摘 要： 設(shè)計(jì)了一套基于WM 6.0(Windows Mobile 6.0)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)電子地圖技術(shù)的智能手機(jī)定位監(jiān)控系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其中的關(guān)鍵技術(shù)和具體方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞： Windows Mobile；全球定位系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)電子地圖；GPRS
GPS(Global Positioning System)以其精度高、速度快、成本低等顯著優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于測距、定位、導(dǎo)航等領(lǐng)域，在社會(huì)生活各個(gè)方面起著越來越重要的作用[1]。隨著網(wǎng)絡(luò)電子地圖、智能手機(jī)及3G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)與不斷完善，人們對(duì)定位查詢的服務(wù)需求越來越大，相關(guān)產(chǎn)業(yè)已成當(dāng)前最具前景的產(chǎn)業(yè)之一。
目前市場上GPS相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)很多，但由于各方面技術(shù)限制，普遍存在一些嚴(yán)重問題：大多數(shù)產(chǎn)品針對(duì)專用的硬件平臺(tái)，成本高、可移植性差；系統(tǒng)開發(fā)難度大、開發(fā)周期長、軟件支持少[2]；采用本地地圖，地圖數(shù)據(jù)庫更新困難。
本文針對(duì)上述問題，充分利用現(xiàn)有技術(shù)，整合各種現(xiàn)有資源，設(shè)計(jì)了基于Windows Mobile通用平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)電子地圖的位置查詢系統(tǒng)。該系統(tǒng)通信部分采用SMS實(shí)現(xiàn)，具有地圖數(shù)據(jù)更新獲取方便、使用簡單、成本低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
1 總體設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)從功能上可以分為Pocket PC監(jiān)控中心和Pocket PC監(jiān)控對(duì)象兩部分。監(jiān)控對(duì)象主要功能為接收GPS信號(hào)、提取所需信息和響應(yīng)監(jiān)控中心的監(jiān)控命令。監(jiān)控中心通過短消息(SMS)向監(jiān)控對(duì)象發(fā)送監(jiān)控命令，接收來自監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)并對(duì)接收來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為了更好地顯示監(jiān)控對(duì)象所在位置，監(jiān)控中心同時(shí)采用Google地圖和Mapabc地圖2種網(wǎng)絡(luò)電子地圖。網(wǎng)絡(luò)電子地圖數(shù)據(jù)通過HTTP協(xié)議從Google地圖或Mapabc地圖服務(wù)器上實(shí)時(shí)下載。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)功能如下：
(1)在Windows Mobile平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了GPS定位；
(2)網(wǎng)絡(luò)電子地圖實(shí)時(shí)下載、顯示、拖動(dòng)、放大/縮小；
(3)監(jiān)控對(duì)象的位置查詢與顯示；
(4)實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控對(duì)象的聲音監(jiān)控。
2 PPC監(jiān)控對(duì)象設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 GPS定位數(shù)據(jù)提取的實(shí)現(xiàn)
傳統(tǒng)GPS編程通過串口通信接收NMEA(National Marine Electronics Association)語句，然后通過解析NMEA語句[3]提取經(jīng)緯度信息實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序獨(dú)占GPS設(shè)備，即同一時(shí)刻只允許一個(gè)應(yīng)用程序訪問GPS設(shè)備。
本文采用Windows Mobile提供的GID接口實(shí)現(xiàn)(GPS Intermediate Driver)。GID是一個(gè)位于應(yīng)用程序和GPS設(shè)備中間層的設(shè)備驅(qū)動(dòng)。使用GID時(shí)，允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)使用GPS設(shè)備(所有的應(yīng)用程序都通過GID間接訪問GPS設(shè)備)，不需要解析NMEA語句，且可以使用相同的代碼訪問幾乎所有類型的GPS設(shè)備[4]。
采用GID實(shí)現(xiàn)的主要步驟為：
(1)引用gpsapi.dll。GID是一套在Mobile Device上的本地代碼，在.NET Compact Framework平臺(tái)上使用，需要采用跨平臺(tái)調(diào)用技術(shù)，引用相應(yīng)的應(yīng)用程序接口。
(2)用CreateEvent創(chuàng)建Windows CE事件對(duì)象，這樣當(dāng)有GPS設(shè)備獲取了新的數(shù)據(jù)或者設(shè)備狀態(tài)改變時(shí)就能收到通知。
(3)使用GPSOpenDevice與GID建立一個(gè)連接。如果GPS設(shè)備關(guān)閉，則啟動(dòng)GPS設(shè)備。
(4)通過調(diào)用WaitForMultipleObjects（如果僅有一個(gè)事件則調(diào)用WaitForSingleObject），等待GPS設(shè)備獲取新的位置數(shù)據(jù)或設(shè)備狀態(tài)改變事件發(fā)生；當(dāng)GPS設(shè)備獲取了新的位置數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用GPSGetPosition取回位置信息。當(dāng)GPS設(shè)備狀態(tài)改變時(shí)，調(diào)用GPSGetDeviceState取回設(shè)備狀態(tài)信息。
(5)重復(fù)第(4)步，直到不再需要GPS信息。
(6)調(diào)用GPSCloseDevice關(guān)閉與GID的連接。如果這個(gè)連接是GID唯一的連接，則GID自動(dòng)關(guān)閉GPS設(shè)備。GPS設(shè)備耗電相當(dāng)大，因此當(dāng)不再需要訪問GPS設(shè)備時(shí)要關(guān)閉與GID的連接。
2.2 短消息發(fā)送與接收實(shí)現(xiàn)
短消息收發(fā)一般采用AT（Attention）指令實(shí)現(xiàn)，本系統(tǒng)采用Pocket Outlook實(shí)現(xiàn)。Windows Mobile SDK對(duì)Pocket Outlook提供的服務(wù)進(jìn)行了托管封裝，可以方便地完成所有的個(gè)人信息管理功能[3]，所有這些類型構(gòu)成了POOM（Pocket Outlook Object Model）。
(1)短消息發(fā)送。POOM中的SmsAccount類可以方便地實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送。首先，使用SmsMessage類構(gòu)造一條短消息；然后，使用SmsAccount類中的Send方法即可發(fā)送短消息。
(2)短消息的接收和截獲。Pocket Outlook可以實(shí)現(xiàn)短消息的接收和截獲，且只接收滿足特定條件的短消息。短消息接收和截獲過程如下：
①創(chuàng)建一個(gè)MessageInterceptor類型的對(duì)象。
②設(shè)置MessageCondition屬性，指定MessageInterceptor對(duì)象截獲條件。
③設(shè)置InterceptionAction屬性，指定截獲到消息后Pocket Outlook執(zhí)行的動(dòng)作。本系統(tǒng)中，通過將InterceptionAction屬性設(shè)置為NotifyAndDelete實(shí)現(xiàn)截獲所需的監(jiān)控短消息，并且其他程序不會(huì)收到監(jiān)控短消息，這樣監(jiān)控短消息就不會(huì)進(jìn)入短消息收件箱。
④為MessageInterceptor對(duì)象添加截獲短消息事件處理方法。截獲短消息事件定義如下：
public event MessageInterceptorEventHandler MessageReceived
當(dāng)有滿足截獲條件的短消息到達(dá)設(shè)備時(shí)觸發(fā)此事件。添加了事件處理方法后，當(dāng)有滿足截獲條件的短消息到達(dá)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)MessageReceived事件，然后自動(dòng)調(diào)用事件處理方法進(jìn)行處理。
3 監(jiān)控中心設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
PPC端監(jiān)控中心通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，主要以短消息的形式向監(jiān)控對(duì)象發(fā)送監(jiān)控命令，并通過處理來自監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的位置查詢及顯示、聲音監(jiān)控等功能。
3.1 網(wǎng)絡(luò)電子地圖實(shí)現(xiàn)
目前，Windows Mobile不支持JavaScript腳本，故PPC端監(jiān)控中心電子地圖不能使用含JavaScript接口的地圖實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)PPC端監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)電子地圖采用Google地圖和北京圖盟科技有限公司的Mapabc地圖。
(1)地圖數(shù)據(jù)下載
Google地圖由0～17級(jí)不同比例尺的256×256像素的小地圖拼塊拼接而成，每一個(gè)Google地圖拼塊叫做一個(gè)tile。tile的URI類似如下：
http：//mt2.google.com/mt?v=w2.89&hl=zh-CN&x=6688&y=3570&z=13&s=Galileo
其中，mt2.google.com為Google地圖服務(wù)器，x、y、z分別表示tile的坐標(biāo)和放大因子。Google地圖服務(wù)器有4臺(tái)，分別為mt0.google.com、mt1.google.com、mt2.google.com和mt3.google.com。為了提高地圖下載速度，本系統(tǒng)從4臺(tái)服務(wù)器輪流下載。
(2)地圖顯示
任給一個(gè)經(jīng)緯度，要將其代表的位置在地圖上顯示出來，就要將該經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)放大因子的tile坐標(biāo)。本系統(tǒng)采用一種近似的方法轉(zhuǎn)換，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)度與x坐標(biāo)呈線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，其計(jì)算公式為：
其中，longitude為經(jīng)度值，其范圍為-180～+180，西經(jīng)用負(fù)值表示，東經(jīng)用正值表示；0.0063為校正值；z為放大因子。
緯度與y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為：
其中，latitude為緯度值，其范圍為-90～+90，北緯用正值表示，南緯用負(fù)值表示；z為放大因子。將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為tile坐標(biāo)后，就能將經(jīng)緯度與地圖匹配了，這樣就可以將經(jīng)緯度對(duì)應(yīng)的位置在地圖上顯示出來。
本系統(tǒng)采用的Windows Mobile Pocket PC的窗體客戶區(qū)寬度和高度分別為240像素和268像素，每個(gè)tile為256×256像素，這樣客戶區(qū)就需要4個(gè)或6個(gè)tile拼接而成，如圖2和圖3所示。
(3)地圖拖動(dòng)
地圖移動(dòng)相當(dāng)于改變地圖的中心坐標(biāo)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地圖拖動(dòng)的方法為：當(dāng)在觸摸屏上點(diǎn)擊地圖某一點(diǎn)時(shí)，將地圖的中心坐標(biāo)移到點(diǎn)擊處。如圖4所示，設(shè)點(diǎn)O為窗口客戶區(qū)中心，點(diǎn)P為點(diǎn)擊處，計(jì)算點(diǎn)P與點(diǎn)O的水平和垂直像素距離△Px和△Py，然后將地圖中心分別沿水平方向和垂直方向移動(dòng)△Px和△Py像素，即可實(shí)現(xiàn)地圖的拖動(dòng)功能，拖動(dòng)后地圖如圖5所示。
(4)地圖放大/縮小
Google地圖的放大因子z的取值為0～17，分別代表0～17級(jí)不同比例尺的地圖。0～17級(jí)地圖分別用18張不同詳細(xì)程度的地圖實(shí)現(xiàn)，故實(shí)現(xiàn)地圖的放大/縮小功能只需要改變放大因子的大小，將當(dāng)前現(xiàn)實(shí)的地圖切換到改變后的放大因子所對(duì)應(yīng)的比例尺的地圖上，中心點(diǎn)經(jīng)緯度不變。
3.2 監(jiān)控中心界面設(shè)計(jì)及主要功能測試結(jié)果
點(diǎn)擊“操作”菜單，依次選擇“監(jiān)控”、“位置”，然后在彈出的菜單中設(shè)置監(jiān)控對(duì)象手機(jī)號(hào)、報(bào)告次數(shù)、報(bào)告時(shí)間間隔，如圖6所示。
按圖6所示設(shè)置，點(diǎn)擊“開始”按鈕，PPC端監(jiān)控中心發(fā)送監(jiān)控命令，監(jiān)控對(duì)象收到位置查詢命令后，就按監(jiān)控命令向監(jiān)控中心報(bào)告自己的位置。PPC端監(jiān)控中心收到監(jiān)控對(duì)象發(fā)來的位置信息后即在地圖上顯示出來。圖7為目標(biāo)位于深圳大學(xué)辦公樓前測試的結(jié)果，圖中地圖為Google地圖，點(diǎn)擊“設(shè)置”菜單，然后選擇“使用Mapabc地圖”切換到Mapabc地圖，如圖8所示。PPC端監(jiān)控中心構(gòu)造監(jiān)控命令短消息如下：
SmsMessage msg=new SmsMessage(15914175891，″★定◎位☆″+interval)；
其中，interval指定監(jiān)控對(duì)象報(bào)告位置信息的時(shí)間間隔，此處為“1”。
本系統(tǒng)基于Windows Mobile通用平臺(tái)，充分利用了Windows Mobile界面友好、使用簡單和支持軟件豐富等特點(diǎn)。GPS數(shù)據(jù)通過Windows Mobile提供的GID接口實(shí)現(xiàn)，可以使多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)使用GPS設(shè)備，通用性好，可移植性強(qiáng)。經(jīng)實(shí)際測試，本系統(tǒng)獲取地圖數(shù)據(jù)方便快捷、成本低、維護(hù)方便、定位精度高，能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的應(yīng)用需求。
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