基于電子地圖的gps導(dǎo)航定位程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、<p><b>　　緒 論</b></p><p>　　一、選題背景以及意義</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 全球定位系統(tǒng)(GPS) 和地理信息系統(tǒng) (GIS) 在各行各業(yè)中得到廣泛的重視和應(yīng)用, 兩者的集成化程度也日益加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了GPS 導(dǎo)航信息在GIS上的可視化、一體化和集成化，能夠在地圖上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地跟蹤目標(biāo)和顯示地理位置。GPS定位為

2、GIS提供了采集數(shù)據(jù)信息的新方法，GIS為GPS提供了可視化的原始地圖背景，兩者關(guān)系愈加緊密。</p><p>　　電子地圖是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種嶄新的地理信息載體，具備地圖的內(nèi)涵, 是數(shù)字地圖在計(jì)算機(jī)屏幕上的符號(hào)化顯示, 具有信息豐富、直觀易懂、更新方便、實(shí)用靈活等特點(diǎn), 因而受到用戶的普遍歡迎。所以電子地圖與GPS定位系統(tǒng)相結(jié)合成為兩者未來發(fā)展的必然趨勢。</p><p>

3、　　隨著GPS車載導(dǎo)航設(shè)備和PDA設(shè)備的快速發(fā)展，GPS、電子地圖與掌上電腦技術(shù)相融合，逐步形成一個(gè)嵌入式的掌上導(dǎo)航系統(tǒng)，是當(dāng)前GIS、GPS研究領(lǐng)域的主要趨勢。如今，作為GPS與GIS 很好的結(jié)合體，GPS車載導(dǎo)航系統(tǒng)在國內(nèi)外市場已經(jīng)逐步普及，成為汽車行業(yè)的寵兒。</p><p>　　本文選題意義在于利用GIS矢量數(shù)據(jù)（shapefile非拓?fù)潢P(guān)系數(shù)據(jù)）作為電子地圖格式，結(jié)合GPS，在電子地圖上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，對(duì)

4、基于電子地圖GPS定位技術(shù)的研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二、國內(nèi)外研究進(jìn)展</b></p><p>　　作為GPS導(dǎo)航與GIS的結(jié)合體，嵌入式掌上導(dǎo)航系統(tǒng)成為了國內(nèi)外GPS廠商發(fā)展的重點(diǎn)，尤其是汽車行業(yè)的寵兒——車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是一種先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠探測到汽車在行駛途中的當(dāng)時(shí)位置，協(xié)助駕駛者在陌生的道路環(huán)境中，通過電子地

5、圖與話音指南，準(zhǔn)確地掌握前往目的地的路線。它是GPS導(dǎo)航定位技術(shù)與電子地圖技術(shù)結(jié)合的焦點(diǎn)。現(xiàn)階段，隨著電子產(chǎn)和汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)外汽車生產(chǎn)商、GPS專業(yè)廠商加快了對(duì)汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)研制，而我國汽車導(dǎo)航系統(tǒng)本身起步比國外要晚了許多，在各個(gè)方面存在著較大差距，下面簡述國內(nèi)外在該行業(yè)上的研究進(jìn)展?fàn)顩r。</p><p>　　（一） 國外研究進(jìn)展</p><p>　　在硬件方面，全世界已經(jīng)有

6、包括 IBM、MicroOptical、Xybernaut 在內(nèi)的超過 100 家公司生產(chǎn)與移動(dòng)計(jì)算相關(guān)的產(chǎn)品，如帶 LCD 顯示器的眼鏡、手執(zhí)微型鍵盤、手執(zhí)鼠標(biāo)、聲控輸入設(shè)備、GPS天線等。</p><p>　　在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面，美國麻省理工學(xué)院、哥倫比亞大學(xué)和歐洲的瑞士聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院、荷蘭 Delft 技術(shù)大學(xué)等都在醫(yī)學(xué)、工業(yè)等各個(gè)移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工作。</p><p>

7、　　在地圖數(shù)據(jù)方面，美國愛荷華州立大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)美國地理信息與分析中心（NCGIA）正在合作為 NASA 和聯(lián)邦統(tǒng)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行一項(xiàng)名為 Batutta 的計(jì)劃，旨在研制一套專為地學(xué)野外采樣使用的移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)，包括地理環(huán)境與地理信息系統(tǒng)在無線移動(dòng)環(huán)境中的集成以及穿戴式計(jì)算機(jī)、便攜計(jì)算機(jī)、PDA 和臺(tái)式服務(wù)器的聯(lián)合使用。</p><p>　　在軟件開發(fā)方面，作為GIS 市場的領(lǐng)頭雁 Autodesk、ESRI 和

8、 Intergraph 三大公司為 Mobile GIS 技術(shù)做出了極大的貢獻(xiàn)。Autodesk 公司開發(fā) Autodesk OnSite 的 “移動(dòng)訪問”模塊。ESRI 研制了 ArcGIS 軟件產(chǎn)品—ArcPad。而Intergraph 建立自己的移動(dòng) GIS 解決方案—IntelliWhere。這些軟件極大方便了Mobile GIS個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)。</p><p>　?。ǘ?國內(nèi)研究進(jìn)展</p&

9、gt;<p>　　在硬件方面，國內(nèi)的硬件技術(shù)很不成熟，相關(guān)導(dǎo)航產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)已接近國際水平，硬件差距較大，絕大多數(shù)產(chǎn)品尚未達(dá)到工業(yè)級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)這幾年，所有的自主導(dǎo)航儀的硬件幾乎是清一色的日本貨，全是豐田、索尼、日立和先鋒等名牌產(chǎn)品。</p><p>　　在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方面，從1981年到1985年，完成了技術(shù)引進(jìn)、數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究、空間數(shù)據(jù)庫的建立、數(shù)據(jù)處理和分析算法及應(yīng)用軟件的開發(fā)等

10、環(huán)節(jié)，對(duì)GIS進(jìn)行了理論探索和區(qū)域性的實(shí)驗(yàn)研究。從1986年到現(xiàn)在，我國GIS的研究和應(yīng)用進(jìn)入有組織、有計(jì)劃、有目標(biāo)的階段，逐步建立了不同層次、不同規(guī)模的組織機(jī)構(gòu)、研究中心和實(shí)驗(yàn)室。</p><p>　　在軟件開發(fā)方面，在科技部等國家有關(guān)部門的大力組織和支持下，國產(chǎn)GIS基礎(chǔ)軟件開發(fā)工作取得了重要進(jìn)展，出現(xiàn)了一批GIS高技術(shù)企業(yè)，開發(fā)出了較為成熟的國產(chǎn)GIS軟件，如MapGIS、GeoStar、CityStar、

11、SuperMap、MapEngine、GROW等，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，同時(shí)一些導(dǎo)航系統(tǒng)軟件也逐步出現(xiàn)，例如靈圖的天行者，MAPKING、LEADSTAR、領(lǐng)路人等，打破了國外GIS軟件對(duì)我國市場的壟斷，有力促進(jìn)了我國地理信息系統(tǒng)技術(shù)和自主導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　在地圖數(shù)據(jù)方面，經(jīng)過了20年的努力，國家測繪局與其他相關(guān)部門協(xié)作完成了全國l：100萬、 1：25萬基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫以及全國七大江河數(shù)

12、字地形模型的建設(shè)，并啟動(dòng)了全國l：5萬，部分省份1：1萬基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有力促進(jìn)了GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，一些車載導(dǎo)航電子地圖開發(fā)也開始慢慢進(jìn)入正軌，如北京靈圖的天行者地圖其精度較高，地圖范圍覆蓋面較廣，受到用戶喜愛；凱利德地圖軟件也受到國內(nèi)認(rèn)可和歡迎。</p><p>　　三、本文的研究內(nèi)容以及總體框架</p><p>　　本文主要研究內(nèi)容是以shapefi

13、le地圖數(shù)據(jù)格式作為電子地圖數(shù)據(jù)，在多線程條件下實(shí)現(xiàn)串口接收GPS信息，在電子地圖上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前地理位置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位功能，僅為以后在該方面上的開發(fā)提供初步基礎(chǔ)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的總體框架是：首先概述電子地圖的特點(diǎn)、分類以及發(fā)展過程，接下來敘述GPS導(dǎo)航定位、測時(shí)、測速的基本原理，然后則結(jié)合程序代碼詳細(xì)闡述GPS導(dǎo)航定位程序的設(shè)計(jì)總體思路，并闡述了在程序設(shè)計(jì)總體思路下對(duì)GPS導(dǎo)航定位程序功能的實(shí)

14、現(xiàn)，最后總結(jié)了程序設(shè)計(jì)過程體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，并分析程序存在的不足與缺陷。</p><p>　　第一章 電子地圖概述</p><p><b>　　一、電子地圖的特點(diǎn)</b></p><p>　　電子地圖是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種嶄新的地理信息載體，它脫胎于地圖，將地圖以數(shù)字的方式存儲(chǔ)、呈現(xiàn)，并只能在電腦中才能使用。它具有顯示、傳輸和分析的功能

15、，可以提供比傳統(tǒng)地圖更佳的呈現(xiàn)方式，如放大、縮小、漫游、搜索以及路徑規(guī)劃。</p><p>　　常規(guī)的紙質(zhì)地圖強(qiáng)調(diào)的是數(shù)據(jù)載體、符號(hào)化和顯示，它是電子地圖發(fā)展的根源之一，而電子地圖則側(cè)重于分析，所以后者其表現(xiàn)方式也比前者要強(qiáng)大的多，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括：</p><p>　　1、信息豐富、信息量大</p><p>　　電子地圖可包括圖形、圖像、文檔、統(tǒng)計(jì)

16、數(shù)據(jù)等多種形式，不僅可以存儲(chǔ)二維平面圖形，還可以保存三維影像，也可以與視頻、音頻信息相連，數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)量的可擴(kuò)展性比較強(qiáng) , 電子地圖使用數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)，該介質(zhì)容量可以很大，例如一張光盤很容易存放幾百張地圖。而紙質(zhì)地圖只能存儲(chǔ)基本的二維地形、地物要素，并且由于地圖紙張、篇幅大小的限制，大部分的細(xì)部要素被綜合取舍，所以其所能存儲(chǔ)信息容量是非常有限的。</p><p>　　2、使用非常靈活、方便</p>

17、<p>　　電子地圖一般以圖層為單位組織數(shù)據(jù)，圖層則一般按地圖要素分別顯示，這樣每層顯示一個(gè)要素（比如，一層顯示街區(qū)，一層顯示水系，一層顯示綠地，一層顯示道路等等），各圖層可單獨(dú)顯示，也可多層組合疊層顯示，從而達(dá)到一些紙質(zhì)地圖無法達(dá)到的效果。比如，在地區(qū)/政區(qū)圖層上加載人口統(tǒng)計(jì)圖層，可分析不同街區(qū)、不同地區(qū)的人口分布狀況。而兩張不同要素的紙張地圖則不能簡單的疊加，使用起來也比較不方便。</p><p>

18、;　　3、集成了聲音、圖文和數(shù)字多媒體</p><p>　　把圖形的直觀性、數(shù)字的準(zhǔn)確性、聲音的引導(dǎo)性和親切感相結(jié)合，充分調(diào)用了使用者的各種感官，這是傳統(tǒng)地圖所無法比擬的。</p><p>　　4、地圖數(shù)據(jù)更新快速</p><p>　　電子地圖顯示的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)庫的更新越來越快，相應(yīng)的電子地圖就可以以最新的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，它的數(shù)

19、據(jù)更新周期要比紙質(zhì)地圖短的多。</p><p><b>　　5、功能非常強(qiáng)大</b></p><p>　　電子地圖使用了計(jì)算機(jī)工具，可以非常方便的進(jìn)行地圖的各種計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和分析，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，便于定性與定量分析，具有較強(qiáng)的靈活性。查詢檢索和分析功能能夠支持從地圖圖形到屬性數(shù)據(jù)和從屬性數(shù)據(jù)到圖形數(shù)據(jù)的雙向檢索；圖形動(dòng)態(tài)變化功能從開窗縮放、瀏覽閱讀等基本功能到底圖動(dòng)畫

20、功能、多維動(dòng)畫圖形模擬等；多級(jí)比例尺之間互相轉(zhuǎn)換，可以將屏幕顯示地圖內(nèi)容與當(dāng)前比例完美的匹配，自動(dòng)的對(duì)地圖內(nèi)容進(jìn)行與比例尺相適應(yīng)的取舍或綜合。</p><p><b>　　6、交互性十分強(qiáng)</b></p><p>　　電子地圖能提供給用戶較強(qiáng)的交互能力，如用戶可對(duì)地圖進(jìn)行任意的放大、縮小、漫游、要素選取、要素渲染、對(duì)象標(biāo)注等等。比如，用戶可以自己感興趣的地點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注，

21、甚至可以進(jìn)行編輯，來滿足用戶的不同要求。</p><p><b>　　二、電子地圖的分類</b></p><p>　　電子地圖的分類有很多，按照電子地圖的功能和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可為以下幾種：</p><p>　　（一）閱讀型電子地圖</p><p>　　主要為單一的地圖顯示和閱讀，該類型電子地圖是把已制作的模擬地圖通過掃描

22、數(shù)字化作為圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，使用柵格數(shù)據(jù)模型表達(dá)地圖圖形。閱讀型電子地圖一般屬于早期的產(chǎn)品，主要由于沒有建立空間信息數(shù)據(jù)庫，或者沒有數(shù)字地圖可利用，但又急于提供使用，該類型電子地圖不能用于查詢分析，但可在計(jì)算機(jī)屏幕上閱讀。如數(shù)字化電子地圖等。</p><p>　?。ǘ┙换バ碗娮拥貓D</p><p>　　交互型的電子地圖是具有多種功能高級(jí)型的電子地圖，交互型電子地圖是在地圖矢量數(shù)據(jù)庫和軟硬件資

23、源支持下，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電子地圖各種操作，例如顯示閱讀、屬性查詢、空間檢索分析，輸出硬拷貝等。交互型的電子地圖是當(dāng)前主要研究方向之一，在數(shù)據(jù)組織管理、功能操作、用戶界面友好等諸多方面，體現(xiàn)了電子地圖技術(shù)水平?，F(xiàn)今，大部分車載導(dǎo)航電子地圖、個(gè)人電子地圖、地區(qū)電子地圖等都是交互型的電子地圖產(chǎn)品。</p><p>　?。ㄈ┚W(wǎng)絡(luò)型電子地圖</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)型電子地圖是在Internet或局域網(wǎng)

24、絡(luò)環(huán)境中使用的電子地圖。近年來，新計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷運(yùn)用到Web中，其中，傳統(tǒng)地圖與Web結(jié)合造就的網(wǎng)絡(luò)型電子地圖就是一種建設(shè)性的結(jié)合。GIS、格柵、VR也應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)型電子地圖，使之從最初的“無縫”圖片發(fā)展成二維、三維等真正的電子地圖。</p><p>　　在二維電子地圖方面：目前國內(nèi)比較有代表性是有北京圖為先公司開發(fā)的mapbar.com平臺(tái)，北京靈圖公司開發(fā)的51ditu.com平臺(tái)，還有就是以Google為代表

25、的運(yùn)用了美國衛(wèi)星航拍技術(shù)的bendi.google.com平臺(tái)。</p><p>　　在三維電子地圖方面：具有代表性是2005年Google在earth.google.com上推出的新產(chǎn)品：Google Earth。還有該領(lǐng)域的后起之秀：杭州阿拉丁信息科技有限公司開發(fā)的edushi.com平臺(tái)。</p><p>　　三、電子地圖系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　對(duì)電子

26、地圖系統(tǒng)的研究伴隨著整個(gè)空間信息科學(xué)（其中包括互聯(lián)網(wǎng)、GPS ,遙感、多維可視化技術(shù)的進(jìn)展）的發(fā)展而不斷擴(kuò)展和深人，主要表現(xiàn)在以下方面：</p><p>　　（一）面向?qū)ο蟮碾娮拥貓D模型</p><p>　　電子地圖除了地圖圖層基本組成外，還要包括一系列功能函數(shù)，以完成符號(hào)化生成、圖形編輯、地圖整飾、地圖內(nèi)容檢索、空間分析等任務(wù)，這樣地圖類及其功能函數(shù)組成了電子地圖概念模型。</p

27、><p>　　（二）建立電子地圖圖層創(chuàng)作模版</p><p>　　圖層創(chuàng)作“模板”是對(duì)不同地圖圖型設(shè)計(jì)的規(guī)格，其中最重要的是將空間和屬性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為地圖圖形的可視化方法和符號(hào)化參數(shù)的設(shè)置。在研發(fā)的系統(tǒng)中給出了通用地圖符號(hào)庫和專題地圖符號(hào)模型及符號(hào)梯尺模型等工具，可以建立多種地圖圖層創(chuàng)作“模板”，制作各種類型電子地圖。</p><p>　?。ㄈ╇娮拥貓D設(shè)計(jì)研究</p

28、><p>　　電子地圖創(chuàng)作，在數(shù)據(jù)和軟硬件技術(shù)資源支撐下，決定其質(zhì)量的關(guān)鍵是電子地圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中，需要考慮的因素很多，首先要解決的問題是已建立的空間信息的無縫數(shù)據(jù)文件，其海量數(shù)據(jù)的圖形顯示同屏幕尺寸和分辨率之間的矛盾；然后是在同一主導(dǎo)數(shù)據(jù)庫的支撐下，進(jìn)行多級(jí)比例尺地圖顯示的綜合。對(duì)于計(jì)算機(jī)相對(duì)有限的存儲(chǔ)能力和有限的屏幕顯示的矛盾解決，要充分利用系統(tǒng)中多種方式的地圖檢索、開窗放大、多向漫游、導(dǎo)航視圖以及多窗口設(shè)置等手段

29、來解決地圖閱讀。因此精心設(shè)計(jì)和方便操作，對(duì)提高讀者的視覺感受和讀圖效果是大有幫助的。</p><p>　　第二章 GPS導(dǎo)航定位原理概述</p><p>　　一、GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理</p><p>　　導(dǎo)航是一個(gè)技術(shù)門類的總稱，它是引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人（總稱作運(yùn)載體）安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地的一種手段。GPS導(dǎo)航是廣義的GPS動(dòng)態(tài)定位

30、，其定位方法主要有以下幾種：</p><p><b>　?。ㄒ唬﹩吸c(diǎn)動(dòng)態(tài)定位</b></p><p>　　單點(diǎn)動(dòng)態(tài)定位的基本方程為：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中，為動(dòng)態(tài)用戶在時(shí)刻的瞬時(shí)位置；是第j顆GPS衛(wèi)星在其運(yùn)行軌道上的瞬時(shí)位置，它可根據(jù)廣播星歷計(jì)算

31、；為碼接收機(jī)所測得的GPS信號(hào)接收天線和第j顆GPS衛(wèi)星之間的距離，即站星距離； d是由于接收機(jī)時(shí)鐘誤差的因素所引起的站星距離偏差。</p><p>　　利用（3-1）式解算各個(gè)坐標(biāo)分量的修正值，即給定用戶三維坐標(biāo)的初始值（，，），求解三維坐標(biāo)的改正值（，，）和距離偏差d。</p><p>　?。ǘ﹤尉嗖罘謩?dòng)態(tài)定位</p><p>　　所謂差分動(dòng)態(tài)定位（DGP

32、S）就是用兩臺(tái)接收機(jī)在兩個(gè)測站上同時(shí)測量來自相同GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)，用以聯(lián)合測得動(dòng)態(tài)用戶的精確位置。</p><p>　　由式（3-1）可知基準(zhǔn)站測得至GPS衛(wèi)星j的偽距為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中，為基準(zhǔn)站和第j 顆GPS衛(wèi)星之間的真實(shí)距離；是GPS衛(wèi)星星歷誤差所引起的距離偏差；為接收機(jī)

33、時(shí)鐘相對(duì)于GPS時(shí)間系統(tǒng)的偏差；是第J顆GPS衛(wèi)星時(shí)鐘相對(duì)GPS時(shí)間系統(tǒng)的偏差；為電離層時(shí)延所引去的距離偏差；是對(duì)對(duì)流層時(shí)延所引去的距離偏差；為電磁波的傳播速度。</p><p>　　（三）動(dòng)態(tài)載波相位差分測量</p><p>　　由載波相位觀測方程得出動(dòng)態(tài)差分方程：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><

34、;p>　　當(dāng)動(dòng)態(tài)用戶和基準(zhǔn)站都同時(shí)觀測了4顆相同GPS 衛(wèi)星時(shí)，則可解算在t時(shí)刻動(dòng)態(tài)用戶位置估計(jì)值的改正數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)載波相位測量的目的。</p><p>　　二、GPS衛(wèi)星測速原理</p><p>　　盡管載體的運(yùn)行速度各不一樣，且不是勻速運(yùn)動(dòng)，但是，只要在這些運(yùn)動(dòng)物體上安設(shè)GPS信號(hào)接收機(jī)，就可以在進(jìn)行動(dòng)態(tài)定位的同時(shí)，實(shí)時(shí)地測得它們的運(yùn)行速度。依式（3-1）可知，用戶天線和GP

35、S衛(wèi)星之間的距離：</p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　根據(jù)物理學(xué)關(guān)于線速度的定義，則對(duì)式（3-4）進(jìn)行求導(dǎo)，得到動(dòng)態(tài)用戶的三維速度表達(dá)式：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　式中，站星距離 （3-6） <

36、;/p><p>　　由于、、三者的值很小，可忽略不計(jì)。則在進(jìn)行測速之前，先使動(dòng)態(tài)接收機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)有：</p><p>　　===0 （3-7）</p><p>　　可按式（3-4）解算出衛(wèi)星的三維速度，隨即進(jìn)行動(dòng)態(tài)用戶的速度測量。</p><p>　　三、GPS衛(wèi)星測時(shí)原理</p&

37、gt;<p>　　GPS衛(wèi)星都安裝有四臺(tái)原子時(shí)鐘 ，導(dǎo)航定位時(shí)受到美國海軍天文臺(tái)（USNO）經(jīng)常性的監(jiān)測。GPS系統(tǒng)得地面主控站能夠以優(yōu)于5ns的精度，使GPS時(shí)間和世界協(xié)調(diào)時(shí)UTC之差保持在1s以內(nèi)。因此，GPS衛(wèi)星可以成為一種全球性的用戶無限的時(shí)間信號(hào)源，用以進(jìn)行精確的時(shí)間比對(duì)。</p><p>　　利用GPS信號(hào)進(jìn)行時(shí)間傳遞，一般采用下列兩種方法：</p><p>　　

38、（一）一站單機(jī)定時(shí)法</p><p>　　即在一個(gè)已知位置測站上，用一臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)觀測一顆GPS衛(wèi)星，從而測定用戶時(shí)鐘的偏差。可解算得到用戶時(shí)鐘偏差為： </p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　上式即為一站單機(jī)的定時(shí)方程式。</p><p>　　（二）共視比對(duì)定時(shí)法</p>

39、<p>　　即在兩個(gè)測站上各安設(shè)一臺(tái)GPS信號(hào)接收機(jī)，在相同 的時(shí)間內(nèi)，觀測同一顆GPS衛(wèi)星，而測定用戶時(shí)鐘的偏差。依（3-8）可知，A、B兩個(gè)測站所測的用戶時(shí)鐘偏差分別為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　通過數(shù)據(jù)傳輸而將測站A的用戶鐘差送到B，得到兩個(gè)用戶的鐘差</p><p><b&

40、gt;　?。?-10）</b></p><p>　　上式中消除GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘偏差；實(shí)際傳播時(shí)間是依據(jù)測站位置和衛(wèi)星位置而求得</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　因此共視用戶的鐘差：</p><p><b>　?。?-12）</b></p>

41、<p>　　第三章 基于電子地圖的GPS導(dǎo)航定位程序的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、程序設(shè)計(jì)概述</b></p><p>　　從一般導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上看，基于GIS的GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)軟件是GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)中重要組成部分，這些系統(tǒng)將GPS和GIS的主要功能即GPS數(shù)據(jù)接收、處理，數(shù)字地圖顯示、查詢及地圖匹配功能融合在一起。而這些功能按照模塊化設(shè)

42、計(jì)（即組件式或類模塊式）方式將所有功能進(jìn)行有序、合理組織起來，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的復(fù)雜功能，而每個(gè)模塊完成獨(dú)立的功能。數(shù)字電子地圖制作是軟件設(shè)計(jì)的一部分，單獨(dú)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，然后將地圖在軟件中使用。</p><p>　　本次論文所設(shè)計(jì)的程序是在VC6.0環(huán)境下從底層設(shè)計(jì)功能性類模塊（如串口接收GPS數(shù)據(jù)信息類、從NMEA0183語句中提取相關(guān)信息類等），并對(duì)程序功能進(jìn)行類模塊封裝，并有序組合這些類模塊，完成GPS 導(dǎo)航定位的

43、一般功能。在電子地圖制作方面，采用shapefile矢量數(shù)據(jù)為電子地圖數(shù)據(jù)格式，根據(jù)shapefile數(shù)據(jù)格式，自行設(shè)計(jì)各種類來讀取、管理shapefile矢量數(shù)據(jù)，并在視圖上顯示。最后將shapefile地圖數(shù)據(jù)加載到程序中，總體上實(shí)現(xiàn)在電子地圖上的GPS實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位功能。圖1為程序設(shè)計(jì)總體功能框架：</p><p>　　圖1 程序設(shè)計(jì)總體功能框架圖</p><p><b>

44、　　二、程序功能分析</b></p><p>　　1.讀取shapefile地圖數(shù)據(jù)，正確顯示導(dǎo)航電子地圖；</p><p>　　2.實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航電子地圖的基本功能：電子地圖的放大、縮小、漫游；</p><p>　　3.實(shí)現(xiàn)對(duì)電子地圖的圖層進(jìn)行管理、顯示：設(shè)置圖層顯示方式、圖層刪除等</p><p>　　4.實(shí)現(xiàn)地圖任意位置的經(jīng)緯度的

45、顯示；</p><p>　　5.能夠接收GPS OEM板輸出的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判別并將所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并實(shí)時(shí)將當(dāng)前GPS數(shù)據(jù)記錄到固定文件中；</p><p>　　6.能夠在電子地圖上正確實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前位置，并在衛(wèi)星天空分布視圖中實(shí)時(shí)顯示衛(wèi)星分布、經(jīng)緯度、速度、時(shí)間；</p><p>　　7.能夠從記錄在文件中的數(shù)據(jù)讀取進(jìn)行回放已行走過的導(dǎo)航軌跡，同時(shí)

46、顯示當(dāng)前衛(wèi)星天空分布視圖；</p><p>　　8.能夠設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：地圖背景色設(shè)置、GPS實(shí)時(shí)記錄文件設(shè)置、地圖縮放比例設(shè)置等。 </p><p>　　程序所有功能結(jié)構(gòu)可以圖2來表示 </p><p><b>　　圖2 程序功能圖</b></p><p>　　三、電子地圖矢量數(shù)據(jù)管理的設(shè)計(jì)</p>&

47、lt;p>　?。ㄒ唬﹕hapefile數(shù)據(jù)格式</p><p>　　shapefile是ESRI公開的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，是當(dāng)前一種比較流行的電子地圖文件格式。Shapefile是一種無拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的地理信息系統(tǒng)文件，存儲(chǔ)非拓?fù)淇臻g要素的幾何和屬性信息，空間幾何是包括一系列矢量坐標(biāo)的圖形。Shapefile由于沒有處理拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開銷，在數(shù)據(jù)源繪制、顯示、編輯等方面比具有拓?fù)潢P(guān)系如coverage要來的快。Sh

48、apefile存儲(chǔ)單一圖形要素，不同圖形之間沒有拓?fù)潢P(guān)系，因此讀寫shapefile更容易，數(shù)據(jù)量較小。</p><p>　　shapefile的主文件格式</p><p>　　shapefile的主文件（.shp）由固定長度的文件頭和接著的變長度記錄組成。每個(gè)變長度記錄是由固定長度的記錄頭和接著的變長度記錄內(nèi)容組成。表1為主文件的結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　表1

49、 主文件的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　主文件頭總長為100字節(jié)，其結(jié)構(gòu)為表2所示：</p><p>　　表2 主文件頭的結(jié)構(gòu)表</p><p>　　需要注意的是每個(gè)變量的字節(jié)順序，在Shapefile中的數(shù)據(jù)可以分為兩類：一類是文件自身相關(guān)數(shù)據(jù)，另一類則是地圖數(shù)據(jù)。比如，上面的文件標(biāo)識(shí)代碼FileCode， 文件長度FileLen等，都是為了管理文件自身的數(shù)

50、據(jù)而設(shè)置的，在Shapefile主文件中其字節(jié)順序?yàn)閎ig endian；而像地圖的邊界盒范圍值Xmin等描述的是地圖數(shù)據(jù)，采用的是little endian。</p><p>　　幾何類型 ShapeType是個(gè)很重要的參數(shù)，標(biāo)識(shí)的是該文件中的記錄的幾何類型，其值與意義的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。Shapefile是為存儲(chǔ)空間地理信息而設(shè)計(jì)，對(duì)于普通電子地圖來說，比較常用的類型是Point，PolyLine和Poly

51、gon。</p><p>　　表3 shape類型</p><p>　　在讀取shape類型時(shí)，分為NullShape、Point 、PolyLine、Polygon、 MultiPoint類型進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。但是Point類型與MultiPoin類型之間只是點(diǎn)數(shù)量的不同，故可以將Point類型作為MultiPoint類型進(jìn)行讀取。</p><p>　　代碼如下：

52、BOOL CShpFile::ReadRecord()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　switch ( m_shpType )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case NULLSHP://對(duì)無shapefile的讀取</p>

53、<p><b>　　……</b></p><p>　　case POINTSHP: //對(duì)點(diǎn)文件記錄的讀取</p><p><b>　　……</b></p><p>　　case POLYLINE: //對(duì)多義線記錄的讀取</p><p><b>　　……</b>

54、</p><p>　　case POLYGON: //對(duì)多邊形記錄的讀取</p><p><b>　　……</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　每個(gè)圖形記錄頭存儲(chǔ)了記錄的數(shù)目和記錄內(nèi)容的長度。其格式是統(tǒng)一的。</p><p>　　表4 記錄

55、頭結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　針對(duì)記錄頭格式，將其定義為結(jié)構(gòu)體來存儲(chǔ)記錄頭數(shù)據(jù)。代碼為： typedef struct shpRecordHeader </p><p><b>　　{</b></p><p>　　int iRecordNum; //記錄數(shù)</p><p>　　int iConten

56、tLength; //記錄內(nèi)容長度 </p><p>　　} SHPRECORDHEADER;</p><p>　　Shapefile記錄內(nèi)容包含一個(gè)shape類型和接著的該shape的幾何數(shù)據(jù)。記錄內(nèi)容的長度依賴于在一個(gè)圖形中部分和節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。</p><p&g

57、t;　　下面僅僅說明幾種常用幾何類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　點(diǎn)狀幾何類型：</b></p><p><b>　　Point </b></p><p>　　{ Double X //X坐標(biāo) </p><p>　　Double Y //Y坐標(biāo) </p>

58、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　線狀幾何類型：</b></p><p><b>　　PolyLine </b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Double[4]

59、 Box //邊界盒 </p><p>　　Integer NumParts //部分的數(shù)目 </p><p>　　Integer NumPoints //點(diǎn)的總數(shù)目 </p><p>　　Integer[NumParts] Parts //在部分中第一

60、個(gè)點(diǎn)的索引 </p><p>　　Point[NumPoints] Points //所有部分的點(diǎn) </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　面狀幾何類型：</b></p><p><b>　　Polygon </b><

61、/p><p><b>　　{ </b></p><p>　　Double[4] Box //邊界盒 </p><p>　　Integer NumParts //部分的數(shù)目 </p><p>　　Integer NumPoint

62、s //點(diǎn)的總數(shù)目 </p><p>　　Integer[NumParts] Parts //在部分中第一個(gè)點(diǎn)的索引 </p><p>　　Point[NumPoints] Points //所有部分的點(diǎn) </p><p><b>　　}</b></p><p>　　

63、上述點(diǎn)狀幾何類型，用于存儲(chǔ)幾何信息以某一點(diǎn)表示的要素，線狀幾何類型與面狀幾何類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似，分別用來存儲(chǔ)線狀和區(qū)域幾何類型，其結(jié)構(gòu)具有分段性，可以存儲(chǔ)多條線段和多個(gè)多邊形。</p><p><b>　　2. 索引文件格式</b></p><p>　　索引文件同樣采用記錄的形式，其中的記錄與相應(yīng)的主文件一一對(duì)應(yīng)，以表示主文件中記錄的位置和長度。其結(jié)構(gòu)如表5：<

64、/p><p>　　表5 索引文件結(jié)構(gòu)</p><p>　　索引文件的文件頭與主文件（.shp）的文件頭相同。索引文件的記錄格式結(jié)構(gòu)如表6：</p><p>　　表6 索引記錄結(jié)構(gòu)</p><p>　　將其定義為結(jié)構(gòu)體來存儲(chǔ)記錄頭數(shù)據(jù)。代碼如下：</p><p>　　typedef struct shxRecord &l

65、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　int iOffset;</p><p>　　int iContentLength;</p><p>　　} SHXRECORD;</p><p><b>　　3．屬性文件格式</b></p><p

66、>　　屬性文件的結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)的dBASE格式，其文件結(jié)構(gòu)如表7所示：</p><p>　　表7 屬性文件結(jié)構(gòu)</p><p>　　屬性文件的文件頭結(jié)構(gòu)如下所示：</p><p>　　typedef struct DBF_header </p><p><b>　　{ </b></p><p&g

67、t;　　char Version;/* 版本標(biāo)志*/ </p><p>　　unsigned char Year,Month,day; /* 最后更新年、月、日 */ </p><p>　　unsigned long RecordsNum;/* 文件包含的總記錄數(shù) */ </p><p>　　unsigned shor

68、t HeaderLen;/*文件頭長度*/</p><p>　　unsigned short RecordLen;/*記錄長度 */ </p><p>　　char reserved[20];/* 保留 */ </p><p>　　} DBF_HEADER;</p><p>　　屬性文件的字段結(jié)構(gòu)如下所示：&

69、lt;/p><p>　　typedef struct field_element</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　char FieldName[11]; /* 字段名稱 */ </p><p>　　char FieldType; /* 字段類型 */ </

70、p><p>　　unsigned long Offset; /* 偏移量 */ </p><p>　　unsigned char FieldLength; /* 字段長度 */ </p><p>　　unsigned char FieldDecimal; /* 浮點(diǎn)數(shù)整數(shù)部分長度 */ </p><p>　　char rese

71、rved1[2]; /* 保留 */ </p><p>　　char Work_area_ID; /* dBASE IV Work area ID*/ </p><p>　　char reserved2[10]; </p><p>　　char MDX_field_flag; </p><p>　　} FIELD_ELEM

72、ENT;</p><p>　?。ǘ﹕hapefile數(shù)據(jù)讀取</p><p>　　程序在讀取shapefile時(shí)，要涉及到至少三個(gè)文件（.shp、.shx、.dbf），所以分別對(duì)不同的文件構(gòu)建不同讀取函數(shù)。</p><p>　　讀取.shp主文件過程可分成兩個(gè)步驟：①讀取文件頭：根據(jù)文件的代碼、文件頭的shape類型，判斷文件是否是shapefile，shapef

73、ile的shape類型；并且獲取整個(gè)圖形的邊界盒大小，為圖形顯示作好鋪墊。②讀取記錄：讀取記錄頭中的shape類型進(jìn)行判斷類型，然后讀取記錄長度和每個(gè)圖形的邊界盒范圍，通過記錄長度和DBF中求得的記錄數(shù)，進(jìn)一步讀取shapefile中點(diǎn)位信息。</p><p>　　讀取.shx索引文件過程也可分成兩個(gè)步驟：①讀取文件頭：讀取處理方式與主文件讀取處理方式是一致的。②讀取記錄：讀取記錄的偏移量，計(jì)算主文件記錄個(gè)數(shù)。&

74、lt;/p><p>　　讀取.dbf文件： dBASE文件中的屬性記錄順序和主文件中的記錄相同。只要根據(jù)dBASE文件結(jié)構(gòu)，讀取字段描述部分中的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)在CMapRecordset類中。</p><p>　?。ㄈ﹕hapefile數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)</p><p>　　對(duì)shapefile數(shù)據(jù)的讀取后，程序?qū)Υ鎯?chǔ)后的數(shù)據(jù)訪問是最基本、最重要的問題?；靵y數(shù)據(jù)管理必然會(huì)影響數(shù)據(jù)

75、的訪問，加大程序冗余量，導(dǎo)致設(shè)計(jì)混亂，所以合理的數(shù)據(jù)管理是整個(gè)電子地圖系統(tǒng)的關(guān)鍵。</p><p>　　為了更好的管理數(shù)據(jù)，則建立一整套合理的地圖文件類和圖層類。地圖文件類表示地圖文件本身，滿足用戶使用地圖數(shù)據(jù)的需要。而圖層類管理者多個(gè)地圖文件類，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)地圖圖層的疊加、刪除等功能。</p><p>　　1.地圖文件類的設(shè)計(jì)</p><p>　　Shapefil

76、e格式的三個(gè)文件中，地圖的幾何信息存儲(chǔ)在主文件中，屬性信息存放在屬性文件中，而索引文件可以幫助用戶快速訪問主文件中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　對(duì)于具體shapefile電子地圖而言，主文件按照其中記錄的幾何類型可以分為三類：點(diǎn)、線和面。這些文件具有相同的結(jié)構(gòu)，只是每條記錄的幾何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)各不相同。幾何數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不同，僅僅會(huì)導(dǎo)致訪問每條記錄時(shí)不同，而在其余方面，訪問三種文件一致。根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷?，可以設(shè)計(jì)下面的類關(guān)

77、系結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3 類關(guān)系結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　CMapPoint類中存儲(chǔ)單點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)，可以對(duì)X、Y坐標(biāo)進(jìn)行取值和賦值；CMapPoints類存儲(chǔ)CMapPoint的指針列表，可以對(duì)多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行添加、刪除、插入，并設(shè)置邊界盒范圍；CMapParts類是對(duì)單個(gè)圖形中的單個(gè)部分圖形進(jìn)行管理的對(duì)象類，存儲(chǔ)CMapPoints類的指針列表，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)部分圖形進(jìn)行添加

78、、刪除、插入等操作，多個(gè)CMapParts類組成了CMapLine類或CMapPolygon類。CMapLine類或CMapPolygon類是對(duì)圖形中的部分進(jìn)行管理的對(duì)象類，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)部分進(jìn)行添加、刪除、插入等基本操作。這樣分層次管理圖形對(duì)象，有利得組織好圖形對(duì)象，管理好電子地圖數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　2.圖層類的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　圖層類

79、對(duì)多個(gè)地圖文件進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以實(shí)現(xiàn)圖層刪除、添加等基本操作功能，根據(jù)面向?qū)ο蟮乃枷?，?gòu)架以下圖層的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖：</p><p>　　圖4 圖層類結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　CMapLayer類存儲(chǔ)一個(gè)圖層中所有幾何空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，可以對(duì)單個(gè)圖層設(shè)置或獲取可視狀態(tài)、圖層名稱、矩形范圍大小、shape類型，也可以對(duì)圖層屬性信息存儲(chǔ)管理。</p><p>　　CM

80、apLayers類是對(duì)所有CMapLayer類的管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)圖層添加、刪除、圖層Z狀態(tài)等功能。</p><p>　　四、GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)管理的設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬〨PS接收機(jī)輸出的數(shù)據(jù)格式</p><p>　　GPS輸出有二進(jìn)制和NMEA-0183兩種格式。二進(jìn)制格式是各個(gè)接收機(jī)廠家自行定義的通信數(shù)據(jù)格式，每個(gè)廠商定義內(nèi)容不完全一樣，而且格式互不兼容。N

81、MEA-0183是美國國家航海電子協(xié)會(huì)0183號(hào)協(xié)議，該通信協(xié)議是從為海用電子設(shè)備制定的0180和0182基礎(chǔ)上增加GPS數(shù)據(jù)內(nèi)容而完成的，目前廣泛采用的是2.0版，幾乎所有的GPS接收機(jī)都有按照NMEA-0183格式的輸出端口。GPS數(shù)據(jù)接收模塊主要處理對(duì)象就是NMEA-0183數(shù)據(jù)幀。</p><p>　　NMEA- 018 3定義了多種類型的語句格式，每條語句格式相同，所表達(dá)的定位信息各有側(cè)重，可根據(jù)實(shí)際需

82、要進(jìn)行選擇。本文采用的是GPRMC、GPGSA、GPGSV、GPGGA類型的語句。</p><p>　　1. GPRMC語句又稱為推薦最小定位數(shù)據(jù)（Recommended Minimum Specific GNSS Data），包括了時(shí)間、日期、位置、航向、速率等信息。其完整語句結(jié)構(gòu)如下： $GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,&

83、lt;6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<CR><LF></p><p>　　<1> UTC時(shí)間，hhmmss（時(shí)分秒）格式</p><p>　　<2> 定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位</p><p>　　

84、<3> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）</p><p>　　<4> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）</p><p>　　<5> 經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）</p><p>　　<6> 經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）</p><p>　

85、　<7> 地面速率（000.0~999.9節(jié)，前面的0也將被傳輸）</p><p>　　<8> 地面航向（000.0~359.9度，以真北為參考基準(zhǔn)，前面的0也將被傳輸）</p><p>　　<9> UTC日期，ddmmyy（日月年）格式</p><p>　　<10> 磁偏角（000.0~180.0度，前面的0也將被傳

86、輸）</p><p>　　<11> 磁偏角方向，E（東）或W（西）</p><p>　　<12> 模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效）</p><p>　　由上述格式，在程序中定義了存儲(chǔ)該語句信息的結(jié)構(gòu)體：</p><p>　　struct ST_GPS_DA

87、TA</p><p><b>　　{</b></p><p>　　BYTEbyFixType;// 定位標(biāo)志，0-no fixed,1-fixed.</p><p>　　BOOLbIsAzimuth;// 方位角無效</p><p>　　doubledbLat;// 緯度&

88、lt;/p><p>　　doubledbLong;// 經(jīng)度</p><p>　　doubledbSpeed;// 相對(duì)于地面的速度</p><p>　　doubledbAzimuth;// 方位角</p><p>　　SYSTEMTIMEUtcTime;// UTC時(shí)間</p>&

89、lt;p><b>　　……</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　2. GPGSA語句稱為當(dāng)前衛(wèi)星信息（GPS DOP and Active Satellites），包括當(dāng)前衛(wèi)星信息的PDOP、HDOP、VDOP值，其語句結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　GPGSA,<1>,

90、<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7><CR><LF> </p><p>　　<1>模式 ：M = 手動(dòng)， A = 自動(dòng)。 </p><p>　　<2>定位型式 1 = 未定位

91、， 2 = 二維定位， 3 = 三維定位。 </p><p>　　<3>PRN 數(shù)字：01 至 32 表天空使用中的衛(wèi)星編號(hào)，最多可接收12顆衛(wèi)星信息。</p><p>　　<4> PDOP位置精度因子（0.5~99.9）</p><p>　　<5> HDOP水平精度因子（0.5~99.9）</p><p>

92、;　　<6> VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）</p><p>　　<7> Checksum(檢驗(yàn)位)。</p><p>　　由上述格式，在程序中定義了存儲(chǔ)該語句信息的結(jié)構(gòu)體：</p><p>　　struct ST_DOP_DATA</p><p><b>　　{</b></p&g

93、t;<p>　　doubledbPdop;// PDOP值</p><p>　　doubledbHdop;// HDOP值</p><p>　　doubledbVdop;// VDOP值</p><p>　　intnNum;// 鎖定衛(wèi)星個(gè)數(shù)</p>

94、<p>　　intnUsedID[SAT_ID_NUMBER];// 鎖定衛(wèi)星ID</p><p><b>　　}；</b></p><p>　　3. GPGSV語句也稱可見衛(wèi)星信息（GPS Satellites in View），其語句結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　$GPGSV, <1>,<2&g

95、t;,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8><CR><LF> </p><p>　　<1> GSV語句的總數(shù)，最多3條語句。</p><p>　　<2> 本句GSV的編號(hào)。</

96、p><p>　　<3> 可見衛(wèi)星的總數(shù)，00 至 12。</p><p>　　<4> 衛(wèi)星編號(hào)， 01 至 32。 </p><p>　　<5> 衛(wèi)星仰角， 00 至 90 度。 </p><p>　　<6> 衛(wèi)星方位角， 000 至 359 度。實(shí)際值。 </p><p>

97、　　<7> 訊號(hào)噪聲比（C/No）， 00 至 99 dB；無表未接收到訊號(hào)。 </p><p>　　<8> Checksum(檢驗(yàn)位)。</p><p>　　由上述格式，在程序中定義了存儲(chǔ)該語句信息的結(jié)構(gòu)體：</p><p>　　struct ST_SAT_DATA</p><p><b>　　{</

98、b></p><p>　　intnSatID;// 衛(wèi)星編號(hào)</p><p>　　intnElevation;// 仰角</p><p>　　intnAzimuth;// 方位角</p><p>　　intnSNR;// 信噪比.0~99,-1為無效</p>

99、<p>　　BOOLbUsed;</p><p><b>　　};</b></p><p>　?。ǘ〨PS信息類的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了有效、高效的管理GPS導(dǎo)航定位信息，程序定義了CNmea0183類來管理GPS數(shù)據(jù)的讀取、GPS數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、信息的提取。</p><p><b>

100、　　設(shè)計(jì)代碼如下：</b></p><p>　　class CNmea0183 : public CObject</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　public:</b></p><p>　　BOOLLoadData( CString csSenten

101、ce); //讀取NMEA語句</p><p>　　doubleGetCoordinate(const double dbIn)const; //經(jīng)緯度信息的處理</p><p>　　BOOLCheckSum(); //判斷NMEA語句檢驗(yàn)</p><p><b>　　……</b></p><p><b>

102、;　　};</b></p><p>　　（三）GPS數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計(jì)</p><p>　　計(jì)算機(jī)與GPS接收機(jī)通過RS232串行接口連接，數(shù)據(jù)傳送采用異步串行傳送方式。GPS數(shù)據(jù)讀取過程大致可以分三個(gè)過程：串口通訊、數(shù)據(jù)信息提取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及實(shí)時(shí)顯示。首先程序?qū)拇诮邮盏紾PS信息送入到串口緩沖區(qū)中，再按一定時(shí)間間隔讀取串口緩沖區(qū)中GPS數(shù)據(jù)，并對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否符合要求

103、，若符合，則從數(shù)據(jù)中提取相關(guān)信息，存入相應(yīng)結(jié)構(gòu)體中，最后實(shí)時(shí)在地圖上顯示當(dāng)前位置。圖5表示各個(gè)過程關(guān)系：</p><p>　　圖5 GPS數(shù)據(jù)讀取過程圖</p><p>　　1. 串口：在實(shí)際使用串口時(shí)，必須配置串口參數(shù)，該參數(shù)包括COM端口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)、停止位等。為能很好配置串口參數(shù)，將該參數(shù)存儲(chǔ)在自定義的結(jié)構(gòu)體中，也可隨時(shí)更改結(jié)構(gòu)體中的參數(shù)。該結(jié)構(gòu)體定義如下：

104、 struct ST_COMM_PARA</p><p><b>　　{</b></p><p>　　DWORDlBaud; //波特率</p><p>　　BYTEcPort;//COM端口號(hào)</p><p>　　BYTEcDataBits;//數(shù)據(jù)位</p><p>　　BY

105、TEcParity;//奇偶校驗(yàn)</p><p>　　BYTEcStopBits;//停止位</p><p><b>　　……</b></p><p><b>　　};</b></p><p>　　2. 串口通訊：本程序采用CSerialPortEx類，它為程序提供了多線程條件下通過串口收

106、發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法，同時(shí)可以支持對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸和塊讀寫方式。因此，我們可以直接啟動(dòng)多線程就可對(duì)串口緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。其主要函數(shù)如下：</p><p>　　BOOLInitPort(CWnd* pPortOwner, UINT portnr = 1, UINT baud = 19200, char parity = 'N', UINT databits = 8, UINT stopsbit

107、s = 1, DWORD dwCommEvents = EV_RXCHAR | EV_CTS, UINT nBufferSize = 512); //對(duì)串口參數(shù)的初始化</p><p>　　BOOLStartMonitoring();//啟動(dòng)串口監(jiān)聽</p><p>　　BOOLRestartMonitoring();//重啟串口監(jiān)聽</p><p&

108、gt;　　BOOLStopMonitoring();//停止串口監(jiān)聽</p><p>　　3. 數(shù)據(jù)信息提?。撼绦驈拇诰彌_區(qū)中讀取GPS數(shù)據(jù)，首先程序?qū)MEA0183語句進(jìn)行CheckSum判斷是否是NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)語句，接著如果讀取的是GPMRC語句，就從中提取經(jīng)緯度、UTC時(shí)間、UTC日期、速度等有用的信息；如果讀取的是GPGSA語句，就提取PDOP，HDOP，VDOP值；如果讀取的是GPGS

109、V語句，就提取當(dāng)前衛(wèi)星數(shù)量、每顆衛(wèi)星的方位角、PRN值、高度角。 提取后，將其存儲(chǔ)在相應(yīng)結(jié)構(gòu)體中。其信息提取函數(shù)如下：</p><p>　　BOOL CNmea0183::LoadData(CString csSentence) //將GPS數(shù)據(jù)分類并存儲(chǔ)在相應(yīng)結(jié)構(gòu)體中</p><p>　　4. 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及實(shí)時(shí)顯示：程序提取GPS相關(guān)信息后，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞到視圖繪制消息中，將經(jīng)緯度坐標(biāo)體系

110、轉(zhuǎn)換成屏幕坐標(biāo)系統(tǒng)中，便在視圖中繪制點(diǎn)位。主要代碼如下：</p><p>　　void CNavSystem2View::InitScale()//對(duì)顯示視圖比例系數(shù)的初始化</p><p>　　void CNavSystem2View::DrawGps(CDC *pDC,DrawParam& draw)//繪制GPS點(diǎn)位</p><p>　　第四章

111、 基于電子地圖的GPS定位程序的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　一、電子地圖顯示與管理的實(shí)現(xiàn)</p><p>　?。ㄒ唬╇娮拥貓D顯示功能的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　電子地圖顯示的坐標(biāo)映象方式有很多種，在VC++中進(jìn)行Windows應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用多種不同的映象方式即不同的坐標(biāo)系，每一種映象方式提供了不同的測量單位和坐標(biāo)原點(diǎn)，滿足了各種具體方式下的需要。以MM_TE

112、XT方式為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)地圖的顯示。</p><p>　　在圖形顯示之前，為了管理點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換所需要的參數(shù)變量，則定義了結(jié)構(gòu)體變量：</p><p>　　typedef struct DrawParam</p><p>　　{double m_StartX; //當(dāng)前坐標(biāo)原點(diǎn)橫坐標(biāo)</p><p>　　double m_StartY;

113、 //當(dāng)前坐標(biāo)原點(diǎn)縱坐標(biāo) </p><p>　　int m_ScreenWidth; //當(dāng)前屏幕寬度</p><p>　　int m_ScreenHeigh; //當(dāng)前屏幕高度</p><p>　　double m_Top;//當(dāng)前屏幕矩形的上界Y值</p><p>　　double m_left;//當(dāng)前屏幕矩

114、形的左界X值</p><p>　　float m_Scale; //當(dāng)前繪圖比例尺 </p><p>　　} DRAWPARAM;</p><p>　　經(jīng)上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理的講述，圖形放大、縮小、漫游、全圖顯示功能就比較容易實(shí)現(xiàn)了。從原理上講，它們都是引起了坐標(biāo)系統(tǒng)的變化，而導(dǎo)致圖形顯示的變化。</p><p>　　(m_S

115、tartX ，m_StartY)和 m_Scale是坐標(biāo)變換的兩個(gè)基本參數(shù)，只要這兩參數(shù)確定了整個(gè)坐標(biāo)變換就唯一確定了，我們稱之為坐標(biāo)變換環(huán)境。從VC++的具體實(shí)現(xiàn)上，圖形處理函數(shù)的任務(wù)就是:根據(jù)當(dāng)前坐標(biāo)變換環(huán)境，確定當(dāng)前圖形處理引起的變化，然后更新坐標(biāo)變換環(huán)境，并且在新的坐標(biāo)變換環(huán)境下顯示圖形。</p><p><b>　　圖形放大顯示</b></p><p>　　

116、圖6 圖形放大顯示</p><p><b>　　圖形縮小顯示：</b></p><p>　　圖7 圖形縮小顯示</p><p><b>　　圖形漫游顯示： </b></p><p>　　圖8 圖形漫游顯示</p><p>　　4. 圖形全圖顯示：</p>

117、<p>　　圖9 圖形全圖顯示</p><p>　　5. 圖形開窗放大顯示：</p><p>　　圖10 圖形開窗放大顯示</p><p>　?。ǘ﹫D層管理功能的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　圖層管理功能：包括圖層添加、刪除、參數(shù)管理等功能。從VC++的具體實(shí)現(xiàn)中，其原理是視圖顯示上改變顯示參數(shù)，達(dá)到圖層顯示效果。</p&g

118、t;<p>　　1. 圖層添加實(shí)現(xiàn)代碼為： </p><p>　　void CNavSystem2Doc::OnOpenShp() //打開并讀取SHPFILE</p><p>　　圖層添加顯示結(jié)果圖：</p><p>　　圖11 加載省邊界線、地區(qū)邊界線和省城圖層的顯示圖</p><p>　　2. 圖層刪除實(shí)現(xiàn)代碼為：vo