基于GIS的移动目标定位跟踪系统的设计

GIS (Geographic Information System) 技术在国防、城市规划、交通运输、环境监测以及设施的管理和规划中发挥着日益重要的作用, 并且逐步形成为一门新兴的信息产业。目前GIS结合GPS定位的系统, 大部分都是被动接收GPS信号[1]。少部分系统可以对GPS信号进行转发, 但需要转发基站[2], 这使得系统受到该地区基础设施建设的限制。为此该系统将被跟踪目标的GPS信号, 通过电台无线载波后进行转发, 使得在跟踪移动目标时更加灵活机动。

1硬件平台设计

1.1硬件平台组成

该系统硬件平台由二部分组成: (1) 移动目标:由电台、D/A转换模块、掌上机、GPS天线组成。 (2) 指挥中心:由电台、A/D转换模块、监控主机组成。监控主机选用P I I 4 0 0兼容机, 电台选用MOTOROLA GM950E25瓦电台, 掌上机选用COMPAQ iPAQ 3600型以及民用GPS天线。

1.2硬件平台原理

为了实现指挥中心对移动目标的跟踪, 首先指挥中心通过电台, 对所要跟踪的移动目标进行轮寻。移动目标接收到轮寻信号后, 将电台的特征码和GPS数据组成特征信号, 通过电台无线载波的形式回发给指挥中心。特征码用来识别移动目标的属性, GPS数据用来在主机的GIS系统上显示移动目标的位置, 并提供移动目标航向、航速等信息的查询。

另外, 移动目标的GPS数据还用来在掌上机的GIS系统上, 显示自身的位置。而电台可以使指挥中心与移动目标之间进行语音通信, 指挥中心通过语音的形式对移动目标进行指挥, 并通过监控主机的GIS观察移动目标的位置。

2软件平台设计

系统软件设计包括掌上机定位系统和监控主机定位系统两部分。其中移动掌上机GIS系统由eMbedded Visual c++4.0开发, 主要实现掌上机GIS定位和特征信号发送功能。监控主机GIS系统由Visual C++6.0开发, 主要实现监控主机GIS查询、修改、标注以及多个移动目标位置的跟踪等功能。

2.1 GIS数据处理

GIS数据的处理, 其中主要部分就是实现大地坐标向平面直角坐标的转换既投影。不同比例尺的地形图, 采用的投影方式也不同。我国的基本比例尺地形图 (1:5千, 1:1万, 1:2.5万, 1:5万, 1:10万, 1:25万, 1:50万, 1:100万) 中, 除1:100万的均采用高斯-克吕格投影 (GaussKruger) , 海上小于50万的地形图多用等角正轴圆柱投影, 又叫墨卡托投影 (Mercator) [3]。投影公式如下:其中

a:椭球体长半轴;b:椭球体短半轴;f:扁率 (a-b) /2;e:第一偏心率第二偏心率N卯酉圈曲率半径;

B纬度, L经度, 单位弧度 (RAD)

XN为纵直角坐标, YB为横直角坐标, 单位米 (M)

墨卡托投影正解公式: (B, L) → (X, Y) , 标准纬度B0, 原点纬度0, 原点经度L0

高斯-克吕格投影正解公式: (B, L) → (X, Y) , 原点纬度0, 中央经度L0

上面公式中东纬偏移FE=500000米+带号*Χ1000000;高斯-克吕格投影比例因子k0=1

2.2 GPS数据处理

G P S提供串口通讯协议, 串行通讯参数为:

波特律=4800数据位=8位停止位=1位无奇偶校验

GPS与掌上电脑通讯时, 根据实际情况, 每隔一定的时间对串口进行扫描, 在通讯正常的情况下, 可以接收到的数据格式样如下 (只截取所需要的数据) :

$GPRMC, hhmmss, A, 度度分分.分分分分, N, 度度度分分.分分分分, E

数据说明如下:

$G P R M C:

代表GPS推荐的最短数据:hhmmss:为24小时制的时间, 格式是时/分/秒

A或V:其中A表示数据正常, V表示警告度度分分.分分分分:纬度值, 精确到小数点前4位;N或S:其中N表示北纬, S表示南纬度度度分分.分分分分:经度值, 精确小数点后4位;E或W:其中E表示东经, W表示西经。

通过以上对GPS信号的处理, 就可以将移动目标的位置显示到电子地图上, 实现定位功能。

摘要：为实现对移动目标进行定位跟踪, 利用数字地理信息为基础, 掌上机、GPS、国家测绘信息数据库等公众信息资源, 以VC为开发平台, 采用电台无线载波通信技术, 开发了一套移动目标定位跟踪系统。适用于森林救火, 军队单兵作战, 海事落水人员救生等情况。

关键词：GIS,GPS,地理信息系统,卫星定位系统

参考文献

[1] 杨天军, 杨晓光, GPS/GIS车辆实时监控调度系统研究[J].城市交通, 2004 (1) .

[2] 李洪涛, 2000, GPS应用程序设计[M].科学出版社, 2000, NO.1.

[3] 龚健雅.当代GIS的若干理论与技术[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社, 1999.

[4] 李德仁.论RS、GPS与GIS集成的定义、理论与关键技术[J].遥感学报, 1997, 1 (1) :64～68.

[5] 刘大杰, 施一民.全球定位系统 (gps) 的原理与数据处理.上海:同济大学出版社, 1997.

[6] 吴立新, 史文中.地理信息系统原理与算法[M].科学出版社, 2004.