摘 要：針對(duì)GPS在各領(lǐng)域的應(yīng)用，主要介紹了基于GPS的信息系統(tǒng)的構(gòu)建方法。該系統(tǒng)是由測(cè)控終端、通信系統(tǒng)和中心監(jiān)控系統(tǒng)三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的部分組成，闡述了各組成部分的結(jié)構(gòu)、功能，簡(jiǎn)要介紹了基于GPS信息系統(tǒng)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域及現(xiàn)狀，并指出基于GPS的信息系統(tǒng)是一個(gè)將全球定位系統(tǒng)(GPS)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為跨學(xué)科、跨行業(yè)、廣用途、高效益的綜合性高新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：GPS；信息系統(tǒng)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；測(cè)控終端

中圖分類號(hào)：P228-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0501402

Information System Construction Based on GPS

XU Xiaohui LIU Xiangbin2

(1.Mechanical Engineering Department，Luoyang University，Luoyang，471023，China;

2.Electric Information Engineering College，Henan University of Science Technology，Luoyang，471003，China)

Abstract：Aiming at GPS application in all fields，this paper introduces the construction of information system based on GPS.It is composed of measuring terminal，communication system and center monitoring system.It introduces the structure and function.Moreover，this paper discusses the application fields of information system based on GPS in brief.The information system based on GPS is a fusion of GPS，computer technology，communication technology，database technology，it is a new technology.

Keywords：GPS；information system；system structure；measuring terminal

GPS(Global Positioning Navigation System，全球定位導(dǎo)航系統(tǒng))是美國(guó)國(guó)防部在上世紀(jì)70年代研制的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。通過(guò)GPS專用的接收裝置，用戶可以接收該系統(tǒng)提供的運(yùn)動(dòng)載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)信息。由于系統(tǒng)提供的參數(shù)信息為全天時(shí)、全天候、免費(fèi)的測(cè)量信號(hào)，因而基于GPS測(cè)量信號(hào)所構(gòu)建的信息系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等行業(yè)，尤其是在野外作業(yè)、地質(zhì)測(cè)量、交通運(yùn)輸行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，取得了可觀的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。本文主要介紹基于GPS的信息系統(tǒng)的構(gòu)建方法。

1 基于GPS信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

基于GPS的信息系統(tǒng)是全球定位系統(tǒng)(GPS)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物。該信息系統(tǒng)是利用GPS接收裝置提供的運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而為用戶提供有用信息的系統(tǒng)。

1.1 基于GPS信息系統(tǒng)

通常，基于GPS信息系統(tǒng)由測(cè)控終端、通信系統(tǒng)和中心監(jiān)控系統(tǒng)3個(gè)相互關(guān)聯(lián)的部分組成，其構(gòu)成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)各組成部分

在基于GPS信息系統(tǒng)中，測(cè)控終端是信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，通信系統(tǒng)是連接測(cè)控終端和中心監(jiān)控系統(tǒng)的紐帶，中心監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)信息系統(tǒng)的核心。

1.2.1 測(cè)控終端

測(cè)控終端是整個(gè)信息系統(tǒng)的信息來(lái)源。測(cè)控終端包括GPS接收裝置、測(cè)控裝置和控制器構(gòu)成，其各部分功能如下：

(1) GPS接收裝置

GPS接收裝置通過(guò)GPS天線獲取測(cè)控終端的GPS七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)信息，并將這些信息傳送到終端控制器。

(2) 測(cè)控裝置

測(cè)控裝置由測(cè)量裝置和控制執(zhí)行裝置構(gòu)成，主要完成兩方面的工作：

測(cè)量裝置通過(guò)傳感器等測(cè)量裝置獲取移動(dòng)終端(被控對(duì)象)的工作狀態(tài)以及用戶所需的一切信息。例如在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中車輛的報(bào)警信息、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、油量消耗等信息。

控制執(zhí)行裝置則是執(zhí)行終端控制器根據(jù)移動(dòng)終端自身或中心監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，以改變移動(dòng)終端的工作狀態(tài)。

(3) 控制器

控制器是移動(dòng)終端的核心，多采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。他所完成的工作如下：

數(shù)據(jù)處理功能

接收來(lái)自GPS接收裝置的移動(dòng)終端的GPS狀態(tài)參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)；

接收來(lái)自測(cè)量裝置中測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)；

對(duì)異常數(shù)據(jù)的報(bào)警或提示；

對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，傳送到信息發(fā)送裝置進(jìn)行發(fā)送。

執(zhí)行功能

根據(jù)測(cè)裝置中的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作以改變移動(dòng)終端(被控對(duì)象)的工作狀態(tài)；

根據(jù)接收的監(jiān)控中心指令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作以改變移動(dòng)終端(被控對(duì)象)的工作狀態(tài)。

通信功能

按照要求將發(fā)送裝置的數(shù)據(jù)發(fā)送到通信系統(tǒng)；

接收來(lái)自通信系統(tǒng)的中心監(jiān)控系統(tǒng)的指令，并將其發(fā)送到執(zhí)行裝置。

1.2.2 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是在基于GPS信息系統(tǒng)中移動(dòng)終端和中心監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系的橋梁，通過(guò)通信系統(tǒng)移動(dòng)終端和中心監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。根據(jù)信息系統(tǒng)的不同，有不同的通信方式供選擇。

(1) 無(wú)線電集群通信

該種通信方式是通過(guò)共享頻率、共用設(shè)施、分擔(dān)費(fèi)用、共享覆蓋區(qū)等手段達(dá)到提高信道利用率的無(wú)線通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有投資小，運(yùn)行成本低，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，但由于電臺(tái)發(fā)射功率的限制，其監(jiān)控范圍較小，且系統(tǒng)容量較低，故適用于實(shí)時(shí)性強(qiáng)的小范圍信息系統(tǒng)通信。

(2) GSM通信

該種通信方式是利用目前建設(shè)完備的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)作為通信系統(tǒng)，故覆蓋范圍廣且前期投資小?；贕PS信息系統(tǒng)利用GSM系統(tǒng)的短消息(SMS)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。由于短消息(SMS)吞吐率低，故不適合實(shí)時(shí)性要求高的系統(tǒng)。

該種通信方式適用于大范圍信息系統(tǒng)的通信。

1.2.3 中心監(jiān)控信息系統(tǒng)

中心監(jiān)控信息系統(tǒng)是整個(gè)信息系統(tǒng)的核心。整個(gè)信息系統(tǒng)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行交換、運(yùn)算、保存、顯示等處理功能。他包括管理軟件、地理信息系統(tǒng)(GIS)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)等。

中心監(jiān)控信息系統(tǒng)各個(gè)部分的主要具備的功能如下：

(1) 管理軟件

管理軟件是中心監(jiān)控信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。管理軟件應(yīng)具備以下功能：

數(shù)據(jù)交換功能 通過(guò)接收裝置接收來(lái)自系統(tǒng)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)；通過(guò)發(fā)送裝置將系統(tǒng)或用戶的指令發(fā)送到移動(dòng)終端。

數(shù)據(jù)處理功能 對(duì)接收的數(shù)據(jù)按用戶需求進(jìn)行處理，并能對(duì)異常數(shù)據(jù)向用戶提示、報(bào)警等，必要的話提供相應(yīng)的控制指令以改變移動(dòng)終端(控制對(duì)象)的行為。

(2) 地理信息系統(tǒng)(GIS)

地理信息系統(tǒng)是整個(gè)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示平臺(tái)。地理信息系統(tǒng)主要完成如下的功能：

移動(dòng)終端數(shù)據(jù)的顯示 移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)在地理空間上實(shí)時(shí)、直觀地顯示出來(lái)，使系統(tǒng)人機(jī)界面友好。

數(shù)據(jù)分析功能 根據(jù)用戶的要求，對(duì)移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，給用戶以提示。常見的地理信息系統(tǒng)(GIS)有MapInfor，MapX，ArcInfor等，可供用戶選擇。

(3) 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBMS)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(DBMS)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保存功能。依照信息系統(tǒng)復(fù)雜程度、數(shù)據(jù)量大小的不同，可采用不同的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。對(duì)于數(shù)據(jù)量較小，數(shù)據(jù)間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可考慮采用微軟公司的ACCESS，而對(duì)數(shù)據(jù)間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)則可考慮選用微軟公司的SQL Server，如系統(tǒng)龐大且須具備網(wǎng)絡(luò)通信功能則可選用Orical 數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 應(yīng) 用

由于GPS可向用戶提供的運(yùn)動(dòng)載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)信息，因而對(duì)于需要測(cè)控與空間地理信息相關(guān)的行業(yè)，基于GPS信息系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用空間。隨著美國(guó)選擇應(yīng)用(SA)政策的取消，GPS的定位精度在10 m的誤差范圍內(nèi)，這就為構(gòu)建基于GPS的信息系統(tǒng)提供了廣闊的空間。

基于GPS信息系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)領(lǐng)域：

(1) 交通運(yùn)輸領(lǐng)域：如車輛監(jiān)控，飛機(jī)機(jī)群的編隊(duì)飛行，車輛及飛行器的自主導(dǎo)航系統(tǒng)等；

(2) 地理信息相關(guān)測(cè)量系統(tǒng)：地球物理資源的勘探，工程建設(shè)的施工放樣等；

(3) 精細(xì)化農(nóng)業(yè)；

(4) 授時(shí)系統(tǒng)；

(5) 航空航天領(lǐng)域。

目前在發(fā)達(dá)國(guó)家基于GPS信息系統(tǒng)已經(jīng)在許多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并且取得的可觀的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)基于GPS信息系統(tǒng)則處于起步階段，目前的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)檐囕v監(jiān)控系統(tǒng)，地質(zhì)測(cè)量等幾個(gè)有限的領(lǐng)域。因而，將GPS信息應(yīng)用到更多相關(guān)行業(yè)，構(gòu)建基于GPS信息系統(tǒng)還有很大的空間。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于GPS的信息系統(tǒng)是一個(gè)將全球定位系統(tǒng)(GPS)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，已經(jīng)成為跨學(xué)科、跨行業(yè)、用途廣、高效益的綜合性高新技術(shù)。

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