Google Earth的GPS导航系统设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 Google Earth的GPS导航系统设计 摘 要： 随着交通的便利，自驾车出门游玩已经成为常事，人们对导航的需求也日渐强烈。市面上的导航以线框图的方式为主，而这种方式比较适用于城市内部的导航，当有需要去郊区或者山地野外等活动时这种方式就显得力不从心。而基于Google Earth的GPS导航能有效地满足对这些需求。在Google Earth版本上，利用Google Earth的KML,实现GPS导航和轨迹记录。系统由三个部分组成：GPS接口，实现与GPS模块之间的通讯；通过内嵌Web服务器实现与GoogleEarth之间的通讯；基于预定轨迹的导航功能，实现偏

2、离预定轨迹时的报警。 1 绪论 随着科技的发展车辆的普及，人们对GPS实时导航的需求变的越来越突出。随之出现了，许多GPS实时导航系统，这其中有软硬件集成一体的GPS导航设备，也有基于其他GPS设备的软件系统。而所有的这些GPS导航几乎都是以线框图为主。线框图的方式比较适用于城市内部的导航，当有需要去郊区或者山地野外去探险等活动时，这种方式就显得力不从心了。 因为这些地方的地图信息少，图示比较粗糙，其次，它提供的时线框的方式去描述地理，显然不能很深刻的反应该地的地貌特征，比方海拔，山野等。而且为了及时更新维护这些线框图带来的代价也时很大的。而这些需求的信息可以在卫星地图上找到。 与此同时Goo

3、gle公司在近些年出来的Google Earth软件，是一款十分的卫星地图服务软件，它提供的卫星地图精度很高。大部分地区的地区都比较清晰，特别是各个城市的照片，可以清晰的看到马路上的车辆。在*图像里，一线城市以20*、20*年拍摄的为主，二、三线城市以05、06年的库存图片为主，能较好地满足导航的要求。 在Google Earth Plus以上的收费版本中还提供了GPS接口，能实时地显示当前位置的地图和移动轨迹。而在版本中不带这个功能。因此，设计一个基于Google Earth的GPS导航系统也是很有实际意义的。通过该系统，完成对Google Earth软件的控制，从而到达基于GPS的实物图导

4、航的目的。 此外近期， 基于Google Earth的开发已经很多了， 例如， 利用Google提供的3D图形绘制工具，绘制各种建筑或者树木等物品，可以上传摆置在Google Earth上面作为产品展出，也可以设计各种树木摆放到山林的平面卫星照片上，从而勾勒出具有3D特性的卫星地图，便于防止森林火灾抢救等应用。 2 需求分析 2.1 功能需求 本系统由如下的四部分构成： 1）GPS导航系统与GPS设备的通讯模块。 2）WEB服务器，承受来至于Google Earth的Network Link的请求，响应当前的坐标及轨迹信息。 3）预定轨迹的导航，根据预定轨迹对位置开展检测，实现偏离预定轨迹时的

5、报警功能。 4）提供轨迹管理和与其他GPS数据交换的工具。 2.2 数据流分析 如图1,在整个系统中，数据的流动比较的重要，各个功能之间的数据信息的交互都是数据的流动。GPS硬件设备是个数据源，不停的承受来自卫星的信号，通过计算，组织成有格式的数据流传递到本系统，而本系统对这些GPS信息开展读取，并与系统内部的其他的功能配合完成一系列功能。由于系统要控制Google Earth来完成卫星地图的导航功能，所以必须要有一个可以控制Google Earth软件的方式来完成这个任务。这个功能需要把之前从GPS硬件设备读取的信息以某种方式来控制Google Earth。此外，系统的轨迹管理功能也需要与其

6、他功能配合才能完成一系列的管理功能。 图1 数据流图 3 系统设计 3.1 系统模型 图2 系统模型图 完成GPS导航的整个系统的模型如图2所示。这其中包含了很多外部硬件设备和软件系统，而我们的GPS导航系统是安装在用户的PC机或笔记本电脑中的。 首先GPS设备不断的承受来至于各个卫星的无线信号，通过它本身的固件计算得出当前的坐标等相关地理信息。然后与计算机开展蓝牙通讯传送这些地理信息，而在计算机中，操作系统底层把蓝牙通讯模拟成基本的串口通讯，供给用程序调用。本GPS导航系统，自动识别当前计算机中的被模拟为串口的端口号，并不断的读取来至于GPS设备的地理信息。再通过Google Earth控制

7、模块，控制Google Earth的显示，若当前的地图信息还未加载，Google Earth会根据当前的网络情况，连接Google Earth服务器获取对应坐标视角的地图信息。用户一般都是在驾车行驶的时候需要这种导航，所以一般可能的话，可以通过笔记本无线网络连接Google Earth服务器，正如图2所示。 3.2 功能模块划分 整个系统由四大模块组成。分别为GPS设备通讯模块，WEB服务器模块，预定轨迹导航模块，用户图形界面。 1）GPS设备的通讯模块根据操作系统底层对蓝牙的模拟串口，读取GPS设备发送过来的地理信息，并过滤无用信息，动态的更新到自定义的数据构造中去。 2）WEB服务器模块承

8、受来至于Google Earth的Network Link的请求，结合之前更新在构造体中的坐标信息，生成用来改变Google Earth显示的KML文件，并响应Google Earth. 3）预定轨迹导航模块先加载KML文件，获得预定的轨迹信息。启动导航功能之后，实时地根据预定轨迹对当前位置检测，并在当前位置偏离预定轨迹时，提供报警功能。 4）用户图形界面为了便于用户的快捷使用，本系统提供类似与金山快译的工具条按钮组，所有的功能全都由工具条上的几个形象的按钮完成。十分便利。 3.3 模块分析 3.3.1 GPS模块 图3 GPS模块分析 这里GPS模块的输入是来至于GPS硬件设备发送过来的地理

9、信息，而它的输出是对这些地理信息解析提取出来的坐标和轨迹信息，传递给GoogleEarth控制模块。内部完成串口数据的承受与坐标轨迹的提取。 3.3.2 Google Earth控制模块 图4 Google Earth控制模块分析 这个Google Earth控制模块，有两个输入，一个是外部输入，就是来自于Google Earth的请求，一个是用于构造响应这个请求时用到的坐标与轨迹信息，这些信息来至于GPS模块，对外输出就是响应Google Earth的KML文件。 3.3.3 串口通讯模块分析 图5 串口通讯模块 在这个过程中，首先GPS设备不断的承受来至于各个卫星的无线信号，通过它本身的固

10、件计算得出当前的坐标等相关地理信息。然后与计算机开展蓝牙通讯传送这些地理信息，而在计算机中，操作系统底层把蓝牙通讯模拟成基本的串口通讯，供给用程序调用。我们的GPS导航系统，自动识别当前计算机中的被模拟为串口的端口号，并开启线程，不断的读取来至于GPS设备的地理信息。这里并不是所有的地理信息在本系统都是有用的，通过程序过滤，提取出当前坐标点经纬度、速度、方向等几个基本的数据信息。把这些信息存储到构造体中，并通过与之前的坐标点的累加，可以构造出一连串的坐标，从而构成行驶轨迹。 3.3.4 WEB服务器模块分析 WEB服务器模块中首先开启HTTP服务线程， 等待来至于GoogleEarth的Network Link的请求，结合之前更新在构造体中的坐标信息，生成用来改变Google Earth显示的KML文件，并响应Google Earth.这里有三个KML文件，其中Network Link中的URL直接指向:5080/index.kml.这里的5080是WEB服务器注册的端口号。 3.3.5 预定轨迹导航模块分析 图6 预定轨迹导航及越界警报模块 预定轨迹导航及越界警报模块中，首先在导航之前要加载预定轨迹。 为了便于绘制和存储，我们就采用Google Earth中对轨迹的存储的KML轨迹文件作为预定轨迹的载体。在加载完预定轨迹之后就可