式很相似，区别只是它将组装短消息t p d u 的任务留给应用完成。该模式使a t 命令集能方便地组构更多复杂的p d u 。 ( 4 ) g s m 短消息服务的协议结构“” g s m 短消息服务的协议共分为四层，短消息应用层s m a l ( s h o am e s s a g ea p p l i a c t i o n l a y e 0 、短消息传输层s m t l ( s h o r tm e s s a g et r a n s m i s s i o nl a y e r ) 、短消息中继层s m r l ( s h o r t m e s s a g er e l a yl a y e o 、短消息底层s m l l ( s h o r tm e s s a g el o w e rl a y e r ) 。 短消息应用层是一个直接面向用户的一层，这在不同的应用中差别较大，它是由最终 开发商决定。 短消息传输层是向应用层提供服务，这种服务使应用层能够向它的对等实体传输短消 息，从它的对等实体接收短消息和有关以前所传短消息的结果报告。为了明白这些短消息 的报告和其他有关信息，应用层和传输层之间的原语应该包括短消息标识符，即一个与原 语相关联短消息的索引号，它与传输层和中继层之间的短消息标识符相互映射。短消息标 识符不能在两个对等实体之间相传递，因此一个给定的消息在s m m o 和m s m t 可能有不 同的标识符。 短消息中继层是向传输层提供服务，这种服务使传输层能够像它的对等实体传输协议 数据单元( t p d u ) ，从它的对等实体接收t p d u 和有关以自h 所传t p d u 的结果报告。 短消息较低层实际上又可分为三个子层：连接管理子层( c m s u b ) 、移动性管理子层 ( m m s u b ) 和无线资源管理子层( r r - s u b ) 。这些子层都对上一层提供服务，对下一层提出要 求。 g s m 短消息协议层次结构如图2 3 所示。 g p s 移动终端及其信息服务系统的研究 叵互h 四匡正h 至习 巨互h 至习巨互h 互习 图2 - 3 点到点s m s 协议分层 夺g l s ( 地理信息系统) 技术 地理信息系统( 英文为g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 或g e o - i n f o r m a t i o ns y s t e m ，缩写 为g i s l ，它是六十年代丌始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。 美国国家地理信息与分析中心( n c g l a ) 于1 9 8 8 年曾给地理信息系统下过一个定义：为了获 取存储检索分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统。其具有以下三 方面的特征： ( 1 ) 具有采集、管理、分析和输出多种地理时间信息的能力，具有空间性和动态性； ( 2 ) 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有区域空间分析、多 要素综合分析和动态预测的能力，产生高层次的地理信息； ( 3 ) 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的 地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务2 1 。 随着g i s 应用的发展，有关g i s 的概念、理论已逐步形成，有关的技术方法经过一定 时间的发展，也逐步形成了一套相对经典、规范的方法。这时，就诞生了各种开发工具。 这样，应用型g i s 大都是通过这些专用的g i s 开发工具开发的。有代表性的就是美国环境 系统研究所( e s r i ) j t 日美国亨科软件公司( h e n c os o f t w a r e ) 联合开发的a r c 1 n f o ，还有美 国m a p l n f o 公司的m a p l n f o 。 a r c i n f o 软件系统是地理信息系统中用于地理数据管理的专用软件系统。主要由 a r c 和i n f o 两大部分组成。其中，美国环境系统研究所( e s r i ) 开发的a r c 是一个空 间数据管理系统；美国亨科软件公司( h e n c os o t t w a r e ) 开发的i n f o 为一关系型数据库系 统。a r c i n f o 系统采用混合式结构的设计思想，即由a r c 存贮和管理面( 多边形) 、线 北京工商大学毕业论文 ( 直线、弧) 和点的数字化数据；用i n f o 存贮和管理空间实体的属性数据。由e s r i 实 现两者的有机结合。a r c i n f o 系统具有输入、分析和管理数据以及显示和转换功能。系 统提供命令级开发环境，其服务的用户层次为系统管理员一级。进一步的应用需要系统管 理与开发人员根据用户要求、应用目的与范围，利用系统提供的命令，设计用户接口、编 制处理程序，建立专用性应用系统。a r c 部分的主要命令或子系统有：地图数字化、地图 图形输入及编辑子系统、生成地图元素间的拓扑关系、地图拼接和坐标变换等。i n f o 部 分可对空问实体的属性数据定义和修改关系，输入和更新数据，建立不同关系间的联结和 数据选取等；还可直接由a r c 生成拓扑数据关系，并进行有关操作，为空间实体的条件 查询检索提供服务。a r c i n f o 系统的数据采集、编辑和地理信息分析能力较强，具较大 灵活性和实用性。 m a p l n f o 是美国m a p i n f o 公司1 9 8 6 年推出的桌面地图信息系统，至今已从最初的 m a p l n f o f o r d o s1 0 发展到了m a p l n f o p r o f e s s i o n a l7 5 。m a p l n f o 产品定位在桌面地图信息 系统上，与a r c i n f o 等大型g i s 系统相比，因m a p l n f o 图元数据不含拓扑结构，它的制图 及空间分析能力相对较弱，难以完成复杂的空间分析功能，但对大众化的p c 桌面数掘可 视及信息地图化应用来说，m a p l n f o 小巧玲珑，易学易用，价位较低，是一个优选g i s 产 品。m a p l n f o 提供了自己的二次开发平台，用户可以在平台上开发各自的g i s 应用。二次 开发方法归结起来有三种，它们是基于m a p b a s i c 的开发、基于o l e 自动化的开发及利用 m a p x 控件的开发。从早期的m a p b a s i c 到目前的m a p x 5 5 ，m a p l n f o 上的g 1 s 系统开发变 得越来越高效、简捷”“。