相關專題：
摘 要：GPS由于其獨特的應用性，現在已經逐漸深入人們的日常生活。由此，我們介紹了一種實現GPS應用的具體方法，主要內容包括硬件的基本原理，GPS模塊的介紹，GPS信息數據的接收處理，重點講解了GPS與地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System）坐標之間的轉換算法。該設計方法的正確性在手持信息終端設備上得到了驗證。
關鍵詞：GPS；手持信息終端；GIS坐標變換
全球定位系統(tǒng)GPS是美國從上世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。
GPS具有性能好、精度高、應用廣的特點，是迄今最好的導航定位系統(tǒng)。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，硬、軟件的不斷完善，應用領域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經濟各種部門，并開始逐步深入人們的日常生活。
下面我們將具體介紹基于手持信息終端實現GPS信息應用的軟硬件原理。
1 GPS應用的實現原理
1．1 硬件原理1） 系統(tǒng)的組成
GPS應用的系統(tǒng)組成分為兩大部分：手持信息終端模塊和GPS接收模塊。這兩個模塊之間可以利用串口機制進行信息的交互，其結構框圖如圖1所示。
GPS接收模塊負責從GPS衛(wèi)星（空間部分）接收信息，并實時的將數據通過UART串口發(fā)送給手持信息終端模塊，兩者之間的通信數據格式將在下面提到；在設計過程中，通過分析和比較，我們選用了臺灣RoyalTek公司的REB－2100串口GPS接收器。
手持信息終端模塊是以摩托羅拉公司的MC68EZ328處理器為主體，加上一些外圍設備構成，如圖1中所示的FlashRom，SRam，LCD，觸摸屏，鍵盤等外設。該模塊負責接收從GPS發(fā)送過來的數據，并根據需要對其進行相應處理，最后在LCD上顯示出不同的應用界面。手持信息終端模塊還可以通過TXD端口給GPS發(fā)送命令字。我們之所以選用MC68EZ328是因為該處理器可外擴的存儲量非常大，可以達到32 Mbyt，非常適合于信息終端產品。如果要把從GPS模塊接受到的數據直接傳輸到PC中，需在兩者之間加上一個串口轉換芯片。
2） REB模塊介紹
REB－2100接收模塊是臺灣RoyalTek公司生產的一款信息產品，其系統(tǒng)結構如圖2所示。
REB－2100接收器具有很多鮮明的特點，例如采用Single Satellite定位技術，具有12路并行數據通道，還具有雙多路徑抑制技術，有效的抑制了干擾信號。
在信號捕捉及信號精度方面，REB－2100也具有其獨特的優(yōu)勢。其信號重新捕捉時間只需要100ms，最小速度更新率可達到1 s，在沒有實施SA政策時的定位精度為25 m。
REB－2100接收模塊采用串行通信方式，其數據格式定義如下：9 600 b／s，8個數據位，1個停止位，無奇偶校驗位。REB－2100支持六種NMEA－0183協(xié)議信息：GGA（Global positioningsystemfixed da－ta），GLL（Geographic position———latitude／longitude），GSA（GNSSDOPand active satellites），GSV（GNSSsatel－lites in view），RMC（Recommended minimumspecificGNSSdata），VTG（Course over ground and groundspeed）。這六種信息的區(qū)別在于用戶所能接收到的信息類型有所差別，例如在RMC格式中有速度的信息，而在其他的格式中卻沒有。設計者可以根據需要選擇響應的信息格式，在這里我們一般推薦RMC格式。
1．2 軟件實現
1） 實現數據應用的流程
數據接收及應用的程序流程如圖3所示。
在界面初始化程序中，要設計好整個應用平臺的界面。而在進入應用界面的設置程序之前，必須首先通過觸摸屏的定位；如果定位不正確，則要求用戶重新定位，直至定位成功。在我們的應用界面上，設置了“位置”，“時間”，“地圖”，“報警”四個圖標，用戶根據不同的需要進入不同的界面。例如在“位置”界面中，用戶可以知道現在所處的經度和緯度；而在“報警”界面中，用戶可以撥打緊急電話號碼。
在串口初始化程序中，我們主要設置串口的傳遞參數。根據GPS模塊數據傳輸機制，我們必須給串口設置如下的參數：9 600 b／s，8個數據位，1個停止位，無奇偶校驗位。
GPS信息的讀取是通過串口中斷來實現的。當模塊獲得工作電源后，GPS開始源源不斷的接收數據并向MC68EZ328串口傳輸數據。MC68EZ328在串口寄存器存滿后會產生串口中斷信號；在進入中斷程序后，MC68EZ328除了接收數據外，還向上層發(fā)送任務信息，表示GPS現在正在接收信息。
整個手持信息終端的軟件平臺是建立在一種多任務實時操作系統(tǒng)上的，所有應用程序都通過任務調度機制來實現。例如在該平臺上可以實現GPS、IrDA等任務的調度；當上層接收到GPS發(fā)送的任務信息后，并會進入GPS應用程序。
在GPS應用程序中，我們首先選擇GPS信息類型，在這里我們選擇RMC信息。但如果要實現GPS導航定位的功能，必須進行GPS坐標到GIS坐標的轉換，有關坐標轉換的具體算法將在下面論述。
2） GPS－GIS坐標轉換算法
現在GIS已經形成了一個獨立的、具有鮮明特色的研究領域。GIS技術是構建數字地球、數字中國、數字城市的核心技術。如果我們把從GPS模塊接收到的定位信息和GIS圖形系統(tǒng)統(tǒng)一起來，就能實現實時的導航定位功能，這將對提高人們的生活具有積極的意義。
GPS定位數據是基于WGS－84地心坐標系。
要使GPS定位信息正確的顯示在數字地圖上，必須將GPS定位結果即大地坐標（L，B）轉換為本地高斯平面坐標（x，y）。一般要通過兩步轉換，首先將WGS－84的大地坐標（L，B）轉換為對應于WGS－84橢球的高斯坐標平面（x84，y84），然后再經過平面坐標轉換，將高斯平面坐標（x84，y84）強制符合到本地高斯平面坐標系統(tǒng)，以實現GPS定位信息在數字地圖中的正確匹配。
下面將介紹從WGS－84大地坐標（L，B）轉換為本地高斯平面坐標（x，y）的兩個轉換過程。
高斯正算公式：GPS所接收到的WGS－84大地坐標（L，B）轉換為高斯平面坐標（x84，y84），有關x，y的推導過程比較復雜，本論文只給出最后的推導結果：
X為赤道至緯度為B的平行圈的子午線弧長，計算公式為：
將被積函數按級數展開求其積分，并根據WGS－84橢球的有關參數可以求出X。
平面坐標轉換：平面坐標轉換的目的就是將高斯平面坐標（x84，y84）轉換為與數字地圖中的定位信息相匹配的當地國家坐標系或獨立坐標系下的高斯平面坐標。下面以（x84，y84）轉換為54坐標系中的（x54,y54）為例，說明一種利用平均轉軸相似轉化法公式的實現過程。
首先根據公共點分別在WGS－84坐標系和北京54坐標系中的高斯平面坐標，求出公共點在兩個坐標系中同一邊的方位角之差a和長度比例系數k，然后按照下面的公式計算任一點在北京54坐標系中的坐標。
式中：xi，yi———i點在北京54中坐標；
k———同一邊在北京54與WGS－84中的邊長之比，當有兩條以上公共邊，分別求出取平均值；
a———同一邊在北京54與WGS－84中的方位角之差，a＝a54－a84，當有兩個以上公共點，分別求出取平均值。
3 總 結
以上我們主要介紹了手持信息終端系統(tǒng)的構成，GPS模塊的特點，GPS信息數據的處理方法，以及GPS與GIS坐標之間轉換的算法。由于實驗條件和技術水平的限制，目前我們在很多方面還存在不足之處，主要體現在我們的整個應用系統(tǒng)還處于演示階段，沒有把我們已經掌握的GPS技術和GIS供應商結合起來；另外我們只是利用GPS供應商提供的模塊，還沒有形成自己的技術優(yōu)勢。鑒于此，我們在今后一段時間還需要做的工作是尋找合適的GIS 供應商，盡快把GPS技術推廣到人們的生活和工作實踐中，為提高人民的生活水平作出貢獻。
參考文獻
�。�1］ 李洪濤，2000，GPS應用程序設計［M］．科學出版社，NO．1．
［2］ 周其煥，朱淑莉．GLONASS的發(fā)展歷程和應用展望．導航，1996，3．
［3］ 王廣運．全球導航定位系統(tǒng)的進展［J］．科學進展，1987，6．
�。�4］ 王廣運，劉烈昭．GPS在測地上的應用［J］．導航，1992，2．
�。�5］ 王廣運，李洪濤．準載波相位差分GPS測量［J］．導航，1997，4．
摘自《電子器件》
