GPS车辆定位在GIS中的应用-毕业论文.doc

1、 1 本科毕业论文 (科研训练、毕业设计 ) 题 目： GPS 车辆定位在 GIS中的应用 姓 名： 学 院： 软件学院 系： 专 业： 软件工程 年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 指导教师（校外）： 职称： 年 月 2 摘 要 GPS（全球定位系统） 、 GIS（地理信息系统）带我们步入了 一个数字化的地球，有助于我们更好地了解我们赖以生存的这个星球。 自从 1993 年 GPS 系统正式投入使用后 ,全球的 GPS 应用开始进 入高潮 。 随着我国城市建设规模的扩大 ,车辆日益增多 ,交通运输的管理和调度 ,已成为公安 ,交通系统中的重要问题 。 本文根据项目要求 ,设计并实

2、现了车载动态 GPS 监控调度系统 。 以全球卫星定位系统 (GPS)和 地理信息系统 (GIS)为背景 ,结合现有 GSM/GPRS 网 (移动公众网 )通信平台为基础 ,研究并开发一个集监控 ,管理 ,调度等功能于一体的 监控终端系统 。利用该系统可实现在 GSM 网覆盖范围内的所有移动目标 (如车辆等 )的动态监控与管理 。 本文 深入讨论了车载定位导航及其相关技术的理论基础 ,包括 GPS 定位原理和地理信息系统 (GIS)。 详细描述了在车载定位导航中发挥重要作用的导航电子地图的表达方式 ， 设计了完善车载定位导航系统应具备的主要功能以及系统软件的整体结构 。 关键词 ： 全球定位系

3、统 地理信息系统 监控终端 3 Abstract GPS (Global Positioning System) and GIS take us into a Digital Earth, and help us better understand our survival of the planet. Since 1993 the GPS put into use, the global application of GPS enter climax. As Chinas urban construction, the expansion of the scale, the growing

4、number of vehicles, transportation management and scheduling, have become public security and transportation systems important issues. Based on the requirements of the project, the design implement GPS Vehicle Dynamic Control scheduling. A global satellite positioning system (GPS) and Geographic Inf

5、ormation System (GIS) for the background, integration of existing GSM (mobile public network) based communications platform, research and develop of a set monitoring, management, network scheduling functions into one control terminal. The system can be used to achieve the GSM/GPRS coverage of all mo

6、bile targets (such as vehicles) the dynamic monitoring and management. The text discusses the on-board GPS navigation and related technology,the theoretical foundation, including the principles of GPS and Geographic Information Systems (GIS). A detailed description of the on-board GPS navigation pla

7、ys an important role in the electronic navigation maps expression. Design a perfect vehicle positioning navigation system should have the function of system software and the overall structure. Key words: GPS GIS Monitor Terminal 4 目录 引言 . 6 第一章 前言 . 7 1. 全球定位系统 GPS 简介 . 7 1.1 GPS 起源 . 7 1.2 GPS 组成 .

8、 7 1.3 GPS 的基本定位原理 . 8 2. 地理信息系统 GIS 简介 . 8 2.1. GIS 起源 . 8 2.2. GIS 在交通中的发展 . 9 第二章 系统体系结构 . 10 1. 系统特点 . 10 2. 系统总体结构 . 10 2.1 主菜单 .11 2.2 工具栏 . 12 2.3 状态栏 . 13 3. 总系统工作原理 . 14 4. 系统的运行 . 15 4.1 建立连接 . 15 4.2 系统登录 . 18 4.3 操作员登录和注销 . 18 第三章 监控终端系统功能 . 19 1. 监控功能 . 19 2. 报警处理功能 . 21 3. 单点位置查询功能 . 2

9、1 4. 调度和信息发布功能 . 22 5. 车辆遥控 . 23 6. 现场监听 . 24 7. 黑匣子数据查询 . 24 8. 轨迹回放功能 . 25 9. 条件定位数据查 询 . 25 10. 模糊查询 . 26 11. 电子地图功能 . 26 第四章 总结 . 27 致谢语 . 28 参考文献 . 29 附录 . 30 5 Contents Introduction. 6 Chapter 1 Foreword . 7 1. Global Position System GPS. 7 1.1 Origin GPS. 7 1.2. Form of GPS . 7 1.3. GPS Posit

10、ioning The Basic Tennets . 8 2. Geographic Information System GIS Introduction. 8 2.1. Origin GIS . 8 2.2. GIS In Transport Development. 9 Chapter 2 System Architecture . 10 1. System features . 10 2. System Architecture . 10 2.1 Main Menu .11 2.2 Toolbar . 12 2.3 The status bar . 13 3. Total System

11、 Principle. 14 4. System Operation . 15 4.1 Establishing Connection . 15 4.2 System Login . 18 4.3 Operator and Cancellation Login . 18 Chapter 3 Terminal Control System function . 19 1. Monitoring Function . 19 2. Alarm Processing Function . 21 3. Single Position Inquiry Function . 21 4. Scheduling

12、 and Information Dissemination functions. 22 5. Remote Control Vehicles . 23 6. Monitoring the scene . 24 7. Black Box Data Query . 24 8. Track Replay Function . 25 9. Inquiries for Positioning Data. 25 10. Fuzzy Query . 26 11. Electronic Map Function . 26 Chapter 4 Summary . 27 Acknowledgemen . 28

13、References . 29 Supplement. 30 6 引言 监控终端系统， 采用 GPS 全球卫星定位系统、 GSM 全球移动通讯技术以 （ SMS短信息 业务 /GPRS 通用分组无线业务）， GIS 地理信息系统和计算机网络通信与数据处理技术，在 SMS/GPRS 基础上开发出的一套社会治安综合防范和远程监控通讯管理 的 GPS 综合服务系统 。 通过 本 系统，可以远程监控所有在 GSM 网覆盖范围内的 地面特定 移动目标。移动目标的 GPS 数据及各类报警数据通过手机直传或 DDN 专线与 110、 119、 122、120、交警指挥系统、交通运营机构或其它必要相关机构相联

14、，中心可以将移动目标的 GPS 定位信息，求 救信息，报警信息等进行分类确认后，实时传送到相应的职能部门进行处理。 7 第一章 前言 1. 全球定位系统 GPS简介 1.1 GPS 起源 全球卫星定位系统 GPS 是美军 70年代初在 “ 子午仪卫星导航定位 ” 技术上发展而起的具有全球性、全能性（陆地、海洋、航空与航天）、全天候性优势的导航定位、定时、测速系统。 1.2 GPS 组成 GPS 系统包括三个部分：空间段、地面段和用户段。 空间段由 24 颗分布在 6个等间隔轨道上的卫星组成。卫星分布可保证全球任何地区，任何时刻都有不少于四颗卫星以供观测， 24 颗卫星中有 3 颗做为备份。这些

15、卫星位于距地球约 2 万公里的高空，轨道周期约为 12小时。每个轨道平面上有 4 颗卫星。这些卫星以两种频率向地面发射导航电波，一种是1575.42MHz（ L1），一种是 1227.6MHz（ L2）。在 L1 载波上调制有 1.023MHz 的伪随机码 粗捕获码（ Coarse/Acquisition 码）和 10.23MHz 的伪随机码 精捕获码（ P码）；在 L2载波上只调制有精捕获码（ Precise 码）。对每一个卫星而言其 C/A 码或 P码是不一样的，接收机就通过随机码的不同来区分不同的卫星，这种技术称为 码分多址（ CDMA）。每个载波上同时也调制有 50bps 的有关卫星星

16、历、时钟等等的修整数据。用户可以用至少 4 颗卫星来确定自己的导航参数：纬度、经度、高度、和时间。 地面段由监控站、主站和注入站组成。监控站共四个分别设置在大西洋、太平洋和印度洋的岛屿上，用于收集各地的大气层，尤其是电离层及其它因素对电波传输延迟的影响，同时对各个导航卫星进行监控，再将数据传送到主控站。主控站完成卫星星历、时钟漂移和卫星传输延迟等参数的计算，再由注入站每隔8 12 小时发射到卫星。主控站的时钟与所有卫星时钟是以原子钟为基准进行同步的。 用户段就是 GPS 接收机。 GPS 接收机通过接收多颗卫星信号来解算出自身位置，以实现定位和导航。 GPS 接收机使用环境可分为中、低动态接收

17、机；按所接收信号分为单频 C/A 码接收机和双频（ P码或 Y码）接收机等。 GPS 接收机仅接收数据，因此在同一区域中可有任意数目的用户使用 GPS 信号。 1.3 GPS 的基本定位原理 全球定位系统是由一系列卫星组成的，它们 24 小时提供高精度的世界范围的定位和导航信息。准确地说，它是由 2 4 颗沿距地球 12000 公里高度的轨道运行的 NAVSTAR GPS 卫星组成，不停地发送回精确的时间和它们的位置 。 GPS接收器同时收听 3 12 颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，还有它们的移动速度和方向等。 GPS 接收器利用 GPS 卫星发送的信号确定卫星在太空中的

18、位置，并根据无线电波传送的时间来计算它们间的距离。等计算出至少 3 4 个卫星的相对位置后， GPS 接收器就可以用三角学来算出自己的位置。每个 GPS 卫星都有四个高精度的原子钟，同时还有一个实时更新的数据库，记载着其他卫星的现在位置和运行轨迹。当 GPS 接收器确定了一个卫星的位置时，它可以下载其他所有卫星的位置信息，这有助于它更快地得到所需的其他卫星的信 息。 2. 地理信息系统 GIS简介 2.1. GIS 起源 GIS 最早起源于 20 世纪 60 年代 “ 要把地图变成数字形式的地图，便于计算机处理分析 ” 的目的。 1963 年，加拿大测量学家 R FTomlinson 首先提出

19、了 GIS这一术语，并用于自然资源的管理和规划。后来的几十年中间，伴随着计算机技术和网络技术的迅猛发展， GIS 的应用也日趋深化和广泛，在环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、航空、市政管理、城市规划等领域成为常备的工作系统。 9 2.2. GIS 在交通中的发展 近年来，随着地理信息系统的飞速发展，越来越多的应用领域同 GIS 技术建立了紧密的联系。由于交通信息系统具有精度要求高、规则复杂、动态化、离散化等特点，原有的信息技术已经不能完全满足交通应用的需求，而借助于 GIS的强大功能，可以实现交通信息化的时代要求。交通领域中 GIS 的应用也越来越受到研究者和开发者的重视。 10 第二

20、章 系统体系结构 1. 系统特点 监控终端是网络监控中心或监控分中心的组成部分，与网关、网管 通过局域网通信，它可以实现对车辆的监控、查询、监听、报警自动显示、车辆轨迹回放、地理信息查询、车辆调度文本信息发送、车辆黑匣子数据查询等一系列 功能。 本系统 可支持车台以两种接入方式接入到系统中，一种是通过 GSM 短信实现与控制中心的通信，另一种是通过 GSM/GPRS 实现与控制中心的通信。其中GSM/GPRS 方式提供比 GSM/SMS 方式更快捷，更实时数据传输服务。中心可准确获取定位车辆当前的位置信息。同时，系统利用 SMS 与 GPRS 相结合的方式， GPRS数据传输和 GSM 短消息

21、方式互为备份。 系统具有如下特点 ： (1) 开放性 系统设计遵循开放性原则，能够支持多种硬件设备和网络系统，并支持二次开发。 (2) 通信方式灵活性 系统可根据需要，选择 GSM/SMS 短信通道进行通信，也可选择 GSM/GPRS 的TCP 通道进行通信，还可选择 GSM/GPRS 的 UDP 进行通信。且 GSM/SMS 短信和GSM/GPRS 互为备份，提高了传输的可靠性 。 (3) 实时性 系统选择 GSM/GPRS 的 TCP 或 UDP 的通信方式时，中心能及时反应移动目标当前的状态，时间差小于 2 秒。 (4) 安全性 系统在设计过程中，考虑到了防止非法用户享受服务，防止计算机病毒入侵，系统对整个网络进行实时监控，及时反应网络状态，同时采用纠错冗余技术，保证系统安全和数据的可靠传输。 2. 系统总体结构 监控终 端界面：