摘  要： 借鑒現(xiàn)有導(dǎo)航產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合GPS、GIS以及嵌入式開發(fā)技術(shù)，開發(fā)了個(gè)人移動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。導(dǎo)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(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)定位、路徑記錄等功能。對(duì)地圖匹配算法進(jìn)行了分析，并對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了驗(yàn)證。
關(guān)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(dòng)性逐漸增強(qiáng)，對(duì)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(wù)[1]。目前車載導(dǎo)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(shí)隨地提供位置信息。個(gè)人移動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)基于移動(dòng)終端（如手機(jī)、掌上電腦等）設(shè)計(jì)，可以彌補(bǔ)車載GPS系統(tǒng)受地形限制的不足，為個(gè)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(diǎn)。
1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能
    個(gè)人移動(dòng)地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System）是在傳統(tǒng)GIS基礎(chǔ)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(gè)人手持設(shè)備相結(jié)合，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)提供移動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)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(luò)通信現(xiàn)狀開發(fā)個(gè)人移動(dòng)導(dǎo)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(shí)時(shí)地在地圖上顯示出來，它是路徑記錄模塊的基礎(chǔ)；路徑記錄模塊將行進(jìn)位置記錄下來，將之前和當(dāng)前位置同時(shí)顯示出來，并不斷更新，從而實(shí)現(xiàn)行進(jìn)軌跡顯示功能；將地圖的縮放及移動(dòng)功能設(shè)計(jì)于輔助功能模塊中。
    本系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)地圖縮放、平移、實(shí)時(shí)定位、路徑顯示等功能，有效地適用于個(gè)人移動(dòng)定位。
2 開發(fā)平臺(tái)搭建
2.1 硬件平臺(tái)
    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(shí)追蹤20個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，具有靈敏度高（-159 dBm）、定位坐標(biāo)精度高(可達(dá)5 m（1 Ω）)、體積小、支持NMEA-0183協(xié)議等特點(diǎn)。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(jìn)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(tái)
    Windows Mobile操作系統(tǒng)是微軟專門為手持移動(dòng)設(shè)備推出的“移動(dòng)版Windows”，它將Windows桌面擴(kuò)展到個(gè)人設(shè)備，使用Windows Mobile操作系統(tǒng)的設(shè)備主要有手機(jī)、PDA等[2]。導(dǎo)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(tái)選用Visual Studio 2005，它針對(duì).net開發(fā)，并且提供了智能設(shè)備模擬器，可真實(shí)地模擬物理機(jī)器代碼，把軟件安裝在這個(gè)模擬器上運(yùn)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(tái)下的應(yīng)用程序中，運(yùn)用Mapx Mobile建立的軟件可單獨(dú)在設(shè)備上運(yùn)行，并且可以與Pocket PC的Windows CE操作系統(tǒng)兼容[3]。
    對(duì)Mapx Mobile組件的嵌入，首先需要在PC機(jī)安裝Mapx Mbile，在VS2005工具箱選項(xiàng)窗口中，選擇COM組件欄，勾選Mapinfo Mapx Mobile V5選項(xiàng)，然后在工具箱中可看到新增的Mapx工具。對(duì)地圖操作時(shí)需要將組件拖到對(duì)話框窗口中，然后在VS2005界面中可對(duì)地圖屬性進(jìn)行操作，選擇載入需要的地圖。
    Mapx Mobile是移動(dòng)GIS的高性能低成本的解決方案，具有標(biāo)準(zhǔn)用戶控制功能，可有效地嵌入到個(gè)人移動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)中[4]。
3 系統(tǒng)實(shí)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(yīng)用程序間通過RS232接口交互信息，因此需要在VS2005平臺(tái)上編寫對(duì)串口的驅(qū)動(dòng)。
    m_hComm=CreateFile(Port,GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,0,0,OPEN_EXISTING,0,0); //打開串口
    dcb.BaudRate=9600; //設(shè)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(yàn)位
    dcb.StopBits=0; //無停止位
    通過進(jìn)入函數(shù)LRESULT CwindowsmobileDlg::OnData-
ArrivedMsg(WPARAM wParam，LPARAM lParam)來處理收到的數(shù)據(jù)。因?yàn)樽x到的數(shù)據(jù)不是CString型，所以需要做進(jìn)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?jǐn)?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(shí)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(diǎn)與路徑線的建立
    首先創(chuàng)建圖層，并將其設(shè)置為動(dòng)態(tài)圖層，然后創(chuàng)建動(dòng)態(tài)圖元，對(duì)其進(jìn)行初始化，將其與mapx插件建立關(guān)聯(lián)。初始化中可設(shè)置定位點(diǎn)的大小、形狀及顏色。
    CMapX LayergpsLayer=m_ctrlMapX;
    GetLayers().CreateLayer(_T("GPSLayer"),NULL,1);
//創(chuàng)建動(dòng)態(tài)圖層GPSLayer
    m_ctrlMapX.GetLayers().SetAnimationLayer(gpsLayer);
//設(shè)置圖層GPSLayer為動(dòng)態(tài)圖層
    CMapXFeature  mobileFtr;//動(dòng)態(tài)點(diǎn)圖元
    mobileFtr.CreateDispatch(mobileFtr.GetClsid());//初始化
    mobileFtr.Attach(m_ctrlMapX.GetDispatch());
//與m_ctrlMapX建立關(guān)聯(lián)
    通過語句mobile.GetPoint().Set(gpsLongitude, gpsLatitude)將當(dāng)前坐標(biāo)數(shù)據(jù)與電子地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)，然后通過mobile.Update()更新到地圖上并顯示出來。
    對(duì)于路徑線的創(chuàng)建，需要對(duì)之前的定位點(diǎn)進(jìn)行儲(chǔ)存，獲得定位點(diǎn)集[6]。通過CMapX Feature中的CreateLine函數(shù)將儲(chǔ)存的點(diǎn)用直線連接起來，可利用CMapXStyle中提供的函數(shù)設(shè)置線的寬度、顏色等屬性。
3.3 地圖匹配算法分析
    GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于地形圖、航片、衛(wèi)片等。車載及個(gè)人導(dǎo)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(yù)處理、矢量化過程等各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量都有一定程度的影響[7]。為保證定位準(zhǔn)確性，在實(shí)際應(yīng)用中需要對(duì)地圖進(jìn)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(chǔ)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(yù)先設(shè)置一個(gè)閾值，通過計(jì)算當(dāng)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(diǎn)，將在閾值范圍內(nèi)的各路段匹配距離進(jìn)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(diǎn)表示行人當(dāng)前位置，L1和L2表示附近的兩條路，V1、V2表示V點(diǎn)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(diǎn)認(rèn)為是行人的當(dāng)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(shí)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(shí)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(duì)象設(shè)定了以上工具，分別是縮小、放大和平移工具,點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可進(jìn)行地圖瀏覽。
4 系統(tǒng)驗(yàn)證
    在開發(fā)板（手機(jī)）上安裝MapX組件，該組件位于PC機(jī)的MapX安裝目錄下,將開發(fā)的軟件和對(duì)應(yīng)的地圖拷貝到開發(fā)板中的maps文件夾中，雙擊運(yùn)行即可?？截愡^程使用的是微軟的ActiveSync同步工具，它允許PC機(jī)與設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)文件。
    系統(tǒng)驗(yàn)證時(shí)采用青島市區(qū)地圖，軟件運(yùn)行界面示意圖如圖5所示。測(cè)試中端口號(hào)選擇為COM1，波特率為9 600 b/s，單擊右下角按鈕后啟動(dòng)系統(tǒng)。GPS數(shù)據(jù)通過RS232接口進(jìn)入開發(fā)板中，軟件進(jìn)行處理后將位置坐標(biāo)與電子地圖進(jìn)行匹配，將該點(diǎn)位置以紅色五星符號(hào)在地圖上顯示出來，同時(shí)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(diǎn)在地圖上會(huì)隨之實(shí)時(shí)移動(dòng)，可準(zhǔn)確地進(jìn)行實(shí)時(shí)定位顯示。

    經(jīng)過如上測(cè)試，系統(tǒng)可正確地、實(shí)時(shí)地獲取顯示位置信息并記錄行進(jìn)軌跡，可滿足用戶基本導(dǎo)航需求。
    本文利用Visual Studio平臺(tái)，嵌入MapX Mobile地圖化組件，設(shè)計(jì)了一款基于Windows Mobile系統(tǒng)的導(dǎo)航軟件，并結(jié)合ST-92 GPS模塊，開發(fā)了一個(gè)移動(dòng)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)其具體實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了闡述。本系統(tǒng)搭載青島市地圖進(jìn)行測(cè)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(shí)現(xiàn)了定位導(dǎo)航功能。
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