摘 要： 借鑒現(xiàn)有導航產(chǎn)品優(yōu)點，結(jié)合GPS、GIS以及嵌入式開發(fā)技術(shù)，開發(fā)了個人移動導航系統(tǒng)。導航系統(tǒng)以微軟的Windows Mobile 6.5為操作系統(tǒng)，采用ST-92 GPS模塊接收GPS數(shù)據(jù)。軟件開發(fā)采用Visual Studio 2005開發(fā)環(huán)境，嵌入Mapx Mobile組件，通過RS232接口接收并處理模塊數(shù)據(jù),實現(xiàn)了實時定位、路徑記錄等功能。對地圖匹配算法進行了分析，并對系統(tǒng)功能進行了驗證。
關鍵詞： Mapx Mobile；嵌入式；GPS
如今，隨著交通工具的普及和交通狀況的改善，人們的移動性逐漸增強，對于空間信息的依賴更大。全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning System）能有效解決此類問題，為出行提供便捷服務[1]。目前車載導航產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，然而車載GPS系統(tǒng)受到道路限制，不能隨時隨地提供位置信息。個人移動導航系統(tǒng)基于移動終端（如手機、掌上電腦等）設計，可以彌補車載GPS系統(tǒng)受地形限制的不足，為個人用戶提供方便可靠的位置信息，幫助用戶在陌生環(huán)境中快速地找到目的地，具有體積小、便于攜帶等優(yōu)點。
1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能
個人移動地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System）是在傳統(tǒng)GIS基礎上利用空間定位手段結(jié)合嵌入式技術(shù)，以數(shù)字地圖為顯示背景、與個人手持設備相結(jié)合，通過無線通信網(wǎng)絡提供移動目標實時位置及周圍信息的系統(tǒng)。本文根據(jù)大多數(shù)用戶需求及我國網(wǎng)絡通信現(xiàn)狀開發(fā)個人移動導航系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由五部分組成，如圖1所示。
系統(tǒng)從GPS模塊獲取數(shù)據(jù)，根據(jù)NMEA-0183協(xié)議對數(shù)據(jù)進行篩選處理；由地圖匹配模塊將獲取的位置信息與電子地圖進行匹配；位置顯示模塊在完成地圖匹配的前提下，將位置信息實時地在地圖上顯示出來，它是路徑記錄模塊的基礎；路徑記錄模塊將行進位置記錄下來，將之前和當前位置同時顯示出來，并不斷更新，從而實現(xiàn)行進軌跡顯示功能；將地圖的縮放及移動功能設計于輔助功能模塊中。
本系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求實現(xiàn)地圖縮放、平移、實時定位、路徑顯示等功能，有效地適用于個人移動定位。
2 開發(fā)平臺搭建
2.1 硬件平臺
本系統(tǒng)采用Goeget公司生產(chǎn)的ST-92系列GPS模塊，該模塊使用SIFR III芯片組，可以同時追蹤20個衛(wèi)星信號，具有靈敏度高（-159 dBm）、定位坐標精度高(可達5 m（1 Ω）)、體積小、支持NMEA-0183協(xié)議等特點。GPS數(shù)據(jù)通過RS232接口傳遞給搭載有Windows Mobile系統(tǒng)的開發(fā)板，進行數(shù)據(jù)提取利用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
2.2 軟件開發(fā)平臺
Windows Mobile操作系統(tǒng)是微軟專門為手持移動設備推出的“移動版Windows”，它將Windows桌面擴展到個人設備，使用Windows Mobile操作系統(tǒng)的設備主要有手機、PDA等[2]。導航系統(tǒng)采用微軟的Windows Mobile 6.5操作系統(tǒng)以及Windows Mobile 6 Professional SDK。開發(fā)平臺選用Visual Studio 2005，它針對.net開發(fā)，并且提供了智能設備模擬器，可真實地模擬物理機器代碼，把軟件安裝在這個模擬器上運行，可使開發(fā)更加方便。
2.3 Mapx Mobile組件的嵌入
Mapx Mobile是Mapinfo公司提供的一種基于OLE(Object Linking and Embedding)的嵌入式GIS組件，可以嵌入在Pocket PC、Windows Mobile平臺下的應用程序中，運用Mapx Mobile建立的軟件可單獨在設備上運行，并且可以與Pocket PC的Windows CE操作系統(tǒng)兼容[3]。
對Mapx Mobile組件的嵌入，首先需要在PC機安裝Mapx Mbile，在VS2005工具箱選項窗口中，選擇COM組件欄，勾選Mapinfo Mapx Mobile V5選項，然后在工具箱中可看到新增的Mapx工具。對地圖操作時需要將組件拖到對話框窗口中，然后在VS2005界面中可對地圖屬性進行操作，選擇載入需要的地圖。
Mapx Mobile是移動GIS的高性能低成本的解決方案，具有標準用戶控制功能，可有效地嵌入到個人移動導航系統(tǒng)中[4]。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)過程分析
3.1 定位數(shù)據(jù)流獲取與分析
GPS模塊與應用程序間通過RS232接口交互信息，因此需要在VS2005平臺上編寫對串口的驅(qū)動。
m_hComm=CreateFile(Port,GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,0,OPEN_EXISTING,0,0); //打開串口
dcb.BaudRate=9600; //設置波特率為9 600
dcb.ByteSize=8; //數(shù)據(jù)長度為8 B
dcb.Parity=0; //無校驗位
dcb.StopBits=0; //無停止位
通過進入函數(shù)LRESULT CwindowsmobileDlg::OnData-
ArrivedMsg(WPARAM wParam，LPARAM lParam)來處理收到的數(shù)據(jù)。因為讀到的數(shù)據(jù)不是CString型，所以需要做進一步處理。
unsigned char *data=(unsigned char*)wParam;
m_strDataReceived=CString(data).Left(length);
以下數(shù)據(jù)是GPS模塊接收到的部分數(shù)據(jù)。
$GPGGA,014717.000,3600.1142,N,12007.3654,E,
1,06,4.7,-4.3,M,4.4,M,,0000*44
$GPGSA,A,3,27,15,26,02,09,29,,,,,,,6.7,4.7,4.8*39
$GPRMC,014717.000,A,3600.1142,N,12007.3654,E,
0.00,20.45,220410,,,A*5F
本系統(tǒng)只需要提取經(jīng)度、緯度和時間數(shù)據(jù)，根據(jù)NMEA-0183協(xié)議，這里篩選接收GPGGA下的數(shù)據(jù)[5]。
3.2 定位點與路徑線的建立
首先創(chuàng)建圖層，并將其設置為動態(tài)圖層，然后創(chuàng)建動態(tài)圖元，對其進行初始化，將其與mapx插件建立關聯(lián)。初始化中可設置定位點的大小、形狀及顏色。
CMapX LayergpsLayer=m_ctrlMapX;
GetLayers().CreateLayer(_T("GPSLayer"),NULL,1);
//創(chuàng)建動態(tài)圖層GPSLayer
m_ctrlMapX.GetLayers().SetAnimationLayer(gpsLayer);
//設置圖層GPSLayer為動態(tài)圖層
CMapXFeature mobileFtr;//動態(tài)點圖元
mobileFtr.CreateDispatch(mobileFtr.GetClsid());//初始化
mobileFtr.Attach(m_ctrlMapX.GetDispatch());
//與m_ctrlMapX建立關聯(lián)
通過語句mobile.GetPoint().Set(gpsLongitude, gpsLatitude)將當前坐標數(shù)據(jù)與電子地圖進行關聯(lián)，然后通過mobile.Update()更新到地圖上并顯示出來。
對于路徑線的創(chuàng)建，需要對之前的定位點進行儲存，獲得定位點集[6]。通過CMapX Feature中的CreateLine函數(shù)將儲存的點用直線連接起來，可利用CMapXStyle中提供的函數(shù)設置線的寬度、顏色等屬性。
3.3 地圖匹配算法分析
GIS基礎數(shù)據(jù)主要來源于地形圖、航片、衛(wèi)片等。車載及個人導航系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)源是地形圖，地形圖通過掃描矢量化將地圖轉(zhuǎn)換成矢量化數(shù)字地圖。就掃描矢量化而言，除了原圖質(zhì)量影響數(shù)據(jù)經(jīng)度外，在掃描過程中圖像預處理、矢量化過程等各個環(huán)節(jié)對數(shù)據(jù)質(zhì)量都有一定程度的影響[7]。為保證定位準確性，在實際應用中需要對地圖進行匹配研究。
地圖匹配需要確定在給定定位數(shù)據(jù)和地圖信息的基礎上獲得最可能的路段，以及行人在該路段上最可能的位置。
本文采用最短距離匹配算法[8]，該算法根據(jù)道路屬性預先設置一個閾值，通過計算當前GPS數(shù)據(jù)與各路段間的距離以及該數(shù)據(jù)在該路段上最短距離點，將在閾值范圍內(nèi)的各路段匹配距離進行比較，得到一條最短路徑。
圖3表示基于投影的匹配算法基本原理，圖中V點表示行人當前位置，L1和L2表示附近的兩條路，V1、V2表示V點在兩條路上的投影，投影距離表示為d1、d2。在候選道路中選擇距離最短的作為匹配道路，并將在該條道路上的投影點認為是行人的當前位置。該算法可以在很大程度上消除地圖匹配中的各種誤差產(chǎn)生的影響。
地圖匹配算法具體實現(xiàn)過程如圖4所示。
3.4 地圖縮放及平移
地圖縮放及平移包括地圖的縮小、放大及平移。實現(xiàn)函數(shù)為SetCur2rentTool( )。
m_ctrlMapX.SetCurrentTool(miZoomOutTool);//縮小
m_ctrlMapX.SetCurrentTool(miZoomInTool);//放大
m_ctrlMapX.SetCurrentTool(miPanTool);//平移
m_ctrlMap為Map對象設定了以上工具，分別是縮小、放大和平移工具,點擊鼠標即可進行地圖瀏覽。
4 系統(tǒng)驗證
在開發(fā)板（手機）上安裝MapX組件，該組件位于PC機的MapX安裝目錄下,將開發(fā)的軟件和對應的地圖拷貝到開發(fā)板中的maps文件夾中，雙擊運行即可。拷貝過程使用的是微軟的ActiveSync同步工具，它允許PC機與設備之間傳輸數(shù)據(jù)文件。
系統(tǒng)驗證時采用青島市區(qū)地圖，軟件運行界面示意圖如圖5所示。測試中端口號選擇為COM1，波特率為9 600 b/s，單擊右下角按鈕后啟動系統(tǒng)。GPS數(shù)據(jù)通過RS232接口進入開發(fā)板中，軟件進行處理后將位置坐標與電子地圖進行匹配，將該點位置以紅色五星符號在地圖上顯示出來，同時用戶可在界面下方看到經(jīng)度及緯度數(shù)據(jù)。隨著位置的改變，定位點在地圖上會隨之實時移動，可準確地進行實時定位顯示。
經(jīng)過如上測試，系統(tǒng)可正確地、實時地獲取顯示位置信息并記錄行進軌跡，可滿足用戶基本導航需求。
本文利用Visual Studio平臺，嵌入MapX Mobile地圖化組件，設計了一款基于Windows Mobile系統(tǒng)的導航軟件，并結(jié)合ST-92 GPS模塊，開發(fā)了一個移動導航定位系統(tǒng)，同時對其具體實現(xiàn)過程進行了闡述。本系統(tǒng)搭載青島市地圖進行測試，通過串口獲取GPS數(shù)據(jù)，完成了數(shù)據(jù)與電子地圖匹配，完成了地圖的顯示、縮放、平移，實現(xiàn)了定位導航功能。
參考文獻
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