探讨基于谷歌地球和GPS的物品定位跟踪系统研究

基于谷歌地球和GPS的物品定位跟踪系统研究摘要：GPS和GoogleEarth是上世纪后期和本世纪初人类的最重要的两大发明。它们最初的产生都源于测绘技术，服务于军事和航天技术。近10年，随着网络技术和应用越来越发达并普及，GPS和GoogleEarth所能覆盖的业务范围也越来越大，技术也日臻成熟。基于GoogleEarth和GPS为核心的物品定位跟踪系统已经走入了人类的视野，应用于军事、科技、情报、地理、商业甚至我们的生活中，是一项具有时代标志的高科技技术。本文希望借助GoogleEarth和GPS的相关技术来简单介绍一下物品定位跟踪系统的结构设计和功能设计，试图证明基于GoogleEarth和GPS的目标物品定位跟踪系统的准确性和实时性。关键词：GPS；GoogleEarth；物品跟踪定位；系统GPS最早应用于军事目的。虽然GPS在早期的技术并不成熟，但却让人们意识到了卫星定位的可行性，这种初步的尝试和设想就造就了后来的GPS系统。一、GPS与GoogleEarth（一）GPS发展概要GPS（GlobalPositioningSystem）是一种测量经纬度以及海拔高度的测绘系统。这是GPS早期具体的功能应用。它源自于50年代的美国军事——子午仪卫星定位系统，也就是卫星定位系统。早期的GPS系统因为卫星数量少且工作效率低，并不能为美国军队提供高度精确的地理定位信息。所以经过了多年的研究和实践，在70年代初期，真正的GPS系统诞生了。新的GPS系统增加了卫星和运行轨道的数量，可以通过任何角度来观测地球，精度也有很大提高。在那以后又经过了10多年的反复实验与修改，终于在1988年研制成功了最新的由21颗工作性和3颗备用星在互成60度角的6条轨道上运行的GPS系统，这也是到目前为止GPS卫星系统的标准工作模式。如今,GPS系统已经不仅仅为军事服务，它的应用覆盖面积几乎广大到占据整个地球，主宰了人们的生活。(二)GoogleEarthGoogleEarth就是谷歌地球，它是一款谷歌公司在2005年研发的虚拟地球仪软件。GoogleEarth源于一家名为Keyhole公司研发的旗舰产品。这家位于美国加州的卫星图像公司专门从事数字地图测绘业务的开发，它依靠海量的卫星图像信息数据库，通过软件向网络用户呈现地理图像信息，这就是GoogleEarth的前身。在2004年Google收购Keyhole后，经过一年的调整和运作GoogleEarth就宣布上市了。它为所有网络用户提供随时随地的免费服务和更新率很高的卫星地图影像以及地理信息集合。有人笑称如果哥伦布有GoogleEarth的帮助，他就不会历尽千辛万苦寻找新大陆。事实的确如此，GoogleEarth通过卫星影像与航拍数据以及互联网的支持，确实给用户以强大的体验和实用性。目前GoogleEarth已经应用在世界的任何地方。（三）GPS与GoogleEarth的结合GPS通过卫星为用户提供二维的可动性定位，而GoogleEarth通过海量的的卫星影像和航拍为用户提供固定的三维地图地理信息。如果能让GoogleEarth拥有GPS功能，拥有追踪、导航和定位等实时技术，就可以借助GoogleEarth详尽的三维地图来弥补GPS在地图信息上内容不足和无法实时更新的劣势，对于GPS本身来说监测成本也会降低。而一些情报和刑侦或海关部门利用具有三维实时更新图像的定位系统，就可以实时的观测和监控交通物流中可能存在的危险物品运输以及对于车辆的跟踪，从而提高刑侦案件的破案率。现如今，这一设想已经变为了现实。目前GoogleEarth已经为用户提供了拥有GPS接口的版本，实现了Google与GPS功能的融合。二、基于GoogleEarth的GPS导航系统在GoogleEarth的软件中引入定位跟踪导航系统一直以来是用户所希望的，目前Google推出的的GoogleEarthPlus/Pro/Enterprise等收费版本就加入了GPS系统。这些版本能够实现和显示当前用户所在位置的地图和移动轨迹，是三维地图化的导航定位跟踪系统。在免费的版本中，是不具备这个功能的。如果在免费的GoogleEarth版本中创建KML文件，就可以实现GoogleEarth拥有GPS导航功能的目的。而利用Google官方提供的3D绘图工具在GoogleEarth上绘制各种建筑或其他物品，通过上传到GoogleEarth上作为商业的展示，也是一种融入了高科技的商业宣传手段。（一）实现与GPS模块之间的通讯如果要建立一个基于GoogleEarth的GPS导航系统，就要拥有以下几个部分。1、GPS接口。实现GoogleEarth设备的GPS功能的端口。2、GPS导航系统与GPS设备的通讯模块。这是联系GPS系统和GoogleEarth软件的重要部分。3、WEB服务器。服务器负责直观的接受来自于GoogleEarth的网络请求，也就是NetworkLink发出的联线请求，从而能够做到响应当前的坐标与轨迹信息。4、提供GPS轨迹管理以及和其他GPS数据交换的工具。（二）数据的流动互换由于要实现GPS与GoogleEarth的联动，那么在整个系统中数据的流动与互换是很重要的。在系统中，GPS依然是最重要的信号源，它负责接收来自卫星的信号并进行数据分析计算，最后将数据传送到本系统中。系统就会开始对GPS数据信息进行相应读取。在这个数据的流转过程中，主要的任务就是利用读取的GPS信息来控制GoogleEarth，从而达到信息和功能的融合。另外就是要进行GPS导航轨迹的管理，把这些轨迹记录下来，并有效有序的显示在GoogleEarth上起到导航的作用。上图为系统数据流动和交互全过程如果将GPS系统安装在电脑上，就可以接受到的卫星信号，通过计算化作地理信息坐标记录在电脑上。在电脑端要将蓝牙端模拟成基本的串口通讯从而不断的接收来自于GPS的信息，再通过电脑上GoogleEarth模板来控制GoogleEarth的显示，GoogleEarth就会根据实时情况，连接服务器来获取对应地图的坐标，这一般用于现在的车载GPS中，而相比较于车中的通讯终端，一台笔记本电脑通过无线网络就能连接GPS服务器，接收GPS信息。（三）核心模块间的通讯1、GPS通讯模块。GPS通讯模块可以读取来自于GPS设备收集的信息并进行过滤。收集过滤之后，GPS模块将实时分析数据并将分析出来的地理信息转化为坐标和轨迹信息，传送给GoogleEarth控制模块。图为GPS模块的信息接收与传送2、WEB服务器模块会接收到来自于GoogleEarth的请求，生成用来改变GoogleEarth的KML文件，并响应GoogleEarth。图为GoogleEarth接收信息并相应的过程（四）KML文件的生成KML文件实际是Keyhole的标记语言（Keyholemarkuplanguage）的缩写。它主要采用XML的格式与语法方式，来描述和保存地理信息的语言。计算机的蓝牙模拟串口通讯中接收到GPS收集的地理信息后，会随后接收到来自于GoogleEarth的NetworkLink请求，生成KML文件并改变GoogleEarth。GoogleEarth中的预订轨迹导航模块会先加载KML文件，然后就将获得预订的轨迹信息。KML文件提供了指定地点的图标和注脚并且为每一个地理环境都创建了不同的视觉角度并显示三维物。KML文件的格式如下：Placemarkname线名称/namedescription描述/descriptionstyleUrl线类型/styleUrlLineStringextrude线标号/extrudetessellate线标号/tessellatealtitudeMode高程模式/altitudeModecoordinates经度，纬度/coordinates/LineString/PlacemarkPlacemarkname点名称/namedescription描述信息/descriptionPointcoordinates经度,纬度/coordinates/Point/Placemark当KML文件生成并相应GoogleEarth以后，系统将会自动打开GoogleEarth的浏览器并打开KML文件，将目标物的定位信息以及运行轨迹显示在GoogleEarth上。上图在整个系统中的表现过程，即GPS设备不断的接受来自卫星的无线信号，并且通过GPS设备本身的计算功能算出所接受信息的坐标和地理信息，随后是识别工作，通过识别，过滤掉无用的经纬度数据。之后通过与电脑蓝牙串口通讯的联系，电脑接受GPS设备的联系并开启线程，接受GPS系统过滤后的信息。这些信息在电脑里可以按照结构与坐标进行累加和连线，最后构成一条轨迹，这条轨迹就是对于目标物的定位轨迹。上图为广东省境内的一次基于GoogleEarth的GPS导航测试，此过程就运用了本文所讨论的方法进行操作。从深圳市的深圳大学到广州市的白云路，历时10个半小时，到达目的地后所显示出的移动轨迹。所以我们说通过模拟串口通讯信号接受GPS信息生成KML文件并响应GoogleEarth从而生成路线轨迹追踪目标的方法很好但却又有缺点，就是它只能记录目标的航迹和航点，却不能够像GPS那样记录目标的实时移动。总结：通过上述中计算机终端接收GPS信号并相应GoogleEarth生成实时航迹的方式，我们验证了GPS在GoogleEarth上的巧妙应用，它弥补了GPS二维地图信息不足的缺陷，实现了基于GoogleEarth的卫星影像的三维图像下运用GPS也能跟踪定位目标的设想。参考文献：[1]陈修治,陈燕乔,苏泳娴等.基于谷歌地球和GPS的物品定位跟踪系统[J].计算机工程与设计,2011,32(9).[2]金玉.基于GoogleEarth的GPS导航系统设计[J].硅谷,2011,(17).[3]谷歌地球带来的革命[J].大自然探索,2010,(1).