系統(tǒng)的工作原理：便攜式終端由個(gè)人攜帶,，可以為用戶實(shí)現(xiàn)定位,、導(dǎo)航以及遇險(xiǎn)報(bào)警等功能，當(dāng)用戶開啟報(bào)警按鈕時(shí),，用戶所在位置的GPS數(shù)據(jù)信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控平臺(tái),，并在數(shù)字矢量地圖中顯示出用戶的位置，便于用戶得到及時(shí)救助,。
2 便攜式終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 終端的硬件結(jié)構(gòu)
　　便攜式終端直接與用戶交互,，完成數(shù)字地圖" title="數(shù)字地圖">數(shù)字地圖顯示及定位、導(dǎo)航及報(bào)警信號(hào)的發(fā)送任務(wù),，硬件結(jié)構(gòu)由如下幾個(gè)部分組成：ARM處理器,、顯示模塊、GPS模塊,、GPRS模塊,、存儲(chǔ)模塊和報(bào)警模塊等，如圖2所示,。

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2.1.1 ARM處理器
　　ARM處理器是整個(gè)便攜式終端的核心,，需要處理大量的數(shù)據(jù)及運(yùn)算。為適應(yīng)系統(tǒng)的整體性能,，選用三星公司的S3C2410處理器,。S3C2410基于ARM 920T內(nèi)核，頻率為203MHz,，具有MMU虛擬內(nèi)存管理單元,，搭配第三方公司生產(chǎn)的接口板，可擴(kuò)充串口,、網(wǎng)卡,、USB接口、LCD接口,、JTAG接口等,，方便系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行。
2.1.2? GPS模塊
　　GPS數(shù)據(jù)接收模塊采用ROCKWELL公司的JUPITER接收器,，它具有12個(gè)并行通道和高靈敏度RF部分,，可快速捕捉衛(wèi)星信號(hào)，在開闊空間,，冷啟動(dòng)約1分鐘,，定位精度小于15m，并提供自動(dòng)存儲(chǔ)功能,，可以在掉電時(shí)將當(dāng)時(shí)信息固化在芯片內(nèi)部,。
2.1.3? GPRS模塊
　　通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS（General Packet Radio Service）是在 GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的高效數(shù)據(jù)傳輸方式,。相對(duì)于低傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率的GSM(916Kb/s)，GPRS具有最高可達(dá)17 112Kb/s的傳輸速率,。GPRS具有“永遠(yuǎn)在線”的優(yōu)點(diǎn),，按照數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)方式更符合用戶需要,。此外,，GPRS支持TCP/IP協(xié)議，用戶可以直接訪問(wèn) Internet站點(diǎn),。它還可以提供一系列交互式業(yè)務(wù)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)等^[1],。
　　本設(shè)計(jì)采用西門子公司的MC39終端,，它支持GPRS/GSM兩種網(wǎng)絡(luò)方式，硬件接口采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232串口,，通過(guò)它向GPRS模塊發(fā)送AT命令,，可以對(duì)GPRS模塊進(jìn)行初始設(shè)置和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接,、數(shù)據(jù)傳送等功能,。
2.2? 終端的軟件設(shè)計(jì)
　　便攜式終端的軟件設(shè)計(jì)主要分為嵌入式操作系統(tǒng)的移植、Microwindows和PPP撥號(hào)程序的移植,、嵌入式GIS程序以及報(bào)警和通信模塊設(shè)計(jì),。
2.2.1? 嵌入式操作系統(tǒng)和Microwindows的移植
　　眾所周知，Linux系統(tǒng)是一款免費(fèi),、開源的操作系統(tǒng),，具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性和可移植性，用戶可以根據(jù)自己的需要隨意更改源代碼,，使其適應(yīng)不同的應(yīng)用,。
　　Linux移植到嵌入式平臺(tái)一般分為下面幾個(gè)步驟：下載源碼、建立交叉編譯環(huán)境,，配置編譯內(nèi)核,，制作文件系統(tǒng)，下載,、調(diào)試內(nèi)核,。
　　Microwindows起源于NanoGUI項(xiàng)目，是由Gregory Haerr組織的一個(gè)開放源代碼項(xiàng)目,，也是嵌入式系統(tǒng)" title="嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)中廣為使用的一種圖形用戶接口(GUI),。它采用了類似GAL層和IAL層的設(shè)計(jì)思想，使用分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,，可移植性非常好,。另外,，它還提供了多種應(yīng)用程序接口（API）?？紤]到開發(fā)成本和移植的相對(duì)簡(jiǎn)單性,，本設(shè)計(jì)采用Microwindows作為便攜式終端的GUI。
　　Microwindows是一個(gè)可配置的軟件包,，可以針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的不同需求進(jìn)行配置,、裁剪、正確的配置是成功移植Microwindows的關(guān)鍵,。配置內(nèi)容包括基本發(fā)行包的設(shè)置,，各種字體的選擇和各種圖像處理包的安裝等。配置完成后,，就可以進(jìn)行下一步的編譯工作了,。
　　如果編譯成功，在mwsrc/bin目錄下會(huì)產(chǎn)生Nano-X的服務(wù)器程序nano-X,、Nano-X窗口管理器程序nanowm和一些演示程序,；在mwsrc/lib目錄下會(huì)產(chǎn)生libmwin.a、libnano-X.a等Microwindows/Nano-X API函數(shù)庫(kù),，用戶可以利用這些函數(shù)庫(kù)來(lái)開發(fā)自己的應(yīng)用,。
2.2.2 PPP撥號(hào)程序的移植及建立GPRS無(wú)線通信鏈路
　　PPP（Point to Point Protocol）是專門為解決Modem撥號(hào)上網(wǎng)的問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。PPP 在連接過(guò)程中所處的主要狀態(tài)有死亡,、建立,、認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)和終止^[2],。當(dāng)鏈路" title="鏈路">鏈路是死亡時(shí)沒(méi)有物理層連接,，成功建立物理連接后鏈路變成建立，這時(shí)LCP 選項(xiàng)商議開始,，如果成功則進(jìn)入認(rèn)證,。如果在LCP 階段要求了認(rèn)證， 此時(shí)就可以檢查PEER的標(biāo)志,，然后進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)階段,，采用相應(yīng)的NCP協(xié)議配置網(wǎng)絡(luò)層。在完成數(shù)據(jù)傳輸后,，鏈路進(jìn)入終止階段,，并返回死亡。PPP鏈路建立簡(jiǎn)要流程如圖3所示,。

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　　PPP撥號(hào)程序移植成功后,，就可以利用腳本程序撥號(hào)上網(wǎng)了，下面是它的一個(gè)簡(jiǎn)單示例^[3]：
　　/dev/ttyS0???????????? 　　　　//指定設(shè)備端口號(hào)為ttyS0即串口0
　　115200???????????????? 　　　　//設(shè)置設(shè)備波特率
　　connect "/usr/sbin/chat"?
????　　　　　　　　　　　? 　　　　//向無(wú)線模塊發(fā)送命令并提供登陸信息
　　/usr/sbin/pppd??????? ???　　 //調(diào)用pppd撥號(hào)程序
　　AT+CGDCONT=1,"IP","cmnet"
????　　?????????????????????　　 //設(shè)置APN：cmnet
　　ATD*99***1#????? ????? 　　//撥號(hào)*99***1#
2.2.3? 嵌入式GIS繪圖引擎的設(shè)計(jì)
　　地圖顯示是GIS系統(tǒng)最基本的一個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是了解GUI提供的接口,從地圖文件中取得圖層相關(guān)數(shù)據(jù),然后用圖形工具顯示出來(lái),。在本設(shè)計(jì)中,，利用Microwindows提供的Nano-X API實(shí)現(xiàn)。
　　Nano-X使用Xlib類型的窗口,，繪圖時(shí)使用窗口的標(biāo)識(shí)值,，它采用客戶/服務(wù)器模式，客戶端向服務(wù)器端發(fā)送繪圖請(qǐng)求,，服務(wù)器端調(diào)用圖形庫(kù)對(duì)應(yīng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)最終的繪制命令,。服務(wù)器端為各種類型的繪圖元素分配資源，以后所有的繪圖操作都在服務(wù)器端完成,。所以在運(yùn)行客戶應(yīng)用程序前必須先啟動(dòng)服務(wù)器進(jìn)程N(yùn)ano-X,。Nano-X的服務(wù)模式如圖4所示。

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　　下面是繪圖程序的框架,，API的入口點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言函數(shù)Main( )：
　　Main(…) ???????????????????????????????? //程序入口
　　{
　　GrOpen();???????　　　　　　　　　????????? //與服務(wù)器端建立連接
　　gid=GrNewGC();????????? 　　　　　　　　　　//創(chuàng)建圖形上下文
　　wid=GrNewWindowEx(…); ?????? 　　　　　　? //創(chuàng)建窗口
??? GrSelectEvents(); ???????????　　　　　　? //選擇要處理的事件
　　GrMapWindow(wid);????????????????????????? //顯示窗口
　　GrMainLoop(NxEventHandler);??????????????? //捕獲事件
　　}
2.2.4? 報(bào)警及數(shù)據(jù)通信模塊的設(shè)計(jì)
　　報(bào)警及數(shù)據(jù)通信程序采用TCP套接字的客戶/服務(wù)器模式實(shí)現(xiàn),，客戶和服務(wù)器分別對(duì)應(yīng)便攜終端和監(jiān)控中心，其基本流程如下：運(yùn)行客戶端程序,，讀取GPS數(shù)據(jù)信息并存儲(chǔ)于本地緩存器,，通過(guò)GPRS無(wú)線鏈路與具有獨(dú)立公網(wǎng)IP的監(jiān)控中心建立SOCKET連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸,。
3 監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)
　　作為個(gè)人GIS助理系統(tǒng)的重要組成部分,，監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)接收便攜式終端用戶所發(fā)送的位置信息，完成接收?qǐng)?bào)警,、發(fā)送指令等功能,。在硬件方面需要有一臺(tái)具有公網(wǎng)獨(dú)立IP的X86體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī),，運(yùn)行Windows操作系統(tǒng),，在軟件結(jié)構(gòu)上主要分為GPS數(shù)據(jù)接收及解析、GIS功能模塊,、位置信息顯示以及報(bào)警系統(tǒng)四大模塊,，如圖5所示。

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　　工作原理如下：GPS數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線鏈路傳送到監(jiān)控中心后,，首先經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)解析程序解析成人們?nèi)菀桌斫獾臅r(shí)間,、經(jīng)緯度、速度等信息,，同時(shí)調(diào)用GIS模塊,，繪制數(shù)字地圖，并將解析后的位置信息顯示在地圖上,。如果此時(shí)用戶發(fā)生意外并發(fā)出報(bào)警信號(hào),，監(jiān)控人員就可以及時(shí)準(zhǔn)確地掌握事故發(fā)生位置，快速提供幫助,。
　　監(jiān)控平臺(tái)的軟件采用Delphi編寫,，所采用的數(shù)字地圖由中科大GPS實(shí)驗(yàn)室具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字地圖生產(chǎn)平臺(tái)制作,。圖6是監(jiān)控平臺(tái)軟件的截面圖。

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　　本文介紹的個(gè)人GIS助理系統(tǒng)在中科大校園的測(cè)試中取得了良好的效果,，它利用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)傳輸途徑,，充分發(fā)揮通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)傳輸速率高、系統(tǒng)延時(shí)小的特點(diǎn),，但該系統(tǒng)也受到了移動(dòng)通信信號(hào)強(qiáng)弱的限制,，在實(shí)際測(cè)試中，如果遇到信號(hào)盲區(qū),，數(shù)據(jù)傳輸就會(huì)延誤,，使得監(jiān)控平臺(tái)端的數(shù)字地圖上信息顯示發(fā)生滯后。
　　另外,，便攜式終端采用了ARM嵌入式系統(tǒng),，它具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力以及良好的可移植性，用戶可方便地加入自己的應(yīng)用以及后續(xù)開發(fā)工作,，為系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善提供了途徑,。