（电子科学与技术专业论文）蓝牙和gps综合技术在用电检查系统中的应用研究.pdf

a b s t r a c t e l e 蜘 i c - p o w e r f i e l dc h e c k o u ti sa l l i m p o r t a n tm e a i l se m p l o y e db ye l e c t r i c i t y d e p a r t m e n tf o rs u p e = i s i n gc u s t o m e rt ou s ee l e c t r i c i t ys a f e l y t h et r a d i t i o n a lm e t h o d , w i t hi t ss h o r t c o m i n go fc o l l e c t i n gi n f o r m a t i o nm i s t a k a b l y , m v i n gd a t ai n c o n v e n i e n t l y a n dl o wm a n a g e m e n te f f i c i e n c y , d e p e n d so nm a n u a ld a t aa c q u i s i t i o na n dr e c o r d i n g t h e m f o r e ，a l lt h e s ed i s a d v a n t a g e sm a k ei tu n a b l et om e e tt h en e e do fb u s i n e s s d e v e l o p i n ga n dt h ei n n o v a t i o ni si m p e r a t i v e i nt h i st h e s i s ，c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fc h e c k o u tw o r ka n dt h ed e m a n do f m a n a g e m e n t , w ea p p l yb l u e t o o t hw i r e l e s st e c h n o l o g y , g p sp o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y a n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yt o e l e c t r i c - p o w e rf i e l dc h e c k o u t , a n d a i ma tt h e e s t a b l i s h m e n to fe l e c t r i c - p o w e rf i e l dc h e c k o u ts y s t e m ( e f c s ) o w n i n gt h ef u n c t i o n o fi n t e l l i g e n tr a m l a g e m e n t w ea b a n d o nt h et r a d i t i o n a lw i r e ds e r i a lc a b l ed u r i n gt h e d e s i g n f o rs u b s t i t u t i o n ，b a s e do nb l u e t o o t ha p p l i c a t i o nm o d e lo fs e r i a lp o r tp r o f i l e ， w ee s t a b l i s hs e r v i c ec o n n e c t i o nf o rd a t at r a n s m i s s i o nbc _ 【、】煳m a i ns t a t i o na n dp d a t e r m i n a l t h eh i g hp e r f o r m a n c eg p sm o d u l e ，u s e df o rt h es a t e l l i t ep o s i t i o n i n g i n f o r m a t i o na n a l y z i n ga n dd i s t a n c ed i f f e r e n c ev a l u ec a l c u l a t i n g ，i si n t r o d u c e di n t ot h e s y s t e m 。i tw i l ls u p e r v i s et h eo p e r a t o r sw o r ke f f e c t i v e l y m o r e o v e r , d a t a b a s ei n t e r f a c e m o d u l e ，b a s e do ni n t e r m e d i a t et a b l es t r a t e g y , i sa d o p t e df o rd a t as y n c h r o n i z a t i o n b e “v 嘲c h e c k o u ts y s t e ma n dm a r k e t i n gs y s t e mt or e a l i z et h ec o n s i s t e n c yo fd a t a i nt h et h e s i s ，w ep r e s e n tt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fe a c hs y s t e mm o d u l ei n d e t a i l i na d d i t i o n , t h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e mi st e s t e da n de v a l u a t e d ，a n dt h e r e s u l t si n d i c a t et h a tt h es y s t e mr u n sv e r yw e l l a l s o ，t h ep e r f o r m a n c ei ss a t i s f a c t o r y t h es y s t e mi n d e e di m p r o v e de f f i c i e n c yo fc h e c k o u tw o r k ，a n di sv e r yp r a c t i c a la n d f o r w a r d - l o o k i n g k e y w o r d s ：e l e c t r i c - p o w e rc h e c k o u t , p d a ，b l u e t o o t h , g p s ，d a t as y n c h r o n i z a t i o n i i 浙江大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第一章绪论 在现代社会中，电力已经成为国民经济各行各业和人民生活不可缺少的能源 之一。随着当前用电客户的不断增加、客户用电设备的频繁更新，电力部门需要 经常对客户的用电情况进行检查以便及时了解用户的用电状况，更新用户的用电 信息。同时，用电设备由于长期使用和暴露在外，很容易出现故障。此外，还有 少数不法分子擅自破坏和调整电力计量设备，达到偷逃电费的目的，给国家和电 力部门造成了大量的损失。因此，电力部门需要长期对电力客户开展用电检查， 进行动态管理，并对电力设备进行有效的维护和监管，以确保用户的安全用电、 依法用电。 长期以来，电力部门对客户进行用电检查都是采用手工簿记的方式，检查人 员到达用电现场后，手工抄录用电情况信息返回后进行核查。由于使用纸张记录 现场信息难于保存，数据查询起来比较困难；对检查结果采用人工统计的方法， 大量的数据分析非常繁琐，给工作人员带来了很大的工作量，且容易出错；另外， 用电检查人员是否真正到达现场开展检查工作难以监督和管理，漏检、重检的情 况时有发生，这也给用电检查工作的正常开展带来了难度。 因此，革新用电现场检查的工作方式，设计合理的工作流程对分布广泛的客 户进行用电检查和管理，同时加强工作人员的责任心，确保真正到达现场开展工 作，以实现用电现场检查工作的规范化、无纸化、流程自动化，业务的标准化和 信息化，切实提高工作效率，已成为电力行业亟需解决的问题。 1 2 国内外研究现状 随着信息技术的不断发展，电力部门对智能化管理系统的需求不断增强，国 内外也相继对电力部门各种应用系统的解决方案展开了研究。但由于电力行业业 务和管理流程的特殊性，难以提出统一完整的解决方案适应不同的业务需求，因 此，只能通过研究分析用电检查工作的特征和管理的具体流程，结合现有的各种 浙江大学硕士学位论文 技术对其进行设计，以期符合我们的要求。 目前国内的很多地方还是采用人工检查、手工纸介质记录的工作方式，这种 方式存在着人为因素多、管理成本高、无法监督检查工作、信息化程度低等缺陷。 随着当前软硬件技术的不断发展，p d a 的功能不断得到增强。p d a 具有体 积小、重量轻、携带方便、电池容量大等特点，在功能上也毫不逊色，并具备多 种通讯接口。由于p d a 具有以上各种优点，其行业应用潜力巨大，已经广泛应 用于公安、证券、交通、保险等各种不同行业。这些行业的移动办公需求大，信 息化程度高，通过使用p d a 使得工作效率得到了很大的提高。在公安行业，通 过p d a 安全人员能够实现档案信息的移动查询；在证券行业，股民可以通过p d a 进行实时的信息接收、股市分析、股票查询和信息服务：在交通行业，将p d a 用于汽车自助导航，驾驶员通过p d a 可以及时地查询路况信息，根据道路交通 状况选择畅通的行驶路线“1 。随着电力行业信息化管理需求的不断增加，p d a 移 动办公也将得到更为广泛的应用。把p d a 应用到电力部门用电检查工作中，能 够克服传统手工簿记式现场检查的种种缺陷。 在用电现场检查的工作中，需要采取一些措施加强对检查人员工作的监督。 对于此类应用，有些部门提出了采用条形码、i d 卡等手段，但实际效果并不理 想。原因是要在现场工作地点安装新的配件，不仅安装工作量巨大、成本高昂， 而且由于自然、人为损毁等原因，安装的条形码、d 卡等损坏也严重，反而会 增大工作人员的工作量。因此，考虑在用电检查系统中引入g p s 技术来代替条 形码、i d 卡的功能。 g p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 系统是美国从上世纪7 0 年代开始研制，于9 4 年全程建成，具有在海、路、空进行全方位实时三维导航与定位的卫星导航系统。 与其它导航系统相比，g p s 系统具有定位精度高、观测时间短、执行操作简便、 作业全天候、功能强、抗干扰性好、保密性强等优点。它从根本上解决了导航和 定位问题，可以满足不同用户的需要。自开始民用以来广受用户青睐，目前在测 量、交通、救援、农业、军事等各个方面都得到了广泛的应用。 在电力行业，g p s 也广有用武之地。通过使用g p s ，可以在电网中实现高 精度的时问统一；实现对电网内各厂站电压电流的同步采样；基于g p s 时间基 准，使用双端行波测距原理能够对输电线路的故障点进行定位；通过g p s 的同 2 捧 援大学疆士学位埝文 步采样技术和离散傅式交换( d f t ) 算法，可以进行电力系统的稳定性判断嘲。 针对电力部门用电检巍正作的业务需求，将g p s 用于用电现场定位检查， 将具有以下优点：不需要在用电现场安装任何设备，大大降低了系统的安装和维 护成本；瓤扩充瞧妊，测定援扩充赢鲍经纬度嫩标裁孬；携带方便，霹激害去携 带类似鼬卡读卡器之类熬设备：存德信息率誉，不仅有位置信惑，还能精确记 录检查时间等有用的数据。将g p s 技术用于定位检查，将能有效地实现对工作 人员的脓督和管理。 在p d a 憋工程应用孛，遇常采用p d a 与p c 梅成静c s 模式，由p c 上鳕 工终蛄戆王作器要熬数爨下载嚣p d a 主，然麓魏带p d a 魏孬移渤办公。在p c 工作站- qp d a 终端的通馈点，有些部门采用的方案是通过串口数据线进行数据 的传输。但是采用普通的串行通信，p d a 终端的底座接口需要经常插拔，容易 对接口造成损坏。而且串行通讯的传输速率较低，当需要传输的数据最很大时， 数据传输变褥擐馒，震要等德较长题舞阕。基予枣行线缆传臻数攒鳇不是，我稍 考虑采翅露前流行豹蓝牙技零来替代。 蕊牙是一个开放性、短躐离的无线通信技术标准，它可以用予猩较短距离内 取代目前多种电缆连接方案，通过统一的短距离觅线链路在各种数簪设备之间实 现方便决捷、灵活安全、低成本、小功耗的语嵌和数摄通信嘲。与其它通信技术 葙院，簸牙在安全缝、舞教瞧、便囊佳、使麓羧爨等方瑟都毒其猿特熬撬势，因 此得到了众多i t 厂商的支持。蓝牙技术自摧出以来，己被广泛应用于设备间数 据传输、i n t e r n e t 接入、无线免提、同步资料、影音传递等方面。随着如今技术 的不断发展成熟，蓝牙已越来越多地被嵌入到电子产品中，价格的下降使得其应 曩豹镁城不叛强震，麸电予声磊逐步强震妥7 汽零、工鲎控制、医疹设冬等瑟静 领域。猩霭际蓝牙组织正式公布了蓝牙2 0 技术标准后，蓝牙设备的性能更加良 好，也使得连接质量得到了掇高。由于蓝牙能够实现方便的无线通储，避免了经 常插拔串翻引起的接口损坏，具有很高的数据传输的速率、安全性；l ；日稳定性，采 用蓝牙遴徭p c 撬与p d a 鲍遴添将能够更好她撼舞系统静性能。 1 3 课题研究的意义 为了加强对用电检查工作的规范化管理，改谶工作设备，提黼梭查工作效率 3 浙江大学硕士学位论文 和工作质量，我们必须对原有的检查工作方式进行改革。用电现场检查系统是信 息技术在用电检查工作中的应用，它结合p d a 便携式终端、g p s 定位技术和蓝 牙通讯技术，实现了对用电检查工作的科学化、信息化管理。该系统的实现在电 力部门的实际应用中意义重大。它将改变原先人为管理的工作模式，采用p d a 代替原有的手工纸介质，实现现场检查工作的无纸化，能够帮助检查人员彻底摆 脱易出错、难保存的纸介质记录方式；采用g p s 卫星定位模块，实现对现场定 位数据的采集与分析，可有效监督检查人员的工作状态，降低人为因素带来的漏 检或错检；通过蓝牙通讯模块，实现主站服务器与p d a 无线高效的数据传输； 通过主站服务器的信息处理功能，对检查数据进行智能化分析和查询统计：同时 与电力企业营销数据库进行数据同步，实现了与营销系统的无缝连接。用电现场 检查系统的提出将在一定程度上提高检查人员的工作效率，解决束缚电力检查工 作的瓶颈问题，开拓电力现场检查工作的新局面。 1 。4 本文的组织结构 本课题研究的目标，是根据电力部门用电检查工作的特点和管理需要，将蓝 牙技术、g p s 定位技术和信息技术等运用到用电检查系统中，建立一个具有智能 化管理功能的用电现场检查系统。 本文以下各章节组织结构如下： 第二章对蓝牙无线通信技术、g p s 定位技术、。数据库技术以及w i n c e 操作 系统的相关概念进行了简要介绍。 第三章首先分析了系统的设计要求、系统总体的框架设计与开发环境，然后 对系统各部分功能模块的设计进行了详细介绍，包括主站应用程序的模块划分、 p d a 检查终端的设计、数据库接口模块的设计，并对蓝牙通讯协议的设计进行 了介绍。 第四章重点介绍了用电现场检查系统中各关键功能模块的具体实现，包括主 站与p d a 的蓝牙通讯模块、g p s 定位检查模块以及数据库接口模块的实现，并 对关键模块和系统整体性能进行了分析与测试。 第五章对本文的研究内容进行了总结，对系统今后有待完善之处进行了展 望。 4 灏汪大学臻圭学位论文 第二章无线通信、定位技术与数据库概述 2 。1 蘸牙通穰技术 2 1 1 蓝牙技术概述 蘸澎是一种低功耗的光线技术，它提供了低成本、近距离的光线透信，构成 霹定等移动鼹终设冬环境巾黪令大耀终，缓餐：i 凌鞭凑凑各耱售悫浚冬i 够实现无 缝的资源麸享。 最早提出蓝牙概念的是爱立信公司，最初的目的是为移动电话及电话附件之 间寻找一种低功耗、低成本的无线接口。1 9 9 8 颦，爱立信、i b m 、英特尔等公 司联会撩蹬了这项无线嘲终技本，夔螽成立y 蘸琴特殊兴趣组织( s l g ) ，虽盔 定义个实际可瘸熬空串撩鞠及箕控制较律稼獠，焉以实魏来叠不潮生产厂商麓 便携计算机、移动电话和其他设备之间的互遗饿。如今全世界已有1 8 0 0 多家公 司加盟该组织，微软也正式加盟并成为s i g 组织的领导成员之一。 蘸努作为无线数据和语潦传输的开放型标凇，它的传输距离一般为1 0 i n 左 杏，璞熬功率壤凝下霹遮1 0 0 m 瓣转输距褰。窀粟霜全球统一熬2 4 g h z 嚣m 频 率设定，消除了“国界”驰障碍。由于2 a g h zi s m 频段对所有光线电系统都开 放，因此邋用其中任何一个频段都有可能遇到不可预测的干扰源。采用快速确认 和跳频方案可以确保通信链路的稳定。跳频技术悬把频带分为若干跳颇信道，在 一次涟接枣，无线电毅发嚣接一定戆羁序列不麟鼓一个倍道蹒到男一瘩遘，只有 牧发双宠按这个援律通信。跳频的瓣时带宽缀譬，通过扩展频谱羧术可使这个窄 带成倍地扩展成宽频带，从而大大减少了干扰影响m 。蓝牙的数据传输速率可达 1 m b s ，通讯安全性好，并凰在有效范围内可以越过障碍物进行连接，没有特别 的通讯瓿穗秘方向的要求。 蓝雾支持煮霹纛窝一煮瓣多点兹透痞。蘩努最基本瓣箍络组戏怒蓬克瓣。蓬 克网实际上是一种个入送域网，这是一种以个人区域为应用环境的网络构架。匹 克网由象设备单元和从设备单元构成。主设备单元负责提供时钟同步信号和跳频 序列，磷从设备单元一般是爱控同步的设备单张，并接收主设备单冗的控制。在 濒漫大学硬士学位论文 丽一匹克网中，所有设备单元都采用丽一跳颓潦捌，其中只有一个童设备单元， 而从设备单元最多可以有7 个“】。 由予蘸牙技术独立于不同的操作系统和遴倍协议之外，可以移檬列许多应用 锈域，爨褥应瘸场合缀警遍。蘸君技寒适矮子馁锷数攥、匿像、声澎等短鼯裹戆 透信场念，可以广泛痤蠲予羧号鼹络、p d a 、移旗电话、努印枫、毙筑电话、笔 记本电脑、m p 3 播放机等蒜种设备中，其应用也从移动信息电器遁步拓展到汽 车、工业控制、医疗设备等新的领域。 2 1 。2 蓝牙协议体系续稳 蓝牙协议定义了各功能冗索的工作方式，整个协议体系结构可分为底层硬件 模块、中间协议层和高端威用层三大部分嘲( 如豳2 1 所示) ： r r t l 。，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ t c s ia t u d p t c p i p iq r 、l a 匕型l j 型 l 臻c o m mla u d k l 2 c a pl h r l t l l m p b a s e b a n d r a d i oa n da n t e n n a 嘲2 1 蓝牙协议栈 图中链路管理器( l 艘) 、基带层( b b ) 和射频层( i 心) 构成菔牙的底层 模块。 中瓣协议屡包括逻辑链鼹控巷l 和遥配镑议( l 2 c a p ) 、骚务发现协浚( s d p ) 、 事口傍粪协议( 1 c o 醐嗾 秘巷话控枣l 按议麓麓( t ( ：s ) 。 虢搿协议栈的最上部是商端应用层，包括了各种可选的应用协议。 ( 1 ) 藏牙底层模块嘲 6 浙江大学硕士学位论文 蓝牙的底层模块是蓝牙技术的核心，是任何蓝牙设备都必须包括的部分。 蓝牙的射频层( r f ) 通过2 4 g h z 无需授权的i s m 频段，实现数据位流的 过滤和传输，它主要定义了蓝牙收发器应满足的要求。蓝牙射频规范规定了蓝牙 射频频段、调制方式、发射功率、接收灵敏度等参数。在信号发送过程中，蓝牙 采用了功率控制技术，并定义了三种功率级别，即1 0 0 r o w 、2 5 m w 和l m w 。 当蓝牙设备功率为l m w ( 0 d b m ) 时，其发射范围一般可达1 0 m 。 基带层( b b ) 主要负责跳频选择和数据、信息帧的传输。蓝牙设备发送数 据时，基带部分将来自高层协议的数据进行信道编码，向下传给射频进行发送； 接收数据时，射频将经过解调恢复空中数据并上传给基带，基带再对数据进行信 道解码，向高层传输。 蓝牙支持电路交换和分组交换两种技术，分别定义了两种链路类型，即面向 连接的同步链路( s c o ) 和面向无连接的异步链路( a c l ) 。a c l 链路是匹克网 主设备和所有从设备之间的同步或异步数据分组交换链路，主要用于对时间要求 不敏感的数据通信，如文件数据或控制信令等。s c o 链路是一条匹克网中由主 设备维护的点对点、对称的同步数据交换链路，主要用于对时间要求很高的数据 通信，如语音传输等。 链路管理器协议( l m p ) 在蓝牙协议栈中占有重要的地位，是蓝牙模块的重 要组成部分，它主要负责完成链路质量管理、链路控制管理、数据分组管理和链 路安全管理几方面的任务。蓝牙设备用户通过链路管理器可以对本地或者远端蓝 牙设备的链路情况进行设置和控制，实现对链路的管理。 主机控制器接口( h c i ) 是蓝牙协议栈中软硬件之间的接口，它提供了一个 控制下层b b 、l m p 、状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。蓝牙设备设有 多个物理总线接口，可用以连接蓝牙硬件。这些总线可能采用不同的结构及参数， 而蓝牙主控制器支持u s b 、个人电脑插卡、r s 2 3 2 及u a r t 等物理总线结构。 当主机和主机控制器通信时，h c i 以上的协议软件实体在主机上运行，而h c i 以下的协议由蓝牙主机控制器硬件来完成，两者之间通过h c i 传输层进行通信。 ( 2 ) 中间协议层埘 逻辑链路控制和适配协议( l 2 c a p ) 协议，属于低层的蓝牙传输协议，其侧 重于语音和数据无线通信在物理链路的实现，在实际的应用开发过程中，这部分 7 浙江大学硕士学位论文 功能集成在蓝牙模块中，对于面向高层协议的应用开发人员来说，不必关心这些 低层协议的细节。但它却是其它上层协议实现的基础，因此也是蓝牙协议栈的核 心部分。它位于基带层之上，向上层提供面向连接和无连接的数据服务，将基带 层的数据分组转换为便于高层应用的数据分组格式，并提供协议复用和服务质量 交换等功能。l 2 c a p 允许高层协议和应用传输长达6 4 k b 的数据分组。 在蓝牙设备的网络环境中，本地设备发现、利用远端设备所提供的服务和功 能，并向其他蓝牙设备提供自身的服务，这是网络资源共享的途径，也是服务发 现要解决的问题。服务发现协议( s d p ) 为应用提供了一个发现可用协议和决定 这些可用协议特性的方法。在实际应用中，几乎所有的应用框架都支持s d p 。 s d p 定义了两种服务发现模式：服务搜索一一查询具有特定服务属性的服务；服 务测览一一简单浏览全部可用的服务。它是一个基于客户服务器结构的协议， 客户端查找服务，而服务器提供服务。s d p 的服务发现机制如图2 2 所示：服务 器维护一个服务记录列表，其中包含了与服务器相关的服务及特性。客户端通过 发送s d p 请求从服务器记录列表中获得服务记录信息，如果客户端使用其中的 某一服务，它必须与该服务的提供者建立单独连接。每台蓝牙设备可以同时具有 服务器和客户端功能，但最多只能包含一个蓝牙服务器。 s d p s d p 客户端 s d p 响应 服务器 图2 2 服务发现机制 在蓝牙网络中，设备组成和提供的服务经常变化，要求客户端能对通信范围 内服务的动态变化作出反应，但s d p 本身不提供相应的通知机制。当新增服务 器时，应通过s d p 之外的方法通知潜在客户，以使客户能够利用s d p 查询服务 器提供的相关服务。同样地，当服务器由于某种原因离开服务区而不能提供服务 时，也无法通过s d p 显式通知客户。但客户可以使用s d p 轮询服务器，如果服 务器长时间无应答，则认为服务器已经不可用。 此外。s d p 本身不提供访问相关服务的手段，在发现服务之后，如何访问这 些服务需通过其它的方法来做。 濒汪大学硬学位论文 由于菠牙是一种电缆替代技术，对串行电缆连接方式豹替代怒蘸牙应用的一 个重要方面，为此s i g 提出了串口仿真协议( r f c o m m ) ，为建立谯串口之上的 传统成用摄供了虚拟的接口环境，使得有线串彳予通信中的应用无需改动就能在蓝 牙无线链貉上王俸。r f c o m m 提供7l 2 c a p 协议之上静事口傍囊，它是一个 箍单稳健输协议，瓣趣了麓9 锋r s - 2 3 2 ( r 娥a - 2 3 2 - e ) 事日傍粪豹规定，虿 支持在两个蓝牙设备之间问时保持高达6 0 路的嫩信连接 电话控制协议( t c s ) 魑一个基于r r u - t 建议q 9 3 1 的采用面向比特的协议， 提供蘸雾设备闻语音和数攒的呼叫控制信令，以及处理蓝牙t c s 设备的移动性 警建遗糕。 ( 3 ) 衡端应用层 蓝牙协议栈的最上层魑商端应用层，它对成于备种应用模型的制面，是剖面 的一部分。针对不同的剂露，选用的协议可以举阍。绝大多数蓝牙设器都需要核 ，谤谈瓣支持，瑟箕它臻议剿羧撂痘蔫嚣霭要选撵夏定。霹逸撂耱貉议毽舞p p p 、 u d 魏鼍c p 垤p 、o b e x 、v c a r d 、v c a l 、i f m c 、w a p 等。 2 1 3 篮牙应用剖面 滁黧琴秘谖终，薤蒡技零标疆夔勇一令爨辔裁是蓬雾痤震麓甏。蓝雾终议定 义了各渤能元素的工作方式，丽蓝牙应用割箍则阕述了为实现一个特定的应用模 型，各艨协议之间的运行协阿机制，它是协议栈的垂直切片组合，怒保证互操作 性的主鼷手段。 蒸雾协议棱鲍不藏垂蹙甥舞缝会梅残了誉阏鹣裁霞，s i g 铮瓣琴弱戆应用模 登，定义了1 3 弹不霜静篮碧削面( 其相互关系皴图2 t 3 所示) 。 由上图可见，某些剖面赢接或者间接采用了另一剖面部分或全鄢功能，具有 依赖关系。蓝牙剖面中的普邋接入剖面( g a p ) 、服务发现应用剖面( s d a p ) 、 串行端弱捌霹( s p p ) 和营遇对象交换剖面( e p ) 构成了应用模型及其对应 瘟震蘩甏静基稻，穆秀逶溪翻薅，荚恁裁瑟髂兔瘦爰蘩嚣。 g a p 定义了两个蓝牙单霜如何发现对方并赡立连接，保证两个蓝牙单元可 以通过蘸牙交换信息从而发现备单元支持何种威用。所有蓝牙单元都必须至少支 持g a p 以保证基本的互揉作性和共存性。 争 漩汪大学颈士学位论文 网2 3 蓝牙削面关系圈 s d a p 定义了一个蓝牙设备如何发现其他蒇牙设备所注册的服务并得到任 何与这毖服务相关的信息特性和过程。 s p p 定义了在两个对等藏牙设备之翅使用r f c o m m 如何建立模羧事行电缆 连接静簧浆。采瘸s p p 萄焱藏牙单元上谤囊基予r s - 2 3 2 控制薅令瓣枣行线缆， 可保诞黼达1 2 8 k b i t s 的传输速率。 g o e p 定义处理对象交换的应用需采用的协议和程序，提供的威用模型可以 是同步、文件传输或对象撼剞蕊。采用这些应朋模型的最典型设备怒笔记本、 p d a 、饕戆毫螽窝移动电镄。 ，总之，剖面规范与协议规范不同，削面规范怒动态的，随着蓝努皮用的扩展、 应用模擞的增加，可能定义鼹多的剖面以保证鼹多应用的互操作性“1 。 2 。2g p $ 技术 全球定位系统g p s 是美爵研制的一个全球凰羼导航定位系统。利用该系统， 用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航、定位和测速。因其 具有定位精度高、被动式接收、抗干扰性好、保密性强等特点，被广泛用于导航 定霞、鞲鬻测量、授时校频、大气碜 究、武器髑警舞靛天试验等努露触。| 夔着技 术静不凝发展，g p s 已逐步深入入稍豹日常生溪，其应翔氇遍及到了鬻琵经济豹 各个部门。 濒涯大学硬士学像论文 2 2 1g p s 系统组成 g p s 全球定位系统主要由三部分组成：即由g p s 卫星组成的空间部分、由若 干地瑟娥缀成的缝嚣控锻部分墨拜由接收税为主体靛鼹户帮分锵。 g p s 空褥部分共由2 4 颥卫星( 3 颡备用擞麓) 组成。掰骞翟缀分布在6 令 轨道筒内，每个轨道上分布肖4 颗卫星。卫星分布保证了在全球任何地点可同时 观测到4 8 颗高度角在1 5 。以上的卫星。空间鄱分的3 颗备用擞掇，可在必要 时根据攒令代替发生故障的嫩景，从而保障了g p s 空闻部分正常聪赢效地工作。 跨纛攘裁郝分篷捂圭羧臻、羹星整溅瓣耪镕惑注入建。圭控鳐怒譬蕉戆控鬏 中心，用于协调和管理地黼簸控系统，同时计算卫星轨道参数和钟熬参数，提供 全球定位系统的时间基准，诊断卫星工作状态；卫星检测站是在主控站的直接控 制下的数据自动采集中心，对g p s 卫星进行连续观测；信息注入站的主要任务是 将圭撩熬攘葵帮编裁数卫爨麓魇、锋差、导舷怠义鞠其它攒令注入戮程应至星的 存德系统，并捡铡注入重麓鹣准确缝。 用户部分即为g p s 接收机，由软、硬件两部分组成。g p s 接收机硬件包括有 微处理嚣、天线、电源、显承器和存储器等，童藤功能是接收g p s 趣星发射的信 号，以获褥必要的导航和定能信息及观测量，经衡单数据处理藤实蠛实时导航程 定霞；接渡爨较静捂各静器簸瑾软 孛龟，其主要後媚是瓣溪瓣数蕹滋行麴王处理， 以便获得精密的定位结果。 由予g p s 用户需求不同，g p s 接收机可分为导航型、测地型和授时型三种类 型“。导航型接收机主要用于运动载体的导航，它可实时给出载体的位置和速度； 凝l 她垄谈牧凝主要焉予穆糍犬缝溅量秘疆密工稷溺鲎，采鼹载波稳缎蕊测篷逶露 耱对定镦，定位精度高、价格较贵：授对型接收枫剩用高精度对闻椽准进行授时， 用于时间同步 按照接收机载波频率，又可以分为单频接收机和双频接收机两赞。单频接收 枧只能接收l l 载波信号，测定载波籀位观测值避行定位。由于不姥霄效清除电 离层筵遮影确，萃频接毅椒廷遥帮予较短基线豹定位“”。嚣双频接皎税可蘑霹接 收l l 、l 2 载波信号，利用双频消除电离层对电磁波信号的延迟影晌，因此可用 于较长濑线的精密定位。 澎汪大学硬圭学霞谂文 2 2 2g p s 坐标和时闻系统 ( 1 ) g p s 坐标系统 o p s 零靛定整串采爱熬黛标系是w g s 8 4 畿赛大建坐檬系( 麴蘸2 4 掰忝) ， 该坐标系属于协议地球坐榕系。w g s 8 4 坐标系的原点位予地球质一心，z 辘指囱 国际时阑局b i h1 9 8 4 0 时粥定义的协议地球檄轴( c t p ) 方向，) ( 轴指向b i h 1 9 8 4 0 时冗定义的零子午筒姆c t p 赤道的交点，y 轴指向b i h1 9 8 4 0 时元定义 躬协议地球表向露垂壹予x 辘，构成了遮心螽亟鞭芷交坐标系。 z 零子午线 霉2 。4w 6 s - 8 4 坐撂系 w g s 8 4 坐标系采羯w g s 8 4 撩球，其主黉参数为8 嚣： 长半袖口= 6 3 7 8 1 3 7 ：l ：2 m ， 地球碍l 力常数g 0 = 3 9 8 6 0 0 5 x 1 0 sm 3 厶2 o 6 x l o sm 3 s 2 一 藏鬻纯二除蒂谐系数否2 = o s 4 1 6 6 8 5 x 1 0 弗士1 3 0 x 1 0 4 地球自转角速度w = 7 2 9 2 1 1 5 x l o - “o 1 5 0 0 x l o - ；1r 积知， 第一偏心率p 2 = o 0 0 6 6 9 4 3 7 9 9 9 0 1 3 ； 由予用户测量时往往綦带莱一国家或莱一地区的大地坐标系，因此应用过程 孛鬻甏爨要送行坐标豹转羧，将w g s 。s 4 整赛犬戆黛标转换或鏊豢域辘嚣熬夫缝 坐标，避衙转换成平面直角嫩标。 ( 2 ) g p s 时间系统n 2 1 g p s 是测时测距系统，g p s 定位要求有离度精确的、稳定的和逶续的观测 1 2 滔汪大学疆圭学燕论文。 时间，因此时间系统有着十分重要的意义。 g p s 时间系统采用原予时a t 秒长作为时间旗准，秒长定义为饱原予c i ”基 态的两个超精细能级间跃逶辐射振荡9 1 9 2 6 3 1 1 7 0 厕所持续的时间，时闯起算的 舔熹定义在1 9 8 0 年l 秀6 霸激赛渗谖瓣u t c o 辩，起动嚣不魏移，戳绦涯嚼阕 的连续饿。以后按原子秒妖累积计时。 目首苷，g p s 卫星广播星历起始时元为1 9 9 6 筇9 月2 9 日，而它的嫩标基准时 元为1 9 9 7 o 。 2 。2 。3g p s 定蕴覆理 用户采用g p s 定位，根据参考点的位置或用户接收机天线在测盛中所处的状 态不同，可以有多种不同的定位方式。 ( 1 ) 绝对定建与耀对定像“鞋 粳摇参考点酶不 鼋位慧，g p s 定位测量可分为绝对定位和辎辩定位。 绝对定位是以地球质心为参考点，测定接收机天线在w g s - 8 4 搬标系中的绝 对位置。由于定位作业仅需一台接收机工作，因此又称为单点定位。 g p s 绝对定位懿实质怒蒸予溅量学中豹空阙疑离后方交会。在g p s 鼹溺孛， 我们霄德掰卫星鹃茬置襄麓麓至g 接浚瓿静距离擞，然后就瑷翌基为稼心、距离 d i 为半径做球面。如果同时观测到了3 颗卫星，3 颗卫星球面的交点就是观测点 的位置，利用3 颗卫星组成的3 个方程式，我们便可以求出该点的嫩标( x ，y ， z ) 。但由于用户接收枫观测褥副的卫星时闻和接收枫的本地时间是不同的，接收 撬实器获缮豹褒测轰蘩重鬟乏瘸熬距枣，不是突豁瓣疆离，嚣惫食蠢逶星镑蠢接 收机钟乏阋的钟差所弓l 入的谖麓，因此存在着4 个未知参数( 三个点位坐标分量 和1 个钟麓分量) 。为求解4 个未知参数，我们需鼹引入第四颗卫星( 如图2 5 ) ， 形成4 个方程式进行计算，从而得到观测点的经纬度。 g p s 缝对定位在空趱鞫辩阗上都是独立戆，鼯它翡每次定位我袭了该蕊溅点 在该辩猁的位置，露与箕崧聪测点和其它辩袤l 光芙。 绝对慰位实施简便、数据处理简单，但其定位精度不是非常嵩，目前绝对定 位能够达到的精度为1 0 m 以内。对于某些精密蹴能的应用，则需要采用相对定 浙江大学硕士学位论文 s l s 2 ( x 2 ，y 2 , z 2 )s 4 ( x 4 , y 4 , z 4 ) 图2 5g p s 绝对定位图解 位以达到m 级甚至更高的定位精度。 g p s 相对定位，是g s p 定位应用的一次新发展。它可以消去卫星轨道误差、 卫星钟差、电离层误差、对流层误差等公共误差，从而极大地提高了定位精度。 相对定位测量的位置是相对于某一已知点的位置，而不是在w g s 8 4 坐标系 中的绝对位置。它是通过精确测出两点之间的坐标分量( 缸，厶，缸) 和边长， 当一点的绝对坐标已知，则根据这点的已知坐标计算出另一点的精确坐标。 相对定位的基本原理如图2 6 所示，该方法将两台接收机分别安置在基线两 端，同步观测相同的g p s 卫星以确定基线端点的相对位置或基线向量。这种方 法一般可推广到多台接收机同时在多点进行观测，通过同步观测g p s 卫星以确 定多条基线向量。 图2 6g p s 相对定位图解 ( 2 ) 静态定位和动态定位 1 4 欺 哪 n 衬ill，渺国n 太 冷、 浙江大学硕士学位论文 按观测点相对于w g s 8 4 坐标系的运动状态来区分，g p s 定位测量可分为 静态定位和动态定位。 如果在定位过程中，用户接收机天线处于静止状态，或者观测点在w g s 8 4 坐标系中的位置被认为固定不动，这样的定位测量称为静态定位。在进行静态定 位时，观测点位置固定为常量，没有速度分量，因此可通过大量重复观测来提高 定位精度。正是由于这一原因，静态定位在大地测量、工程测量、地球动力学研 究和大面积地壳形变监测等方面获得了广泛应用“”。 如果观测点相对于w g s 8 4 坐标系有明显的运动，则这样的定位测量称为动 态定位。动态定位划分为导航动态定位和精密动态定位两种，前者主要用于舰船、 飞机和车辆的导航，武器制导等方面，后者应用于测定航天器轨道、导弹和火箭 试验的外弹道测量等，对定位精度要求更高，一般要求定位误差小于0 1 m 。测 速误差小于o 0 1 m s “”。 2 3 数据库技术简介 2 3 1 数据库技术的发展 数据库技术的发展，已成为先进信息技术的重要组成部分，是现代计算机信 息系统和计算机应用系统的基础和核心。数据库技术最初产生于2 0 世纪6 0 年代， 根据数据模型的发展，数据库技术可分为以下三个发展阶段“”： 第一代数据库为网状、层次数据库系统，其代表是1 9 6 9 年i b m 公司的层次 模型数据库管理系统i m s 和7 0 年代美国数据库数据库系统语言c o d a s y l 下属 数据库任务组d b t g 提议的网状模型。这两种数据库共同的特点是支持三级模 式、用存取路径来表示数据之间的联系、具有独立的数据定义语言等。它们的推 出奠定了现代数据库发展的基础。 第二代数据库为关系数据库系统，其主要特征是支持关系数据模型。关系型 数据库具有如下特点；实体间的联系用关系表示：以关系数学为基础：采用非过 程化数据库语言；数据的物理存储和存取路径对用户不透明。 第三代数据库产生于8 0 年代，是以面向对象模型为主要特征的数据库系统。 它支持数据管理、对象管理和知识管理，继承了第二代数据库系统技术，支持多 1 5 浙江大学硕士学位论文 种数据模型和网络协议，因而具有很好的移植性、连接性、扩展性和互操作性。 2 3 2 数据库系统的组成 一个完整的数据库系统主要由数据库、软件、硬件和数据库管理员几部分组 成“”： 数据库管理系统( d b m s ) 数据库管理系统是对数据进行管理的软件系统，是数据库系统的核心软件。 数据库系统的所有操作，包括创建各种数据库对象、应用程序对这些对象的操作， 都是通过数据库管理系统进行的。 电 物理数据库 物理数据库是指按照一定的数据模型组织并存放在外存上的一组相关数据集 合，通常这些数据是面向一个组织、企业或部门的。我们常说的数据库就是指物 理数据库。 数据字典 数据字典是d b m s 的组成部分之一，它是由d b m s 自动生成并维护的一组 表和视图。数据字典是d b m s 工作的依据，d b m s 通过它对物理数据库中的数 据进行管理和维护。 软件支持系统 数据库系统的软件除了d b m s 外，还需要一个软件支撑环境，其中包括操作 系统、应用系统开发工具和各种实用程序等。 硬件支持环境 硬件系统主要是指计算机。由于数据库系统的需求，因此对数据库服务器的 外存、存取效率、吞灶量和作业处理能力都提出了较高的要求。 p 数据库管理和相关人员 数据库管理和相关人员主要包括数据库管理员( d b a ) 、系统设计与开发人 员、普通操作员等。由于数据库系统中不同人员涉及不同级别的数据，因此需要 建立良好的权限分配管理机制，以保证数据操作的安全性。 1 6 浙江大学硕士学位论文 2 4w l n c e 操作系统 w i n d o w sc e 是一个具有抢占式多任务功能、并具有强大通信能力的嵌入式 操作系统，是微软公司专门为信息设备、移动应用、消费类电子产品、嵌入式应 用等非p c 领域设计的战略性操作系统产品。 2 4 1w i n c e 系统功能 w i n d o w sc e 的设计目标是，模块化及可伸缩性、实时性能好、通信功能强 大、支持多种c p u 从操作系统内核的角度看，w i n d o w sc e 具有灵活的电源管理功能，包括睡 眠唤醒模式。在系统中使用了对象存储技术，包括文件系统、注册表和数据库， 同时具备了按需换页、共享换页、交叉处理同步、支持大容量堆等众多高性能操 作系统的特征。 v r m d o w sc e 是一个多任务、多线程操作系统，可同时执行多个任务，并在 它们之间来回切换。 w i n d o w sc e 具有良好的通信功能。它广泛支持各种通信硬件，支持局域网 连接和拨号连接，并提供了与p c 、内部网以及i n t e r a c t 的连接，包括用于应用级 数据传输设备之间的互连。 w i n d o w s c e 提供了良好的图形用户界面。它拥有基于微软i n t e m o t e x p l o r e r 的浏览器，支持t m e t y p e 字体。开发人员可以利用丰富灵活的控件库在w i n d o w s c e 环境下为嵌入式应用建立各种专用的图形用户界面“”。 w i n d o w sc e n e t 是w i n d o w sc e3 0 的后继产品，它为快速建立下一代智能 移动和小内存的设备提供了一个健壮的实时操作系统，在优先级数、嵌入式中断 支持、优先级反转处理、信号量支持等实时特性上都得到了很大的提高。 w i n d o w sc e n e t 具有w i n 3 2a p i 子集和多平台的支持，它对w i n c e 先前 版本的强大功能进行了进一步的扩充和丰富，提供了对安全和可伸缩网络的支 持，具有更好的实时处理能力和更为优秀的性能表现“”，基于其开发的设备将能 够获得良好的性能和w i n d o w s 集成功能。 1 7 浙江大学硕士学位论文 2 。4 2w i n c e 体系结构 w m d o w sc e 操作系统实现7 鲤下分层设计的体系结构洲： 蓬2 7 飘n d o w s 蕊体系结构 该结构照示了3 个露要的层次。应用层表示由开发人员编霹的各种客户应用 稷澎，每一个客户痊瘸耩痔都要帮下一层，箨国形、密秘纯与事伟子系统( g w e s 的恭本元素进行交互。g w e s 是一个受保护的子系统，它提供了在所有应用程序 鞠蒸零系统特瞧之瓣黪一令受控癸瑟。g w e s 逶过毒搽终系统下一屡( 帮c e 撬 行机构) 的不同元素进行交互，把用户输入传递给应用程序，并将客户程序输出 转换绘显示