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摘要：文章首先对基于PDA的导航系统的现状进行分析，通过对几种GPS定位技术的对比，得出各个定位技术的优差点。随后深入剖析了基于PDA的导航系统的结构框架特点：平台简单，模块可定制，对于非专业人员操作简单。最后通过对平台的实用性分析及相关测试，实现了系统的部分导航功能。
关键词：GPS；导航系统；Wince；定位
中图分类号：TP317文献标识码：B文章编号：1009-3044(2008)36-2760-01
Wince Based Navigation System Research and Implementation
LI Li, ZHANG Xiang, WANG Wei
(Southwest Jaotong University, Chengdu 610031, China)
Abstract: Firstly, this article analyzes the PDA-based navigation system and its current situation. Contrast with several of GPS positioning theory, as can be seen various positioning technologies nearly gifted. Secondly，there is an in-depth analysis of the framework features: simple platform, the customized-module, easy for non-professionals. By the end of the platform and practical analysis of the test and achieved some of the navigation system.
Key words: GPS; navigation system; wince; location
1 引言
近年來，信息技术与各个行业的渗透和普及，多学科结合的技术成为当今研究的一个热点，结合GIS与计算机技术的导航系统的研究也成为国内外普遍关注的问题。西方一些国家很早就开始研究导航系统的应用。最近几年国内也开始陆续开发嵌入式导航系统，但是规模和普及度不是很高，尤其在高端GPS应用领域里更是缺乏自主开发的系统[1]。因此国内在该领域技术的整体性和综合性深度上有待发展。国外同类产品虽然具有集成度较高等的性能优点，但其昂贵的成本成为其在国内发展的一大障碍。随着科技的发展，智能手机逐渐深入我们的生活，工作当中，为我们开发导航系统提供了一个良好的平台，减少了不必要的成本负担[2]。因此，基于智能手机，PDA等的开发成为我们当前导航系统开发的一个趋势。
2 导航系统的定位技术
现有的定位技术主要有3类：GPS定位技术，基于手机基站的定位技术以及混合定位技术。
2.1 GPS定位技术
目前PDA上应用最多的定位技术就是GPS定位。
1) 定位原理：通过PDA中的GPS接受模块来定位。GPS接收机通过测量几颗（一般是四颗）卫星信号的数据（到达时间），计算出接收机所处地点的经度，纬度，和高度，定位精度在5-40m左右；
2) 优点：使用简单方便，覆盖的范围大；
3) 缺点：在森林等有遮盖物的区域信号较差。
2.2手机定位技术
近年来，移动运营商推出了一种新的增值服务手机定位[4]。包括如下几种定位方法：
1) 时差定位方法：
定位原理：手机根据其所在服务小区基站和周围几个基站的测量数据，包括手机观测到两个不同位置的基站信号的接收时间差，两个基站之间的系统时间差（若基站信号完全同步此差值为零），可以得出两个基站到手机的距离差。只要有三个基站的数据，便可计算出手机相对基站的位置，从而确定手机的位置。这种定位方法对基站时间同步要求严格，其优点是定位基本上不依赖于天气，缺点是手机要完成时差测量和定位计算，要作大的改动，同时，在基站几何条件差的地区影响定位效果。
2) Cell of origin
定位原理：根据手机所处的蜂窝小区的ID号来确定手机位置的方法。小区ID号是移动网络己有信息，手机在小区注册后，在系统的数据库中就会将该手机与该小区ID号对应起来，只要系统能提供该小区基站位置和小区覆盖半径, 便可确定手机所处的大概位置，通过广播发送给手机便知道自己所处的位置[3]。此方法的定位精度取决于小区半径。优点是在基站较多的地方定位较准确、简单、速度快，缺点是在偏远的山区和基站覆盖较少的区域定位效果差。
2.3 混合定位技术
混合定位技术是未来发展的新的趋势，GPSONE是混合定位技术的典型代表。
定位原理：GPSONE同时从GPS和移动通信网络收集测量数据，然后组合这些数据在手机上得出精确三维定位信息。在单独利用GPS定位信息和单独利用网络信息都无法完成定位的情况下，系统会综合利用这两种信息源，只要有一颗卫星和一个小区站点数据就可以完成定位。这种定位技术在野外数据采集和定位精度上都有明显优点能弥补两方面不足，缺点是这项技术需要专门的模块集成，不利于推广，应用成本较高。
基于上述介绍，本系统采用的是GPS定位技术来解决导航系统的定位问题，利用程序读出串口得到的GPS信息，转换成需要的经纬度，与电子地图匹配，显示定位信息。
3 导航系统的设计和实现
系统程序运行流程图，如图1所示。GPS接收机接收到信号后传输给PDA的串口，通过串口把信号输出给Win CE系统的API,然后通过操作系统传输给导航软件，实现地图匹配与导航。同时导航软件也可以发出信号操控GPS模块的开启和关闭。
系统在装有WINDOWS CE5.0系统的Windows Mobile 5.0（PPC）模拟器上实现了显示SHP地图，实现了图层的添加，删除，设置图层颜色，放大，缩小，漫游，全图显示，区域查询，显示航迹等功能，如图2所示。
首先加载底层图层数据，可以根据自己的喜好设置底层地图颜色，其次可以根据自己的需要加载所需地图数据，形成有层次的地图，随即就可以对地图进行导航和其他的相关操作。同时可以根据自己所在位置，缩小选定区域，定义自己的线路，或者选择标志性建筑物等等[5]。
1) 文件功能：打开存储好地图，关闭当前地图，保存地图等功能；
2) 图层设置：实现图层添加，删除，设置图层颜色，图层上下层之间选择，移动。
图2模拟器仿真
3) 工具按钮：地图的放大，缩小，漫游，以及一键实现全图显示，点选标志性建筑物，区域进行查询，和航迹显示等功能。
4) 帮助功能：主要是提供版本信息，和相关功能的简单介绍，更加方便了用户，增强了人机交互。
在模拟器上的开发，主要依据Windows Mobile 5.0作为实机的模拟装置，用Ox boy GPS 模拟器 V1.0作为GPS信号的模拟装置，发射模拟信号。利用虚拟端口设置模拟信号的接收端，实现整个的GPS信号的发射和接收的过程。在模拟器上用蓝牙装置完成信号的接收，PPC通过蓝牙装置接收到GPS模拟器发出的信号，软件可以与地图相匹配，完成经纬度最终映射到地图上，实现GPS导航功能。
4 结束
随着GIS与其他学科的结合和相互渗透，GIS在越来越多的方面得到了应用和研究。尤其是随着国际化交流的增多，以及城市化进程的加快，移动GIS的应用在公共事务中越来越得到体现，在公共安全方面的实用价值也逐渐的增强。为了使越来越多的人在现代化交通进程中体会到方便，快捷的服务，导航系统已经成为现在GIS发展一个新方向和热点。导航系统在人们出行，以及现代化交通中的作用日趋明显，是现代企业在信息产业化发展中，所必不可少的一个重要的环节。本文根据GPS个人导航系统功能需求以及系统的要求，设计出一个实际可行的方案，并通过了简单的测试。
参考文献：
[1] 蔡勇.基于嵌入式Linux的“北斗一号”卫星导航系统软件设计[J].中国惯性技术学报,2005(3):54-58.
[2] 周毓林,宁杨,陆贵强.Windows CE.net内核定制及应用开发[M].北京：电子工业出版社,2005.
[3] 田东风.Windows CE应用程序设计[M].北京：机械工业出版社,2003.
[4] 朱晓武.基于Windows CE的移动GIS开发[J].系统建设,2002(9):11-14.
[5] 孔凡随,邹学忠.移动GIS关键技术及其应用[J].现代测绘,2005,28(3):44-46.
关键词：GPS；导航系统；Wince；定位
中图分类号：TP317文献标识码：B文章编号：1009-3044(2008)36-2760-01
Wince Based Navigation System Research and Implementation
LI Li, ZHANG Xiang, WANG Wei
(Southwest Jaotong University, Chengdu 610031, China)
Abstract: Firstly, this article analyzes the PDA-based navigation system and its current situation. Contrast with several of GPS positioning theory, as can be seen various positioning technologies nearly gifted. Secondly，there is an in-depth analysis of the framework features: simple platform, the customized-module, easy for non-professionals. By the end of the platform and practical analysis of the test and achieved some of the navigation system.
Key words: GPS; navigation system; wince; location
1 引言
近年來，信息技术与各个行业的渗透和普及，多学科结合的技术成为当今研究的一个热点，结合GIS与计算机技术的导航系统的研究也成为国内外普遍关注的问题。西方一些国家很早就开始研究导航系统的应用。最近几年国内也开始陆续开发嵌入式导航系统，但是规模和普及度不是很高，尤其在高端GPS应用领域里更是缺乏自主开发的系统[1]。因此国内在该领域技术的整体性和综合性深度上有待发展。国外同类产品虽然具有集成度较高等的性能优点，但其昂贵的成本成为其在国内发展的一大障碍。随着科技的发展，智能手机逐渐深入我们的生活，工作当中，为我们开发导航系统提供了一个良好的平台，减少了不必要的成本负担[2]。因此，基于智能手机，PDA等的开发成为我们当前导航系统开发的一个趋势。
2 导航系统的定位技术
现有的定位技术主要有3类：GPS定位技术，基于手机基站的定位技术以及混合定位技术。
2.1 GPS定位技术
目前PDA上应用最多的定位技术就是GPS定位。
1) 定位原理：通过PDA中的GPS接受模块来定位。GPS接收机通过测量几颗（一般是四颗）卫星信号的数据（到达时间），计算出接收机所处地点的经度，纬度，和高度，定位精度在5-40m左右；
2) 优点：使用简单方便，覆盖的范围大；
3) 缺点：在森林等有遮盖物的区域信号较差。
2.2手机定位技术
近年来，移动运营商推出了一种新的增值服务手机定位[4]。包括如下几种定位方法：
1) 时差定位方法：
定位原理：手机根据其所在服务小区基站和周围几个基站的测量数据，包括手机观测到两个不同位置的基站信号的接收时间差，两个基站之间的系统时间差（若基站信号完全同步此差值为零），可以得出两个基站到手机的距离差。只要有三个基站的数据，便可计算出手机相对基站的位置，从而确定手机的位置。这种定位方法对基站时间同步要求严格，其优点是定位基本上不依赖于天气，缺点是手机要完成时差测量和定位计算，要作大的改动，同时，在基站几何条件差的地区影响定位效果。
2) Cell of origin
定位原理：根据手机所处的蜂窝小区的ID号来确定手机位置的方法。小区ID号是移动网络己有信息，手机在小区注册后，在系统的数据库中就会将该手机与该小区ID号对应起来，只要系统能提供该小区基站位置和小区覆盖半径, 便可确定手机所处的大概位置，通过广播发送给手机便知道自己所处的位置[3]。此方法的定位精度取决于小区半径。优点是在基站较多的地方定位较准确、简单、速度快，缺点是在偏远的山区和基站覆盖较少的区域定位效果差。
2.3 混合定位技术
混合定位技术是未来发展的新的趋势，GPSONE是混合定位技术的典型代表。
定位原理：GPSONE同时从GPS和移动通信网络收集测量数据，然后组合这些数据在手机上得出精确三维定位信息。在单独利用GPS定位信息和单独利用网络信息都无法完成定位的情况下，系统会综合利用这两种信息源，只要有一颗卫星和一个小区站点数据就可以完成定位。这种定位技术在野外数据采集和定位精度上都有明显优点能弥补两方面不足，缺点是这项技术需要专门的模块集成，不利于推广，应用成本较高。
基于上述介绍，本系统采用的是GPS定位技术来解决导航系统的定位问题，利用程序读出串口得到的GPS信息，转换成需要的经纬度，与电子地图匹配，显示定位信息。
3 导航系统的设计和实现
系统程序运行流程图，如图1所示。GPS接收机接收到信号后传输给PDA的串口，通过串口把信号输出给Win CE系统的API,然后通过操作系统传输给导航软件，实现地图匹配与导航。同时导航软件也可以发出信号操控GPS模块的开启和关闭。
系统在装有WINDOWS CE5.0系统的Windows Mobile 5.0（PPC）模拟器上实现了显示SHP地图，实现了图层的添加，删除，设置图层颜色，放大，缩小，漫游，全图显示，区域查询，显示航迹等功能，如图2所示。
首先加载底层图层数据，可以根据自己的喜好设置底层地图颜色，其次可以根据自己的需要加载所需地图数据，形成有层次的地图，随即就可以对地图进行导航和其他的相关操作。同时可以根据自己所在位置，缩小选定区域，定义自己的线路，或者选择标志性建筑物等等[5]。
1) 文件功能：打开存储好地图，关闭当前地图，保存地图等功能；
2) 图层设置：实现图层添加，删除，设置图层颜色，图层上下层之间选择，移动。
图2模拟器仿真
3) 工具按钮：地图的放大，缩小，漫游，以及一键实现全图显示，点选标志性建筑物，区域进行查询，和航迹显示等功能。
4) 帮助功能：主要是提供版本信息，和相关功能的简单介绍，更加方便了用户，增强了人机交互。
在模拟器上的开发，主要依据Windows Mobile 5.0作为实机的模拟装置，用Ox boy GPS 模拟器 V1.0作为GPS信号的模拟装置，发射模拟信号。利用虚拟端口设置模拟信号的接收端，实现整个的GPS信号的发射和接收的过程。在模拟器上用蓝牙装置完成信号的接收，PPC通过蓝牙装置接收到GPS模拟器发出的信号，软件可以与地图相匹配，完成经纬度最终映射到地图上，实现GPS导航功能。
4 结束
随着GIS与其他学科的结合和相互渗透，GIS在越来越多的方面得到了应用和研究。尤其是随着国际化交流的增多，以及城市化进程的加快，移动GIS的应用在公共事务中越来越得到体现，在公共安全方面的实用价值也逐渐的增强。为了使越来越多的人在现代化交通进程中体会到方便，快捷的服务，导航系统已经成为现在GIS发展一个新方向和热点。导航系统在人们出行，以及现代化交通中的作用日趋明显，是现代企业在信息产业化发展中，所必不可少的一个重要的环节。本文根据GPS个人导航系统功能需求以及系统的要求，设计出一个实际可行的方案，并通过了简单的测试。
参考文献：
[1] 蔡勇.基于嵌入式Linux的“北斗一号”卫星导航系统软件设计[J].中国惯性技术学报,2005(3):54-58.
[2] 周毓林,宁杨,陆贵强.Windows CE.net内核定制及应用开发[M].北京：电子工业出版社,2005.
[3] 田东风.Windows CE应用程序设计[M].北京：机械工业出版社,2003.
[4] 朱晓武.基于Windows CE的移动GIS开发[J].系统建设,2002(9):11-14.
[5] 孔凡随,邹学忠.移动GIS关键技术及其应用[J].现代测绘,2005,28(3):44-46.