王建國(guó)，劉 明

(西安工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安，710021)

0 引言

Internet和GIS技術(shù)的飛速發(fā)展，使得WEB GIS成為人們研究的熱點(diǎn)，而且，實(shí)際應(yīng)用中對(duì)地理信息服務(wù)的各種新要求不斷驅(qū)動(dòng)著WEB地圖服務(wù)模式的地理信息技術(shù)發(fā)展與完善，其所涉及的知識(shí)領(lǐng)域已經(jīng)涵蓋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、視覺技術(shù)、空間定位技術(shù)、最佳路徑選擇技術(shù)等多個(gè)學(xué)科。

具有開放、易用、低成本等特點(diǎn)的Google Maps API是谷歌向地圖二次開發(fā)提供的一個(gè)接口，它提供了龐大的地理數(shù)據(jù)庫(kù)和強(qiáng)大的地圖處理功能，開發(fā)者可以在不建立自己地圖服務(wù)器的情況下，為用戶提供位置服務(wù)。地理數(shù)據(jù)庫(kù)是是GIS的中樞系統(tǒng)，Google Maps具有強(qiáng)大、成熟的地理數(shù)據(jù)庫(kù)，為WEB GIS提供強(qiáng)有力的地理信息可視化及查詢功能的支持。然而如何將Google Maps與GPRS技術(shù)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車輛的跟蹤，以及如何為用戶提供精確的位置服務(wù)，在GPS數(shù)據(jù)糾偏上還存在一些問題。

本文以Google Maps作為地圖資源為基礎(chǔ)，利用開放的API，對(duì)Google Maps進(jìn)行二次開發(fā)，結(jié)合GPRS通信技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Google Maps的車輛跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值，如易燃易爆品運(yùn)輸公司等對(duì)車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控要求性較高的公司。

1 Google Maps API

Google Maps是由Google提供的電子地圖服務(wù), 它提供了道路圖、衛(wèi)星地圖、地形圖、道路衛(wèi)星混合圖、街景地圖五種不同的視圖模式。Google Maps API是給Google Maps二次開發(fā)者提供的一個(gè)接口，借助Google Maps API開發(fā)者可以在不建立自己的地圖服務(wù)器情況下，將Google Maps地圖數(shù)據(jù)嵌入到自己的web應(yīng)用中，為用戶提供位置服務(wù)，還可以對(duì)此地圖服務(wù)進(jìn)行擴(kuò)展，給地圖添加標(biāo)注和路徑以及其他圖層覆蓋物，或者響應(yīng)用戶的點(diǎn)擊事件，以及幫助開發(fā)者打造自己個(gè)性化的地圖應(yīng)用站點(diǎn)。

1.1 Google Maps API 的概念

Google Maps API 是一種將Google Maps嵌人到web應(yīng)用的一組AP1,提供了強(qiáng)大的地圖顯示功能和地圖事件的處理功能。常用的有兩種接口：Ajax應(yīng)用程序調(diào)用的JavaScript接口；Flash應(yīng)用程序調(diào)用的Flex接口。

1.2 Google Maps API 的特點(diǎn)

Google Maps API 的特點(diǎn)體現(xiàn)在：

①Google Maps 對(duì)所有獲取地圖服務(wù)秘鑰的用戶都是相對(duì)免費(fèi)的，每天的訪問次數(shù)不超過2000次；

②Google Maps提供了道路圖、衛(wèi)星圖、地形圖、道路衛(wèi)星混合圖、街景圖五種不同的視圖模式，用戶可以根據(jù)自己的需求切換；

③Google Maps API 是一種基于服務(wù)器的應(yīng)用開發(fā)模式,GIS 數(shù)據(jù)處理主要集中在Google Maps的服務(wù)器端，同時(shí)，地理數(shù)據(jù)庫(kù)的更新也由Google Maps服務(wù)器端負(fù)責(zé)，用戶只需發(fā)出請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)即可。

2 車輛跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)采集層以及連接兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸層。其中數(shù)據(jù)傳輸層包括互聯(lián)網(wǎng)和接入網(wǎng)兩個(gè)部分。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，至下向上，依次是數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)處理層。其中：

數(shù)據(jù)采集層：由終端車輛的信息采集設(shè)備完成，負(fù)責(zé)終端車輛自身信息和行駛信息的采集，如車輛的車牌號(hào)碼、車型、行駛速度、行駛方向、所處經(jīng)緯度等信息，并將所采集的車輛所有信息打包，然后交給傳輸層；

數(shù)據(jù)傳輸層：由GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)采集層獲得的車輛信息數(shù)據(jù)包傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理層。

數(shù)據(jù)處理層：負(fù)責(zé)接收傳輸層的數(shù)據(jù)包，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析和處理。首先，將數(shù)據(jù)包解析成車輛自身數(shù)據(jù)和車輛行駛數(shù)據(jù)兩部分；其次，將車輛自身數(shù)據(jù)和行駛數(shù)據(jù)分別存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以便為查詢車輛的歷史軌跡提供數(shù)據(jù)；最后，根據(jù)車輛的GPS數(shù)據(jù)，結(jié)合Google Maps的GPS糾偏庫(kù)，在Google Maps上標(biāo)記車輛的位置，點(diǎn)擊標(biāo)記時(shí)，彈出車輛的車牌號(hào)碼、行駛速度、方向等信息窗口，從而實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)跟蹤。

本系統(tǒng)采用三層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理完全分開，具有清晰的邏輯性，同時(shí)，使系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性大大提高。

2.2 終端車輛信息采集設(shè)備

終端車輛作為車輛跟蹤系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象，那么車輛上的信息采集設(shè)備必須具備車輛位置數(shù)據(jù)的采集和傳輸兩大功能。車輛定位是車輛跟蹤系統(tǒng)的最基本功能，即將汽車的車牌號(hào)、經(jīng)緯度、行駛方向、行駛速度、定位時(shí)間等信息實(shí)時(shí)的發(fā)送到車輛中控服務(wù)器。

GPRS從實(shí)現(xiàn)方式上來講是在GSM的基礎(chǔ)上引入了分組，以包的形式發(fā)送數(shù)據(jù)，在移動(dòng)終端與外部網(wǎng)絡(luò)中不再使用永久連接，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，建立連接，為用戶分配獨(dú)立地址，將用戶也作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)用戶，以數(shù)據(jù)流量的方式付費(fèi)。同時(shí)，傳輸速率也有很大的提升。GPRS系統(tǒng)本身采用IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌有TCP/IP協(xié)議，因此遵循網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來完成相應(yīng)的通信，通過控制途經(jīng)的路徑確定數(shù)據(jù)的傳輸過程。

鑒于車輛終端設(shè)備的最基本功能要求，考慮到系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)階段性，終端車輛的移動(dòng)性，需采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于智能手機(jī)內(nèi)嵌有GPS采集模塊和GPRS模塊，且內(nèi)置了TCP/IP協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸，滿足了移動(dòng)通信的需要，因此本系統(tǒng)采用智能手機(jī)作為終端車輛的采集設(shè)備。

2.3 中控服務(wù)器

中控服務(wù)器端是本系統(tǒng)的核心，需要具備以下功能：一是在Google Maps上實(shí)時(shí)跟蹤終端車輛，中控服務(wù)器對(duì)終端車輛信息采集設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，將車輛的空間位置數(shù)據(jù)標(biāo)記在Google Maps上，以做到實(shí)時(shí)跟蹤，并將GPS數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)歷史軌跡回放功能；二是信息查詢與管理功能，當(dāng)需要查看車輛過去某一時(shí)間段的形式軌跡時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)，繪制車輛行駛軌跡。

根據(jù)車輛的經(jīng)緯度，在Google Maps上更新車輛標(biāo)記的位置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)跟蹤，是本系統(tǒng)的核心功能，那么對(duì)Google Maps API的研究顯得尤為重要。Google Maps API 提供的功能可以分成兩類：一是地圖顯示功能, 即用戶可以調(diào)用API 進(jìn)行地圖信息的顯示及顯示模式的切換; 二是API 的擴(kuò)展功能, 開發(fā)者可以利用Google Maps 所提供的API 進(jìn)行二次開發(fā), 或者與自己的系統(tǒng)進(jìn)行整合，使地圖的功能更完善、強(qiáng)大。下面介紹在系統(tǒng)開發(fā)過程中使用到的核心類。

2.3.1 Google Maps的加載

Google Maps作為本系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，因此如何加載Google Maps是需要解決的首要問題。在此使用到了Google Maps API的三個(gè)核心類，即Map、MapOptions、MapTypeId。Map類用來在指定的 HTML 容器中創(chuàng)建一個(gè)地圖對(duì)象；MapOptions是地圖選項(xiàng)類，主要是設(shè)置和獲取地圖的一些屬性，如地圖的類型、中心、縮放級(jí)別等，該類只有屬性沒有方法；MapTypeId類以常量的方式存儲(chǔ)Google Maps的類型，Google Maps的類型有四種：HYBRID（混合地圖）、ROADMAP（街道地圖）、SATELLITE（衛(wèi)星地圖）、TERRAIN（地形地圖）。

2.3.2 車輛GPS位置在Google Maps上的標(biāo)記

中控服務(wù)器根據(jù)終端車輛數(shù)據(jù)采集設(shè)備實(shí)時(shí)采集的GPS定位數(shù)據(jù)，在Google Maps上添加標(biāo)記，以實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的實(shí)時(shí)跟蹤。為此，首先研究了Google Maps API的兩個(gè)核心類：Marker、MarkerOptions。Marker類用來在指定的地圖上添加標(biāo)記；MarkerOptions是標(biāo)記選項(xiàng)類，主要設(shè)置和獲取標(biāo)記的屬性，如標(biāo)記在地圖上顯示的位置、標(biāo)記的標(biāo)題、標(biāo)記顯示的樣式等。

3 車輛跟蹤系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 在Google Maps上跟蹤終端車輛

終端車輛上的手機(jī)通過GPS模塊采集到車輛的GPS數(shù)據(jù)，將GPS數(shù)據(jù)和車輛自身數(shù)據(jù)打包，并通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的反饋給中控服務(wù)器；中控服務(wù)器將車輛的GPS數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，以便為查詢車輛的歷史軌跡提供數(shù)據(jù)，并且根據(jù)此數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度信息在Google Maps上添加標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)跟蹤。

具體實(shí)現(xiàn)方法是，根據(jù)終端車輛的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)LatLng實(shí)例，然后將LatLng實(shí)例作為MarkerOptions的position參數(shù)創(chuàng)建一個(gè)MarkerOptions實(shí)例，Marker類再通過構(gòu)造方法以MarkerOptions實(shí)例作為參數(shù)創(chuàng)建對(duì)象，最后Map對(duì)象通過setOptions方法將Marker對(duì)象綁定到地圖上，至此，車輛位置也就標(biāo)記到Google Maps上。將當(dāng)回放歷史信息時(shí)，監(jiān)控中心從車輛行駛信息數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取車輛的行駛信息，再按照上述方法，在Google地圖上標(biāo)識(shí)出來。圖2是終端車輛在預(yù)定路線的實(shí)時(shí)位置。

3.2 信息管理與查詢

中控服務(wù)器作為一個(gè)Web服務(wù)器，是為用戶提供位置信息服務(wù)的，因此需要建立良好的信息管理和查詢平臺(tái)，以保障系統(tǒng)的良好運(yùn)行。中控服務(wù)器可通過終端車輛的車牌號(hào)、行駛時(shí)間、車輛型號(hào)等信息進(jìn)行單條件或多條件組合查詢，從而得到車輛的歷史行車軌跡。

圖2 終端車輛在預(yù)定路線的實(shí)時(shí)位置

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了Google Maps API的基本特點(diǎn)、功能及基本使用方法，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了車輛跟蹤系統(tǒng)。結(jié)果表明，基于Google Maps JavaScript API的地圖服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，不僅降低系統(tǒng)開發(fā)的難度，也改善了用戶體驗(yàn)，且在非盈利的系統(tǒng)應(yīng)用中完全免費(fèi)，在工程應(yīng)用方面，具有很好的前景和推廣價(jià)值。

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