1 引言
為了緩解現代城市交通的壓力,，近年來出現了將最新的GSM（全球移動通信系統）、GPS（全球定位系統）,、GIS（地理信息系統）系統與計算機網絡技術相結合的ITS智能交通系統,。通過此系統可以合理利用和充分發(fā)揮現有道路的交通潛力，有效解決交通擁擠的現象,。借助于高科技手段,，ITS系統可以對機動車輛實施管理、調度,、救生,、咨詢或進行防盜等多種功能，幅度提高交通管理質量,。對集團用戶則可以提高車輛的營運效率,，降低營運成本。
為了實現ITS智能交通系統,，如何進行車輛定位是一個關鍵性的問題,。GPS車輛定位系統，是借助GPS全球定位系統為機動車輛提供定位信息的系統,。GPS系統可以提供全球覆蓋,、全天候、免費的高精度標準授時/導航定位服務,，通過車載GPS接收機可以實時地獲得車輛的經緯度位置和時間等關鍵信息,。也正因為此，GPS系統成為當前車輛定位的首選方案,。車輛定位系統將GPS系統獲得的經緯度信息進行地圖匹配,，以確定車輛在城市交通道路中的具體位置。 本文將PC/104嵌入式計算機應用在GPS車輛定位系統設計中,，討論了系統的軟硬件設計,。2 GPS車輛定位系統工作原理 GPS車輛定位系統的工作原理如圖1所示。
從圖1可以看出GPS車輛定位系統與GPS系統,、定位業(yè)務,，以及GIS系統的應用密不可分。以下將對它們的研究現狀加以簡要介紹,。
2.1 GPS全球定位系統
GPS原名“導航星”（NAVSTAR）系統,，1993年12月8日由美國國防部建成并投入運營。該系統將24顆衛(wèi)星分布在6個等間隔空間軌道上,，其中有三顆備用星,。這種分布可以保證全球任意地區(qū)、任何時刻都處于不少于4顆衛(wèi)星的觀測之下,。GPS接收機通過天線接收衛(wèi)量信號和導航電文,，然后進行碼測量或相位測量，依據導航電文提供的衛(wèi)星位置和鐘差改正信息,，就可確定4個導航參數：緯度,、經度、高度和時間,，從而實現定位和導航,。GPS接收機僅接收數據，因此在同一地區(qū)可以有任意數目的用戶接 GPS信號,。
2.2 定位業(yè)務（LCS）
移動通信發(fā)展到今天,，最能體現它勃勃生機的地方在于其豐富多彩的數據業(yè)務和增值業(yè)務。移動定位業(yè)務作為移動通信網的一種增值業(yè)務,，在這一發(fā)展機遇下也悄然興起,。據預測，到2004年,，在各種移動通信業(yè)務用戶數排名中,，定位業(yè)務用戶數將位居第二，成為僅次于語音業(yè)務的增值業(yè)務,。美國聯邦通信委員會（FCC）早在1996年,，就規(guī)定美國的移動通信公司必須在2001年前為每位擁有手機的用戶提供定位業(yè)務，使這些用戶能夠用手機撥打911緊急救援電話（相當于中國的110電話）,。FCC還對所要提供的位置精度作了規(guī)定,。由于定位業(yè)務的深遠影響，GSM的標準組織ETSI也委托美國的T1P1為GSM制定Phase 2+的定位業(yè)務標準,，并已納入到ETSI的標準當中,，同時，AMPS,、CDMA,、尋呼系統等移動通信系統都在積極開發(fā)定位業(yè)務，許多廠商已經開發(fā)出了許多定位設備,，提供精度越來越高的定位業(yè)務,。它的應用前景主要集中在以下幾點：緊急救援、車輛導航和智能交通系統（ITS）,、工作調度和團隊管理,、移動黃頁查詢,、與距離有關的計費等。
2.3 GIS地理信息系統
GIS地理信息系統能以一個空間信息為主線,，將其它各種與其有關的空間位置信息結合起來,，是以計算機為手段，對具有地理特征的空間數據進行處理的軟件系統,。GIS的用途十分廣泛,，可以為各類應用目的服務，例如交通,、能源,、農林、水利,、測緩,、地礦、環(huán)境,、航空,、國土資源綜合利用等等。在未來“數字地球”的建設中,，GIS將起到十分重要的作用,。研究GIS的理論與技術、開發(fā)GIS軟件產品以及推進和深化GIS各類應用已經成為國內外科技界和產業(yè)界的一大熱點,。
GIS的理論基礎主要有兩大支柱：地球科學和信息科學,。前者涉及地物空間信息及其關系信息的獲取、分類模型及語音表示中的理論問題和實踐問題,，后者則涉及信息的組織,、存儲、處理,、可視化表示及傳輸中的理論問題和實踐問題,。GIS的技術基礎包括遙感技術、定位技術和信息技術的各個方面,。其發(fā)展趨勢之一是OpenGis（開放地理數據互操作）,；發(fā)展趨勢之二是全關系化，其目標就是大大提高空間數據的建設,、分析速度,，大大簡化GIS應用軟件的設計。GIS發(fā)展的總趨勢是從以系統為中心向以數據為中心發(fā)展,。并且,，GIS/GPS技術的一體化一直是GIS技術界努力的方向。
在車輛定位系統中,，需要電子導航地圖來描述城市道路交通信息,，而電子導航地圖即屬于GIS地理信息系統的一種應用,。
3 GPS車輛定位系統軟硬件設計
3.1 硬件設計
車載設備的具體工作環(huán)境要求GPS車輛定位系統的體積要盡可能小、可靠性要盡可能高,。因此,，系統硬件核心部分適宜選擇某種嵌入式計算機。隨著計算機技術的飛速發(fā)展,，在產品中嵌入微機作為控制器已開始隨處可見。由于PC體系結構的廣泛流行,，與PC兼容的軟件,、硬件、外設和開發(fā)工具都比其它體系結構更豐富,、更便宜,，將PC體系結構用于嵌入式應用就意味著能夠大幅度地降低開發(fā)成本、減小風險及縮短開發(fā)周期,，而且減少了許多令人頭疼的系統維護和技術支持,。
PC/104計算機可以滿足以上要求，它體積小,、集成度高,，提供與PC總線在體系結構、硬件和軟件上的完全兼容,，而且結構緊湊的棧接式模塊很適合嵌入式控制應用的獨特要求,。由于使用CMOS器件，PC/104模塊功耗低,，不存在散熱問題,，工作溫度范圍寬（0～70℃）；結構緊固,，非常緊湊,，所占面積只有90mm×96mm，超小的體積使安裝和攜帶都很方便,；減少了產品部件的數量,；由模塊構成的系統，直接疊裝,，無需機箱和底板,；并且具有良好的抗沖擊、抗震特性,。已有的PC/104模塊為構造嵌入式系統提供了種類繁多的各種構件,，它能高集成性和可模塊化的結構適用于多種應用。
現在市場上銷售的PC/104計算機型號一般都在486以上,，具有兩個串行口和一個并行口,。在GPS車輛定位系統硬件設計中,，可以將兩個RS232串行口分別用于GPS接收機數據接收和RTCM104差分GPS修正擴展。一個并行口可外接液晶顯示屏,。通過配套的萬用鍵盤接口,，可以將薄膜鍵盤擴展成用戶鍵盤直接連接在PC/104的標準鍵盤接口上使用。此外,，PC/104還可以選擇各種容量的固態(tài)盤芯片和電子盤作為數據存儲硬盤使用,。系統硬件設計原理圖如圖2所示。
GPS車輛定位系統在完成地圖匹配后,，需將行車路徑顯示在液晶屏上,。如果需要，還可顯示時間,、精度,、緯度及海拔等觀測量。此外用戶可以通過發(fā)送指令完成地圖縮放和信息查詢,；記錄和維護歷史軌跡,，支持軌跡重放（即能夠通過液晶顯示器顯示車輛在某一段時間行走的軌跡）；接受并處理報警信息等,。通過通信網傳輸車輛的位置信息,，還可以完成機動車輛實施管理、調度,、救生,、咨詢或進行防盜等多種功能。
3.2 軟件設計
GPS車輛定位系統軟件編制工作主要集中在GPS信號接收,、電子導航地圖的開發(fā)與管理,，以及地圖匹配和定位信息顯示等幾個方面。其中難點在于電子導航地圖的開發(fā)與管理,，這屬于GIS系統范疇,，其開發(fā)形式主要有三種：
①自主設計電子導航地圖的數據結構和數據庫，利用Visual C++,、Visual Basic等編程語言開發(fā)GIS系統軟件,。這種開發(fā)形式要求必須具備雄厚的科研力量和巨額的開發(fā)費用。
②引進國內外先進的GIS系統軟件,，利用其提供的二次開發(fā)工具,，結合自己的應用目標開發(fā)。這種方法比較簡單易行,，主要缺點是移值性差,，并且受開發(fā)工具的限制，不能脫離原系統軟件環(huán)境而獨立運行。
③利用支持對象技術的高級語言和GIS廠商提供的控件構成面向最終用戶的可執(zhí)行應用程序,。利用這些控件開發(fā)的GIS被稱為嵌入式的GIS,。這種方法是隨著20世紀90年供興起的控件技術的發(fā)展而開始流行的，它的特點是開發(fā)周期短,、成本低,、可以脫離大型商業(yè)GIS軟件平臺獨立運行，為不熟悉GIS技術的團和個人提供使用上的便利,，是未來GIS開發(fā)的重要方向,。
例如：MapInfo是美國MapInfo Corpration開發(fā)的桌面地理信息系統軟件，為用戶提供完整的地理信息解決方案,。為了方便用戶應用開發(fā),，也為了MapInfo 的普及推廣，MapInfo推出了能讓用戶進行二次開發(fā)和使MapInfo智能化的MapBasic編程語言,。使用MapBasic語言可以使用戶方便地開發(fā)專門的MapInfo應用系統?？梢詧?zhí)行復雜而先進的數據庫查詢操作,。此外，MapBasic程序易于諸如Visual Basic,、C++,、Visual C++、Power Builder,、Delphi等語言編寫的應用軟件集成,，能實現MapInfo與其他應用程序的連接。在MapBasic開發(fā)環(huán)境的支持下,，可將MapInfo應用于各種不同的領域（如決策支持,、多媒體數據庫應用、衛(wèi)星定位應用系統等）,。從而可用其開發(fā)出與GPS相結合的車輛定位系統,。
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bsp; 當今，比較前衛(wèi)的桌面地理信息系統開發(fā)工具是Mapinfo MapX,，它是Mapinfo公司新近推出的GIS產品,，它不同于Mapinfo是Professional Runtimes和Map Basic，它是一個OCX控件,。開發(fā)人員使用它可將桌面地理信息系統的功能嵌入一系列軟件應用中,，從而滿足用戶的特定需求。它可在諸如AB,、VC,、Power Build或Delphi這些可視化編程環(huán)境中調用。由于Mapinfo MaXP不再是一個專有程序語言，使用人員可在原有熟悉的編程環(huán)境下花費較少的時間和財力使用Mapinfo MaXP提供的先進地理信息系統功能,。
4 結束語
在國內,，針對GPS車輛定位系統的研究方興未艾，在系統實際設計與應用中還有許多問題需要研究解決,；（1）針對GPS車輛定位系統的性能指標,，選擇一個合理的GPS接收機； （2）各城市電子導航地圖的制作需要專業(yè)人員按統一格式嚴格制作,，以便于統一管理和數據共享,。因為現階段的地圖制作還處于不同公司或不同部門開發(fā)，誰開發(fā)誰管理的階段,，數據庫格式不能兼容,。因為道路交通信息量較大，故需研究一下可以滿足實際需求的GIS系統,。 （3）在城市中逐漸建立起完善的ITS智能交通系統,，有利于實現車輛定位、管理和調度等多種功能,。 以上這些都有賴于GSM（全球移動通信系統）,、GPS（全球定位系統）、GIS（地理信息系統）系統與計算機網絡技術的共同發(fā)展和完善,。本文將PC/104嵌入式計算機應用在GPS車輛定位系統設計中,，討論了該系統的軟硬件設計。