童林

【關(guān)鍵詞】GPS 射頻技術(shù) ?；愤\(yùn)輸 軌跡獲取

?；愤\(yùn)輸是一種動(dòng)態(tài)的潛在的危險(xiǎn)源。危化品運(yùn)輸車(chē)輛事故，則更易對(duì)社會(huì)和周?chē)鷳B(tài)環(huán)境尤其是水體造成嚴(yán)重危害和污染。為了減少事故的發(fā)生，在發(fā)生事故時(shí)提高救援處理的效率，本文設(shè)計(jì)了一套基于射頻技術(shù)的實(shí)時(shí)追蹤定位系統(tǒng)。射頻實(shí)質(zhì)上是一種頻譜介于75kHz和3000GHz之間的射頻電波，當(dāng)頻譜范圍介于20Hz和20kHz之間時(shí)，這種非常低的頻譜信號(hào)就難以直接用天線發(fā)射，而是要利用無(wú)線電技術(shù)先經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、調(diào)制達(dá)到一定的高頻范圍，才可以借助無(wú)線電波傳播。其特點(diǎn)是可以隨時(shí)隨地、隨心所欲地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、長(zhǎng)時(shí)間的通信。同時(shí)，射頻通信不受地形地貌的限制，克服了有線連接時(shí)布線不便并存在安全隱患的缺點(diǎn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

針對(duì)危化品運(yùn)輸過(guò)程中的各種問(wèn)題，提出并設(shè)計(jì)了一種基于射頻技術(shù)的?；忿D(zhuǎn)運(yùn)軌跡獲取系統(tǒng)。本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，主要包括定位終端、矢量追蹤端兩個(gè)部分。

2 系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)

2.1 定位終端

定位終端設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)C8051F040設(shè)計(jì)、定位GPS設(shè)計(jì)，發(fā)送射頻模塊設(shè)計(jì)。射頻模塊選用MaxStream公司的9XTend系列ISM 900MHz頻段產(chǎn)品XT09-SI。使用高增益天線時(shí)，輸出波特率為9600bps，其傳輸距離最高可達(dá)25km。本設(shè)計(jì)中，該模塊采用透?jìng)骷夹g(shù)進(jìn)行通訊。GPS選取東方聯(lián)星公司的軍用GPS模塊CNS50-009，其具有數(shù)據(jù)包字節(jié)數(shù)固定便于處理，不受速度的限制，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

定位終端主要完成運(yùn)輸載體的各種不同狀態(tài)信息的采集與處理，并通過(guò)射頻模塊將危化品位置矢量信息，包括經(jīng)度、緯度、高度等發(fā)送到終端系統(tǒng)。

2.2 矢量追蹤端

矢量追蹤端主要包括單片機(jī)C8051F040主控模塊、監(jiān)測(cè)端定位GPS模塊，上位機(jī)軟件部分，Google Earth部分，射頻接收模塊。矢量追蹤端主要實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤設(shè)備的簡(jiǎn)單定位，選用瑞士U-BLOX 第6代GPS引擎MAX-6Q。射頻模塊信號(hào)與定位端等同，通過(guò)廠家自帶配置軟件配置成接收模塊。

矢量追蹤端完成接收定位終端發(fā)送過(guò)來(lái)的空間位置、時(shí)間等信息。通過(guò)射頻接收模塊接收GPS數(shù)據(jù)等定位信息，由UART0傳給單片機(jī)將其編幀，并將此串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成并行數(shù)據(jù)通過(guò)P4口給FT245，由USB口上傳給上位機(jī)。另外，跟蹤監(jiān)測(cè)終端實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)終端的定位，以同樣的方式上傳給上位機(jī)，上位機(jī)加載各種不同定位信息并做出最終判斷，畫(huà)出車(chē)/船載定位終端的實(shí)時(shí)運(yùn)輸軌跡，PC再調(diào)用Google Earth并加載兩路GPS數(shù)據(jù)在Google地圖上畫(huà)出車(chē)定位終端和矢量追蹤端的運(yùn)動(dòng)軌跡。

3 系統(tǒng)軟件構(gòu)架與實(shí)現(xiàn)

由于GPS發(fā)送的?；范ㄎ恍畔?shù)據(jù)量比較大，系統(tǒng)接收和處理數(shù)據(jù)的任務(wù)比較繁重，因此設(shè)計(jì)的程序要有很高的運(yùn)行效率，而且該程序必須能夠通過(guò)射頻網(wǎng)絡(luò)將GPS定位信息實(shí)時(shí)的發(fā)送給服務(wù)器。而C#支持COM技術(shù)以及純API調(diào)用，所以選擇C#作為本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。分為2個(gè)子系統(tǒng)：定位狀態(tài)數(shù)據(jù)管理與轉(zhuǎn)運(yùn)軌跡獲取。

本系統(tǒng)主要用到Google最近向外界公布的一組接口，Google Earth COM API。設(shè)計(jì)軟件對(duì)Google Earth發(fā)送指令進(jìn)行信息查詢(xún)與控制。由于Google Earth地圖瀏覽器中用于地理數(shù)據(jù)交換的文件格式KML文檔框架是基于XML格式的，選擇VS2005作為開(kāi)發(fā)工具。VS2005提供了XML設(shè)計(jì)器，大大簡(jiǎn)化了將GPS定位信息轉(zhuǎn)化為Google Earth識(shí)別的KML文檔的工作。

3.1 定位狀態(tài)數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理是本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題，主要包括?；愤\(yùn)輸設(shè)備空間位置等矢量信息、時(shí)間信息，基本的地圖等數(shù)據(jù)的提取，存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)發(fā)等預(yù)處理，以及通過(guò)FT245模塊以并行數(shù)據(jù)的形式上傳給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)軌跡的獲取。

本系統(tǒng)GPS模塊接收到的定位信息為NMEA-0183格式，本系統(tǒng)所需要提取的GPS定位信息（經(jīng)度、緯度、高程、時(shí)間等），全部保存在以“$GPGGA”字段開(kāi)頭的那一行中，即GPGGA格式：$GPGGA，UTC時(shí)間，緯度，北緯/南緯，經(jīng)度，東經(jīng)/西經(jīng)，質(zhì)量因子，可使用的衛(wèi)星數(shù)，水平精度因子，天線高程，大地橢球面相對(duì)海平面的高度，差分GPS數(shù)據(jù)年齡，差分基準(zhǔn)站號(hào)，總和校驗(yàn)域，總和校驗(yàn)數(shù)。

3.2 轉(zhuǎn)運(yùn)軌跡獲取

跟蹤監(jiān)測(cè)終端GPS實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)終端的核心程序之一是上位機(jī)加載地圖文件并繪制軌跡，上位機(jī)利用C++編寫(xiě)。

Google Earth軟件為用戶(hù)提供2種擴(kuò)展接口：一種是KML（keyhole markup language）文件形式，另一種是組件（COM）API形式。KML文件是基于XML語(yǔ)法格式的文件，是一種在Google地圖瀏覽器中用于交換地理數(shù)據(jù)的文件。它定義了一些規(guī)定地理數(shù)據(jù)的顯示方式。其用途主要有：

（1）指定地點(diǎn)的圖標(biāo)和注記；

（2）為每一個(gè)地理特征創(chuàng)建不同的視角位置；

（3）在地球上疊放圖像；

（4）指定地理特征顯示的樣式；

（5）編寫(xiě)地理特征的HTML描述，包括超鏈接和內(nèi)嵌圖像；

（6）使用文件夾對(duì)地理特征進(jìn)行群集；

（7）KML文件的動(dòng)態(tài)獲取及修改；

（8）顯示三維地物。

本文首先根據(jù)以上KML格式利用XmlTextWriter類(lèi)生成中北大學(xué)地標(biāo)KML文件，然后通過(guò)調(diào)用Google Earth API函數(shù)不斷的將實(shí)時(shí)接收到的經(jīng)度、緯度等GPS定位信息寫(xiě)入KML文件“”標(biāo)簽內(nèi)，然后利IApplictionG類(lèi)中的OpenKmlFile函數(shù)讀取生成的KML文件，將定位信息以及運(yùn)行軌跡實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示在地圖上。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖2為GPS在中北大學(xué)校園內(nèi)實(shí)時(shí)定位效果圖。圖3是定位終端于中北大學(xué)校園內(nèi)定位軌跡顯示示意圖，圖左側(cè)為地圖文件中的軌跡顯示，當(dāng)前位置處于中北大學(xué)校醫(yī)院附近。藍(lán)色五角星代表定位端，紅色五角星代表追蹤端，藍(lán)色線條為定位端所走過(guò)的軌跡，圖右側(cè)藍(lán)色字樣的GPS信息為定位終端定位信息，紅色字樣的GPS信息為追蹤端定位信息。由圖可知定位終端的位置信息：緯度38°00.87460`，經(jīng)度112°26.71110`，海拔823.8953 km；矢量追蹤端的位置信息：緯度38°00.87322`，經(jīng)度112°26.71560`，海拔826.9km。

5 總結(jié)

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)詳細(xì)地闡述了面向危化品準(zhǔn)確定位與追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，并且所設(shè)計(jì)的定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)被試驗(yàn)驗(yàn)證其可行。隨著研究的不斷深入和各項(xiàng)功能的完善，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將被廣泛應(yīng)用于各種?；芳b箱與運(yùn)輸車(chē)上，從而減少和避免事故的發(fā)生，避免和降低事故危害。更進(jìn)一步為人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)保障。

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