（通信与信息系统专业论文）面向城市空间信息的移动终端（pda）关键技术开发与研究.pdf

华东师范大学硕士学位论文 论文摘要 与空间位置有关的空间信息在信息总量中约占8 0 ，每个国家的社会发展和 经济持续增长必然对空间信息资源有空前巨大的需求，为此在”十五”国家8 6 3 计 划中设立了信息获取与处理技术主题，其中包括了对空间信息资源的开发与研 究。本项目课题正是在此背景下开始的。 本论文根据国家8 6 3 项目“基于s i g 框架的( 上海) 城市空间信息应用服 务系统一面向移动平台信息采集与服务子系统”的要求，着重研究了面向城市空 间信息的移动终端关键方法，首先从最基本的本地g i s 开发入手，研究了本地 查询的些方法；其次根据项目的代理服务器客户端模型，作了基于城市空间 信息服务平台支撑的多功能移动终端的开发和研究，使终端具有矢量、栅格图形 的查询能力：再次针对移动终端特性，开发了p d a 移动终端数据采集系统，针 对不同的采集对象进行数据采集，并且对服务器提供数据上传功能，极大的促进 了城市网格信息的管理；最后研究了移动a g e n t 技术，提出移动终端面向城市空 间信息开发的方向。 关键词：移动终端，城市空间信息，查询，数据采集，移动a g e n t 华东师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t s p a t i a li n f o r m a t i o nt o o ka b o u t8 0p e r c e n to ft h ew h o l ei n f o r m a t i o n t h e r e sa l w a y sag r e a tn e e df o rs p a t i a li n f o r m a t i o nb e c a u s eo ft h es o c i a l p r o g r e s sa n dc o n t i n u o u si n c r e a s eo fe c o n o m y s ot h es u b j e c to fi n f o r m a t i o n a c q u i s i t i o na n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yw a sm a d eb yt h en a t i o n a l8 6 3p l a n g r o u pd u r i n gt h e5y e a r s s i n c e2 0 0 0 ，w h i c hi n c l u d et h er & do fs p a t i a l i n f o r m a t i o nr e s o u r c e s t h i sp r o j e c tb e g a na tt h et i m e a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so ft h ep r o j e c t ， n a m e dc i t ys p a t i a l i n f o r m a t i o na d p l i c a t i o ns e r v i e es y s t e mb a s e do ns i gf r a m e w o r k m o b i l e p 1 a t f o r mo r i e n t e di n f o r m a t i o na c q u i s i t i o na n ds e r v i c es u b s y s t e m ，s o m ek e y m e t h o d so nc i t ys p a t i a li n f o r m a t i o no r i e n t e dm o b i l et e r m i n a l ( m t ) w a s r e s e a r c h e d s t a r t e dw i t ht h eb a s i cg i sd e v e l o p m e n to nl o c a l ，w ew o r k e d a tt h eq u e r ym e t h o d s t h e na c c o r d i n gt et h ec sm o d a l ，r e s e a r c hw a sd o n e o i lt h em u l t i f u n c t i o r l a lm tb a s e do nt h ec i t ys p a t i a li n f o r m a t i o ns e r v i c e p l a t f o r m ，w h i c he n a b l et h et e r m i n a lt oq u e r yv e c t o ra n dr a s t e r d a t a a i m e d a tt h ec h a r a c t e r i s t i e so ft h em t ，d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mw a sd e v e l o p e d t oc o l l e c td i f f e r e n tt y p eo fo b j e c t sa n dt ou p l o a dd a t at os e r v e r ，w h i c h w i l ld om u c hh e l pt oi m p r o v et h em a n a g e m e n to fc i t yg r i di n f o r m a t i o n a t l a s tw em a d es o m ee f f o r tt or e s e a r c hm o b i1 ea g e n t ，a n db r o u g h tf o r w a r d t h ew a yo fs p a t i a li n f o r m a t i o no r i e n t e d t k e yw o r d ：m o b i l et e r m i n a l c i t y s p a t i a li n f o r m a t i o n ，q u e r y , d a t a a c q u i s i t i o n ，m o b i l ea g e n t 华东师范大学士学位论文 互壁塞硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 刘锦高教授华东师范大学信息学院主席 马潮副教授华东师范大学信息学院 林峻岷教授美国a t l n e l 股份有限公 司中国上海联络处 华东师范大学硕士学位论文 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均巳在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名日期逊：! ：。 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：z 以奔、 日期：迦，坐 导师签名：曼战乏 日期：逸矗。尘 华东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 引言 p d a ，就是个人数字助理( p e r s o n a ld i g i t a la s s i s t a n t ) 的意思。顾名思 义就是辅助个人工作的数字工具，主要提供记事、通讯录、名片交换及行程安排 等功能。当然，随着技术的进步，一些新的功能比如数字录音等的都被增加了进 来。现在p d a 的界定其实很模糊，所有的产品都采用这个统称招摇过市，甚至很 多人都把p d a 统称为掌上电脑。 p d a 其实应该细分为电子词典、掌上电脑、手持电脑设备( h a n d h e l dp c ) 和个人通讯助理机( s m a r t p h o n e ) 四大类。而后两者由于技术和市场的发展，已 经慢慢融合在一起了。“3 通常，数码世界只会将上述的掌上电脑称为是p d a ，也正代表了p d a 的真正 含义，因为它几乎有一般家用电脑的所有功能。掌上电脑最大的特点就是他们有 其自身的操作系统，一般都是固化在r o m 中的。随着微电子技术的发展，p d a 已 经从原来简单意义上的个人数字助理，变成了人们一时也不能离开的随身工具。 由于p d a 在多媒体娱乐、3 d 图形处理以及无线通信上的发展，已经有越来越多 的人开始将p d a 融入到自己的生活之中。对于许多现在的p d a 用户来说，p d a 已 经不再是个简单的个人数字助理设备，其用途也不再仅仅是一个记事本，一个闹 钟或者一个计算器或通讯录，而已经成为了一个功能强大的无线网络接入设备和 数据交换产品。这其中就包括蓝牙技术和w i f i 技术、g p r s 技术以及g p s 卫星 定位技术在p d a 上的应用与扩展。 3 s ( 即g i s 、g p s 、r s ) 技术加上g s m c d m a g p r s 技术是现在的热点之一， 随着嵌入式设备的发展，o i s 逐步进入后p c 发展阶段，嵌入式g i s 应用不断增 加，p d a 的功能越来越强，与手机相比，p d a 的数据处理能力更加强大，更适合 g i s 开发，目前为止基于p d a 的结合城市空间信息的g i s 开发还不多，而这一方 面的需求却越来越多，面向城市空间信息的g i s 开发前景广阔。 华东师范大学硕士学位论文 1 1 研究的背景及意义 与空间位置有关的空间信息在信息总量中约占8 0 ，每个国家的社会发展和 经济持续增长必然对空间信息资源有空前巨大的需求，不断提高空间信息获取与 处理技术的能力才能满足人类的需求。 为此在”十五”国家8 6 3 计划中设立了信息获取与处理技术主题，其战略目标 是面向我国信息资源设施建设的重大需求，发展高分辨率多维空间信息获取技 术，研制高分辨率机载光学、微波对地观测数据获取系统，开发轻小型星载高空 间分辨率多光谱成像仪，掌握自主的先进小卫星对地观测系统技术，系统性地开 展对地观测数据定量化、智能化处理技术研究，突破大型地理信息系统、空间信 息网络化共享中的关键技术，通过重大应用示范，构建我国的空间信息网格，推 动我国空间信息资源的产业化。 ”十五”国家8 6 3 计划信息获取与处理技术主题现在设有以下几个专题： 空间信息网格总体技术 高分辨力空间信息获取技术 空间信息处理技术 空间信息应用与产业促进 空间信息获取与处理前沿技术 空间信息移动服务 其中，与空间信息网格有关的国家8 6 3 计划课题包括空间信息网格框架体系 和关键支撑技术( 2 0 0 2 a a 一1 3 0 1 - 0 1 ) 和基于空间信息网格框架的城市空间信息 应用服务系统( 2 0 0 2 a a - 1 3 0 4 0 7 ) 。 “面向移动平台信息采集与服务子系统”是“基于s i g 框架的( 上海) 城市 空间信息应用服务系统”中的一个子项目，酋在开发基于城市空间信息的为移动 用户提供信息采集与服务的子系统。移动平台信息采集与服务子系统系统框图如 下： 2 华东师范大学硕士学位论文 图1 1 面向移动平台信息采集与服务子系统框图 f i g u r ei 1b l o c kd i a g r a mo fm o b i l ep l a t f o r mo r i e n t e di n f o r m a t i o n a c q u i s i t i o na n ds e r v i c es u b s y s t e m 由此系统框图可看出，系统终端包括笔记本、车载终端、p d a 和手机。本文 主要以p d a 终端为主要研究对象。 1 2 课题研究内容 ( 1 ) 基于本地查询系统与动态系统的集成 ( 2 ) 基于服务器支撑的多功能移动终端的开发 空间信息的查询 点源信息的采集 计算功能共享的开发 ( 3 ) 移动计算的研究 华东师范大学硕士学位论文 1 3 创新之处 此终端是g p s 、g p r s 、g i s 和嵌入式系统四种技术的结合。 作了一个基于服务器支撑的多功能移动终端的开发。移动终端通过无线通信 请求空间信息服务时，基本的g i s 空间运算都在服务器上完成，移动终端可以显 示栅格地图、矢量地图以及基于本地的地图查询。 具有信息采集功能，可以将采集的地理信息返回给移动代理服务器，从某种 意义上来说，它并不是一个被动的接受信息的载体，而是一个具有采集功能的信 息系统。 在p d a 上进行移动计算的研究。 1 4 软硬件环境介绍 1 4 1 硬件环境 本文使用的硬件设备包括： ( 1 ) p d a ：c o m p a qi p a qh 3 8 0 7 ，参数如下： 处理器：2 0 6 m h zi n t e ls t r o n g a r ms a 一111 0 3 2 位r i s c 处理器； 内存：6 4 m bs d r a m ，3 2 m bf 1 a s hr o m ； 操作系统：m i c r o s o f tw i n d o w sf o rp o c k e t p c2 0 0 2 和m i c r o s o f ta c t i v e s y n c3 5 ； ( 2 ) 外挂式硬件设备，根据需求可外挂g p s 、g p r s 设备，而根据接收的精度要 求，如站点需要较高精度，采用差分g p s 接收设备，对于点源采集，采用通用 g p s 接收设备即可。 g p s 设备： g p s 设备为自主开发，主要由g p s 接收天线、变频器、信号通道、微处理器、 存储器以及电源等部分组成，主要部件为一片g p s 模块。 g p r s 设备： g p r s 设备主要采用的是s i e m e n s 公司的m c 3 5 模块，其主要的功能模块包括 g s m 基带处理器、g s m 无线射频部分、电源模块、f l a s h 、s r a m 、z i f 接口、天线 华东师范大学硕士学位论文 接口。g p r s 设备是自主开发， 1 4 2 软件环境 操作系统：w i n d o w sc e3 0 ， 应用程序 s h e l l 主要实现g p r s 拨号上网功能。 体系结构如下。 w i n 3 2a p i ，a c t i v ex ，t a p i ，h t m l ，v i s u a b a s i c ，j a v a ，m f c 的子集 i r d a t c p i p ，p p p k e r n e l - - u s e rg d io b j e c ts t o r e s 设备驱动一s t r e a m ，n a t i v e ，n d i s ，u s b o a l 和电源的管理 开发工具：e m b e d d e dv i s u a lc + + 3 0 辅助开发工具：m a p xm o b i l e3 0 1 5 论文组织结构 本文由如下几部分组成： 第一章阐述本文研究的意义和背景、软硬件环境、创新之处以及论文的组织 结构。 第二章介绍相关的g p s 和g p r s 技术以及移动g i s 技术。 第三章研究p d a 上基于控件进行本地查询的方法，基于城市空间信息服务平 台支撑的多功能移动终端的开发以及信息采集与处理。 第四章包括关键技术移动计算的研究。 第五章总结与展望。 华东师范大学硕士学位论文 第二章3 g 技术研究 2 1g p s 技术 2 1 1g p s 概述“ 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m g p s ) 是美国从本世纪7 0 年代开始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、 陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经近 1 0 年我国测绘等部门的使用表明，g p s 以全天候、高精度、自动化、高效益等 显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、 航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、 地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是美国第二代卫星导航系统， 是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经 验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收 机三大部分组成。 空间部分：g p s 卫星星座 地面控制部分：地面监控系统 用户设备部分：g p s 信号接收机 ( 1 ) g p s 卫星星座： g p s 工作卫星及其星座由2 l 颗工作卫星和3 颗在轨备用卫星组成g p s 卫星 星座，记作( 2 1 + 3 ) g p s 星座。2 4 颗卫星均匀分布在6 个轨道平面内，轨道倾 角为5 5 度，各个轨道平面之间相距6 0 度，即轨道的升交点赤经各相差6 0 度。 每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差9 0 度，一轨道平面上的卫星比西 边相邻轨道平面上的相应卫星超前3 0 度。 华东师范大学硕士学位论文 图2l2 4 颗卫星分布图 f i g u r e2 1d i s t r i h u t i n gg r a p ho f 2 4s a t e l l i t e s ( 2 ) 地面监控系统： 对于导航定位来说，g p s 卫星是一动态己知点。星的位置是依据卫星发射的 星历一描述卫星运动及其轨道的参数算得的，每颗g p s 卫星所播发的星历，是由 地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着 预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是 保持各颗卫星处于同一时间标准g p s 时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星 的时间，求出钟差，然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设 备。g p s 工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 ( 3 ) g p s 信号接收机： g p s 信号接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信 号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的g p s 信号进行变换、放大和处理，以 便测量出g p s 信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出g p s 卫星所发送的导 航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。接收机硬 件和机内软件以及g p s 数据的后处理软件包，构成完整的g p s 用户设备。 2 1 - 2 数据格式介绍“1 ( 1 ) 基本的语句种类 根据n m e a - 0 1 8 3 标准，所有数据都以句子( s e n t e n c e s ) 的形式传递，只允许使 用可打印的a s c i i 字符，包括c r ( c a r r i a g e ) 和l f ( 1 i n ef e e d ) 。每句句子以 “$ ”开始，以 结尾，有三种基本的语句种类； 7 华东师范大学硕士学位论文 广播语句( t a l k e rs e n t e n c e s ) 私有语句( p r o p r i e t a r ys e n t e n c e s ) 询问语句( q u e r ys e n t e n c e s ) t a l k e rs e n t e n c e s 广播语句的通用格式如下： $ t t s s s ，d 1 ，d 2 ， 各部分含义如下表2 1 所示， $ 语句开始标志 t t 广播者标识符 s s s 语句标识符 d l ，d 2 ，数据域( 以逗号隔开) 结束标志 表2 1 广播语句各部分含义 t a b l e2 1p a r t sm e a n i n go fb r o a d c a s t i n gs e n t e n c e 例举一广播语句： $ h c 衄m ，2 3 8 ，m 其中，“h c ”表示广播者是罗盘，“h d m ”表示磁针指向信息，“2 3 8 ”则是具体指 向数值信息，“m ”说明数值属性为磁性。 通常，一句语句可包含至多8 0 个字符，包括“$ ”和c r c f 。如果某一数据 区数据不匹配，此数据区将被忽略，但作为定界的逗号仍旧被发送，逗号间无空 格。校验区包含一个“十”和两个十六进制位，代表“$ ”和“ ”之问( 不包括 此二字符) 所有的字符的校验和。 广播标识符有： c sc o m m u n i c a t i o i l s s a t e l l i t e c v c o m m u n i c a t i o n s r a d i o t e l e p h o n e ( v h f ) g pg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ( g p s ) h c h e a d i n g - m a g n e t i cc o m p a s s v m v e l o c i t ys e n s o r ，s p e e dl o g ，w a t e r ，m e c h a n i c a l 华东师范大学硕士学位论文 p r o p r l e t a r ys e n t e n c e s 0 1 8 3 标准允许各生产厂商自定义私有语句格式。这些语句由三部分组成， 以“$ p ”开始，后接三个字母的生产商i d 号，最后是厂商自定义的数据。 q u e r ys e n t e n c e s 询问语句使接受者可以向广播者要求一个特定的语句。语句通用格式如下 $ t t l l q 。s s s ， 各部分含义如下表2 2 所示 $ 语句开始标志 t t 广播者标识符 l l 被询问的设备的广播标识符 q询问标识 s s s 被要求语句类型的助记码 结束标志 表2 2 询问语句各部分含义 t a b l e2 2p a r t sm e a n i n go fq u e r ys e n t e n c e s ( 2 ) g p 语句介绍 0 1 8 3 标准定义的语句标识符多达八十余种，其中经常用于定位系统( g p ) 中的又如下这些： g g a 全球定位系统定位数据( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e mf i xd a t a ) g l l 地理位置信息( g e o g r a p h i cp o s i t i o n l a t i t u d e l o n g i t u d e ) g s a 定位系统的d o p 和可视卫星信息( g p sd o pa n da c t i r es a t e l i t e s ) g s v 导航卫星信息( s a t e l l i t e si nv i e w ) r m c 导航卫星精简信息( r e c o m m e n d e dm i n i m u mn a v i g a t i o ni n f o r m a t i o n ) v t g 轨迹速度信息( t r a c km a d e g o o da n dg r o u n ds p e e d ) 本文中使用r m c 语句，图2 2 是她的格式： l ： 主0 毫5茸?0孓t )：i ； l = | ：； lj ， 宰“一g 垂：，h 丑：数喜嚣+ 嚣晷# 彝，王羔王王3 ，毪y 3 搿g y 。￥，曩r 托t 弼，x 冀，敬冀菇x f 辩冀f 袅。扎托 图2 2r m c 语旬 f i g u r e2 2r m cs e n t e n c e s 9 华东师范大学硕士学位论文 各项内容说明如表2 3 所示 lh h m m s s s s 世界时间，以时、分、秒、毫秒的格式指示出当时格林 尼治时间，转换为北京时间还需要再加上8 小时。 2a 定位状态信息，a 为有效状态，v 表示无效警告。 31 1 1 1 1 1 纬度信息，d d m m 帆岫 4a 指南北半球，n 为北半球、s 为南半球 5 y y y y y y y经度信息，d d d m m n m l n m 6a 指东西半球，e 为东半球、w 为西半球 7x x 地面行驶速度 8x x 方位角 9x x x x 日期，d d m m y y 1 0x x 地磁变化 l la 变化方向，e 为东，w 为西。 1 2h h校验和 表2 3r m c 语句各部分含义 t a b l e2 3 p a r t sm e a n i n go fr m cs e l t e n c e s 2 1 3 定位原理 随着定位技术的不断发展，现在已出现多种定位技术，定位精度也不断的提 高，如图2 3 所示。 厂绝棍位t 嚣豢蓑 定i 相对定位 。，l 怔上r 伪距差分原理 原l 差分g p s 定位十位置差分原理 理fl 载波相位差分原理 i i 广域差分定位 l 图2 3 定位原理分类 华东师范大学硕士学位论文 f i g u r e2 3c l a s so fp o s i t i o n i n gp r i n c i p l e s 绝对定位是以地球质心为参考点，确定接收机天线在w g s 8 4 坐标系中的绝 对位置。由于定位作业仅需一台接收机工作，因此又称为单点定位。由于单点定 位结果受卫星星历误差、信号传播误差及卫星几何分布影响显著，所以定位精度 较低，一般适用于低精度的测量领域，例如车辆、船只、飞机的导航、地质调查 及林业调查等。利用g p s 进行绝对定位的基本原理是：以g p s 卫星和用户接收 机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收天 线所对应的位置。无论是动态绝对定位还是静态绝对定位，所依据的观测量都是 所测卫星至观测站的伪距，通常也称为伪距定位法。 用两台接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同 的4 颗以上g p s 卫星，确定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这种 定位模式称为相对定位，如图2 4 所示。 图2 4g p s 相对定位原理 f i g u r e2 4r e l a t i v ep o s i t i o n i n gp r i n c i p l e so fg p s 差分g p s 根据其系统构成的基准站个数可分为单基准差分、多基准的局部 区域差分和广域差分。而根据信息的发送方式又可分为伪距差分、位置差分及相 位差分等。无论何种差分，其工作原理基本相同，都是由用户接收基准站发送的 改正数，并对其测量结果进行改正以获得精密定位的结果。它们的区别在于发送 改正数的内容不同，其定位精度不同，差分原理也有所不同。具体原理请参照书 ， ；? ， ， r 、 一酝：、，一i。 ，囊， = j ， h t 、| 珏 、 ， 一 、 ，、 j ， 、 。 ，；，； ， _ _ 一 。t i ， ：， 藤， 一纛强 一 黥 华东师范大学硕士学位论文 目。 2 1 4 定位精度 g p s 定位精度与以下三点有关： 定位误差 测量模式 s a 政策 定位误差主要包括卫星误差( 星历误差、星钟误差) 、传播误差( 电离层、 对流层时延改正误差、多路经误差) 、接收误差( 观测噪声、内时延误差) 等，根据国内外许多实测资料及其理论研究成果，卫星误差是三大误差之首。 f 3 1 测量模式的改变对精度改变很大，如用c a 码作单点定位测量，g p s 定位精 度在1 0 0 米左右；若用g p s 载波相位测量，动态用户的导航定位精度可达到厘米 级。3 1 美国政府在g p s 设计中提供两种服务：标准定位服务s p s ( s t a n d a r d p o s i t i o n i n gs e r v i c e ) 和精密定位服务p p s ( p r e c i s ep o s i t i o n i n gs e r v i c e ) 比较如表2 4 所示： 定位服务定位编码精度服务对象 s p s粗测距码( c a 码)1 0 0 米 民间普通用户 p p s 精测距码( p 码)1 0 米美国军方 表2 4s p s 和p p s 的比较 t a b l e2 4 c o m p a r i s o i lb e t w e e ns p sa n dp p s s p s 中实施了s a 政策，通过使用占和艿技术，人为的将误差引入了卫星时钟和卫 星星历数据中。不过，美国政府已于2 0 0 0 年5 月1 日子夜开始取消了s a 政策， 使民用c a 码的定位精度大大提高。 以下两图”1 ( 图2 5 、图2 6 ) 是在n s t b 和w a a s 于2 0 0 4 年7 月1 日到9 月3 0 日统计的s p s 定位精度数据，可以看到在9 5 的情况下水平和垂直精度分别达到 了3 6 5 6 米和5 8 8 9 米。 1 2 华东师范大学硕士学位论文 试。矗t * 连受 m 触算 数融氆 翻 。 l + 强喵 尊x 氍略 图2 5g p s 水平定位精度 f i g a r e2 5 h o r i z o n t a lp o s i t i o n i n gp r e c i s i o no fg p s j嚣轴黪 餐越定霞潦整( 旅) 图2 6g p s 垂直定位精度 f i g u r e2 6v e r t i c a lp o s i t i o n i n gp r e c i s i o no fg p s 1 3 燃 蟮 * 埘 蝌 如 华东师范大学硕士学位论文 2 1 5 位置信息的提取 根据实际的需要，我们需从g p s 设备中得到当前的位置信息，这里我们使用 串口与g p s 设备进行连接，根据前面的分析，我们从众多的语句中提取r m c 类型 的语句，并从其中解析出经纬度坐标信息，为下一步应用作准备，具体提取方法 可见3 3 2 。 2 2 g p r s 技术 2 2 1g p r s 概述 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) 是一个以分组为基础的系统，它具 有与其他分组数据系统一样的特性，特别适合突发性分组数据的传输。由于使用 了分组交换技术，在无线接口上可以按需分配信道资源( 统计时分复用) ，一方 面，每个用户可以根据需要同时使用多个信道( 最多8 个) ；而另一方面，同 信道又可以同时由多个用户共享。g p r s 理论上能提供9 0 5 1 7 1 2 k b s 的数据传 输速率。 2 2 2g p r s 系统构成”1 g p r s 采用与g s m 相同的频段、相同的频带宽度、相同的突发结构、相同的 无线调制标准、相同的跳频规则以及相同的t d m a 帧结构。因此，在g s m 系统上 构建g p r s 系统时，g s m 系统中大部分部件不需要作硬件改动，只需软件升级。 构成g p r s 系统的方法是：a 在g s m 系统中引入三个主要组件，这三个主要 组件是s g s n ( s e r v i n g g p r ss u p p o r tn o d e ，g p r s 业务支持节点) 、g g s n ( g a t e w a y g p r ss u p p o r tn o d e ，g p r s 网关支持节点) 和p c u ( p a c k e tc o n t r o lu n i t ，分组 控制单元) ，s g s n 、g g s n 有时合称g s n ( g p r ss u p p o r tn o d e ) ；b 对g s m 系统中 的相关部件进行软件升级。 华东师范大学硕士学位论文 。二影 霹奠 09 n 鳓 图2 7g p r s 系统原理框图 f i g u r e 2 7b l o c kd i a g r a mo fg p r s s y s t e mp r i n c i p l e s g p r s 系统原理框图如图2 7 所示，m s ( m o b i l es t a t i o n ) 为移动台，b t s ( b a s e t r a n s c e i v e rs t a t i o n ，基站收发信机) 为，b s c ( b a s es t a r i o nc o n t r o l l e r ， 基站控制器) 为，m s c ( m o b i l e s e r v i c es w i t c h i n gc e n t e r ，移动业务交换中心) 为，p d n ( p a c k e td a t an e t w o r k ，分组数据网络) 。 2 2 3 g p r s 接入过程 当m s 进入或者切换到一个g p r s 网络，m s 首先进行附着( a t t a c h ) ，这样m s 就可以通过g p r s 网络接收s m s 和寻呼信息。然后m s 进行p d p 上下文激活。至此， m s 就可以完全与g p r s 网络进行负荷数据和s m s 交换了。当已附着的m s 进入一 个网络时，网络将按需要完成小区更新和s g s n 路由区域更新。接入过程具体分 以下几种情况： l s 附着和分离，p d p 上下文的激活和去活，有效负荷处理，s m s 接收和发送，小区更新，s g s n 路由区域更新。本文具体阐述前两种情况。 m s 附着 g p r s 附着使得网络知道m s 出现在网络中，完成g p r s 附着后，m s 便处于r e a d y 状态，移动管理信息内容也在m s 和s g s n 中建立起来。这时，m s 便可接收g p r s 上的s m s 和g s n 发出的寻呼信息。m s 附着过程如图2 8 所示： 华东师范大学硕士学位论文 避澍挺逶按 订簸转竣坷谶通按 耧谴 圈2 8g p r s 附着过程 f i g u r e 2 8a t t a c h m e n tp r o c e d u r e so fg p r s m s 通过发送附着请求到s g s n 发起一个附着过程，附着请求包含m s 的信息。 如果没有关于m s 存在于网络何处的m m ( m a n a g em e s s a g e ，管理信息) ，鉴权 就是强制性的。 如果自g p r s 分离后，m s 已经移动到另外的s g s n 区域，或者m s 是首次附着， 则s g s n 通知h e r ( h o m el o c a t er e g i s t e r ，归属位置寄存器) 进行位置更新。 ( ds g s n 发送一个附着接受信息给m s 。 如果p - t m s i ( p a c k e tt e m p e r a t em o b i l es u b s c r i p t i o ni d e n t i t y ，分组临 时移动用户识别码) 已被改变，则m s 在附着完成时确认接收到的t m s t 。 m s 分离 图2 9 描述的是由m s 发起的g p r s 分离过程。 甲1 于甲t。 漆 受筑 游 一鼢窿 躺一投|撇瓣一 熬燃r黪；撇际 华东师范大学硕士学位论文 一一疆躺魏滋僚 露系撵遁捷壤霹撬避绱 图2 9m s 发起的g p r s 分离过程 f i g u r e2 9 g p r sd e t a c h m e n tp r o c e d u r e s1 a u n c h e db ym s m s g 给s g s n 发送一个分离请求，分离请求包括分离类型信息和分离原因。 s g s n 针对此请求发送“d e l e t ep d pc o n t e x tr e q u e s t ”给g g s n 要求去激活。关 于其他分离请求请查看参考书。 p d p 上下文激活 在完成附着之后，m s 进行p d p 上下文激活过程，通过p d p 上下文激活后， 相关g g s n 便知道m s 已经存在，此时就可以接收和发送g p r s 数据。下面通过图 2 1 0 说明p d p 上下文的激活过程。 骰麟魏避傣 静聚盼藏缸】途添铱 图2 1 0p d p 上下文激活过程 f i g u r e2 1 0a c t i v a t i o np r o c e d u r e so fp d pc o n t e x t m s 发送一个激活p d p 上下文请求信息到s g s n ，这一请求信息包含i p 地址分 配和要求的服务质量等信息。 甲一1 蒌 臻 斛一警警融、甲叁| 妻蝌嘴獬滞 警h 小 帆 一 甲十土 壤 羧 随 懿 例眵l；眵； 囤l 一 华东师范大学硕士学位论文 安全功能也可能被启动。 s g s n 请求创建p d p 上下文，g g s n 收到后响应。 如果确认成功，s g s n 向m s 发送“激活p i ) p 上下文接受”消息。 p i ) p 上下文去活 p d p 上下文去活，可以由任何一个p d p 上下文持有者发起，即可以由如下三 者之一发起：m s 、s g s n 、g g s n 。下面将就 l s 发起的p d p 上下文去活过程作一描 述，如图2 1 1 所示。 “溅麟拣滋嵇 对瓣捧或蜡蟪髓锚 图2 1 1m s 发起的p d p 上下文去活过程 f i g u r e2 1l d e a c t i v a t i o np r o c e d u r e so fp d pc o n t e x tl a u n c h e db ym s m s 发送个p d p 上下文去活请求信息到s g s n 。 安全功能可能被启动。 s g s n 请求删除p d p 上t s c ，g g s n 收到后删除p d p 上下文并响应。 s g s n 向m s 发送“p d p 上下文去活接受”消息。 2 3 移动g i s 技术 移动g i s 是g i s 在嵌入式系统基础上面向专业领域的应用拓展，是一个软件 系统，是基于现有硬件平台而开发。随着掌上电脑、个人数字助理( p d a ) 、个人 信息管理和笔记本电脑等移动电子设备( 统称为移动计算机) 的出现，加快了移动 终端设备与g i s 的结合。人们把用户( 终端设备) 处于移动情况下使用的地理信息 豳一_： 家| 鼙塑憨 照照 牙$ ， 一 熊 魏 圈匿 华东师范大学硕士学位论文 系统，称为移动地理信息系统( m o b i l eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称 m o b i l eg i s ) 。 2 3 i 移动g i s 的出现 移动地理信息系统( m o b i 】eg i s ) 的概念早在1 9 9 8 年就已经出现( j d ， w i l s o t l ) ，又称为p o r t a b l eg i s ，其目的是为野外工作人员提供地理信息支持。 这种系统的一个基本特点是在移动设备上嵌入了优化的g i s 应用程序和地理信 息数据库，使用户在野外作业时也可以随时进行地理信息查询与简单的空间分析 操作。“” 2 3 2 移动g i s 的分类 g i s 系统按动态性分静态g i s 和移动g i s 。对于传统的静态g i s ，由于实体 间的空间关系在定时期内具有不变性，故可以预先计算并存储下来，便于以后 的查询、检索和分析等数据处理。随着电子计算机整体性能的不断改进，也可以 根据空间实体的绝对位置动态计算。从理论上讲，一旦空间实体的绝对位置确定， 彼此间的关系也随之确定。在电子地图与g i s 中，当有一个或多个移动实体 ( m o v i n go b j e c t s ) 处于相对静止的实体群中，或处于移动的实体群中，对移动实 体及背景参考实体群( 相对静止或移动) 的模拟、表达、处理、查询、检索和分析 的软硬件系统称为移动6 1 s ( m o b i l eg i s ) 。1 在现实生活中，许多客观现象均不是传统静态6 1 s 所易于解析的，如车载导 航系统等，均是移动的空间实体( g p s 点位坐标) 放置在相对静止的空间实体群中 ( 地图中的空间实体集合) 。其中需要研究的是移动实体与相对静止实体及实体群 的位置、关系等特性，利用静态g i s 中现有的原理和方法只能解决这些现象的部 分问题，而非最优解决之道。 2 3 3 移动g i s 的特点m 移动6 i s 是w e bg i s 的一种，是继w e bg i s 以后g i s 系统的又一次大飞跃， 它使得人布门能够在任何地点、时间享受g i s 系统提供的服务。移动g i s 系统与 传统的w e bg i s 系统相比具有其自身的特点： 1 终端的多样性 移动g i s 系统的终端可以是传统的桌面p c ，但更多的是各类移动计算终端， 比如移动电话、p d a ，p o c k e tp c ，甚至可能是专用的g i s 嵌入式设备。终端的多 华东师范大学硕士学位论文 样就意味着移动g i s 服务需要有更加灵活的定制能力和扩展能力，以及开放的体 系结构，以适应终端的