楊 英

(湖南民族職業(yè)學院，湖南岳陽 414000)

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基于GPS和GOOGLE EARTH的筆記本定位系統(tǒng)設計研究

楊 英

(湖南民族職業(yè)學院，湖南岳陽 414000)

隨著科技的進步，人們對于筆記本遠程目標定位監(jiān)控技術的需求越來越大。傳統(tǒng)的筆記本定位系統(tǒng)慣用無線電臺、有線網絡傳輸?shù)燃夹g，在實際應用中雖然具有一定的效果，但存在定位誤差大、有線網絡組網困難等問題，進而造成筆記本電腦的定位失敗。針對上述問題，本文提出基于GPS和GOOGLE EARTH技術相結合的筆記本遠程定位技術，其定位精確度高，操作簡單且通用性較強，為地圖位置定位提供了方法和依據(jù)。

GPS；GOOGLE EARTH；筆記本；定位系統(tǒng)

筆記本電腦在人們日常生活中使用十分頻繁，其便攜性和靈活性給人們的工作帶來了極大的便利。然而，若筆記本電腦失竊，將會給持有者帶來巨大的損失。因此，針對筆記本的丟失問題開發(fā)筆記本電腦的定位系統(tǒng)顯得十分必要和重要[1]。本文將GPS和GOOGLE EARTH技術相結合，運用GPS的精確性和GOOGLE EARTH的直觀性，構建一套體積小、性能穩(wěn)定、定位精確的系統(tǒng)，實現(xiàn)筆記本電腦的定位終端和定位服務。

1 筆記本電腦定位系統(tǒng)的設計

1.1 需求分析

筆記本電腦用戶是系統(tǒng)的主要參與者，該類用戶希望系統(tǒng)能夠為用戶提供精準的定位，通過多重技術的融合實現(xiàn)對筆記本電腦的定位功能及筆記本數(shù)據(jù)的遠程保護，使筆記本丟失后能夠對數(shù)據(jù)進行及時處理，實現(xiàn)報警功能。而筆記本的監(jiān)控管理人員希望能夠通過系統(tǒng)將筆記本的定位信息準確無誤地傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺上，為監(jiān)控管理人員提供筆記本的準確信息，如型號、負責人等[2-3]。此系統(tǒng)的開發(fā)和應用，需要滿足筆記本的定位、控制、報警、數(shù)據(jù)處理等功能。

1.2 系統(tǒng)總體構架設計

1.2.1 系統(tǒng)功能架構設計

從圖1可以看出，筆記本電腦定位系統(tǒng)功能架構主要包括兩個方面：一是實現(xiàn)定位終端功能。定位終端安裝在筆記本電腦的硬件和系統(tǒng)軟件中，能夠實現(xiàn)對筆記本電腦的定位功能、指令通信功能、數(shù)據(jù)保護功能以及客戶端配置功能[4]；另一個架構為測控端功能。測控端功能能夠實現(xiàn)對筆記本電腦位置信息的記錄，將查詢到的筆記本電腦的位置信息和有關的數(shù)據(jù)記錄，便于以后的使用和查詢；指令通信功能能夠實現(xiàn)與定位終端相通，實現(xiàn)兩者之間信息的互通和交流，如發(fā)送報警信息、位置信息、指令等；報警功能是針對一臺筆記本電腦設置的，當筆記本電腦設置的狀態(tài)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報警信息，以短信的形式發(fā)送到個人的手機上。系統(tǒng)的管理功能主要是為系統(tǒng)的管理人員提供可靠的用戶信息，便于他們對丟失電腦的數(shù)據(jù)庫信息進行操作。

圖1 筆記本電腦定位系統(tǒng)功能架構設計圖

1.2.2 系統(tǒng)組成架構設計

圖2所示為系統(tǒng)組成架構的設計，主要包括GPS衛(wèi)星、測控平臺服務器和平臺終端等。筆記本的定位終端由GPS衛(wèi)星組成，利用GPS精準的定位功能，實現(xiàn)對筆記本電腦定位信息和時間的傳輸。定位終端在筆記本電腦中可以實現(xiàn)與GPS衛(wèi)星之間的相互連接，設置參數(shù)后，實現(xiàn)定位終端和測控平臺之間的信息互通[5]。應用服務器主要是實現(xiàn)終端的具體功能，將筆記本電腦的監(jiān)控數(shù)據(jù)以及地理位置信息等數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務器上，實現(xiàn)設備與用戶之間的操作。

圖2 筆記本定位系統(tǒng)整體組成圖

1.2.3 系統(tǒng)運行架構設計

系統(tǒng)運行架構設計的目的是保障系統(tǒng)設計后的順利運行，也就是實現(xiàn)對筆記本電腦定位系統(tǒng)的運行，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)運行架構設計圖

測控平臺要想獲取筆記本電腦準確的位置信息時，需要經過GSM系統(tǒng)發(fā)送定位指令。如果筆記本電腦的定位終端沒有接通電源且缺少電池時，短信息能夠存儲在儲存器中，一旦電腦開機就會解析和執(zhí)行，定位終端接收到定位指令后通過GPS定位系統(tǒng)進行準確的定位。獲取定位信息后對其進行編碼，并且將經解析后的指令和具體信息發(fā)送到監(jiān)控平臺上。測控終端收到信息后將在GOOGLE EAETH中顯示出筆記本電腦的位置，并將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。

1.3 定位終端硬件設計

目前的筆記本電腦外接口數(shù)量十分有限，其中PCIe接口最適合作為定位系統(tǒng)板卡的接口，可利用此接口將定位終端安裝在筆記本電腦的內部，如圖4所示。

圖4 定位終端硬件組成

定位終端包括6個模塊，其中以主控模塊為核心，主要作用是對其他模塊功能的控制，如控制GSM模塊接收到筆記本電腦的數(shù)據(jù)，通過測控平臺上發(fā)出的指令對各類信息進行操作。主控模塊采用AT89S52單片機芯片，具有高性能、低功耗、微控制的特性，能夠使筆記本電腦蜂鳴報警、控制筆記本電腦的開關等。GSP模塊選用SKG13芯片，實現(xiàn)GPS定位信號的接收和解析；GSM模塊采用GL868芯片，實現(xiàn)自定義控制AT命令；PCIe/UART模塊采用OXPCIe954芯片，擁有多個串行的接口，能夠快速地傳輸數(shù)據(jù)，并且實現(xiàn)對軟件流和硬件流的控制。

1.4 監(jiān)測平臺的硬件設計

每一臺筆記本電腦的定位終端都對應著一個監(jiān)測平臺，并且與監(jiān)測平臺上的板卡相連接。針對個人用戶的筆記本電腦，其與個人的手機終端相連接，接收筆記本電腦的位置和數(shù)據(jù)信息；針對集團的筆記本電腦，使用串口的服務器，將接收到的信息傳送到監(jiān)控平臺上編碼和解析，之后在監(jiān)控平臺的板卡上進行集中處理。按照筆記本電腦定位系統(tǒng)的設計需求，監(jiān)控平臺的硬件選擇32路單網口串口服務器。

2 筆記本電腦定位系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 定位終端軟件的實現(xiàn)

定位終端的軟件主要具有串口操作功能、初始化功能等，其結構如圖5所示。采用嵌入式的軟件開發(fā)方式，在主控模塊讀入控制程序，實現(xiàn)對定位終端各項功能模塊的控制。

圖5 定位終端軟件總體結構圖

圖6 監(jiān)控中心軟件總體架構圖

定位終端軟件主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保護，通過控制筆記本電腦的硬件，采用破壞電路或者格式化等方式確保筆記本電腦上的數(shù)據(jù)不被泄漏。

2.2 監(jiān)控終端軟件技術的實現(xiàn)

筆記本電腦的定位和跟蹤可以通過個人的手機接收定位信息，也可以建立專門的監(jiān)控中心，集中對筆記本電腦進行管理。監(jiān)控中心軟件模塊能夠實現(xiàn)對信息的記錄，接收通信指令，實現(xiàn)報警等功能，其結構如圖6所示。

信息記錄功能主要是將接收到的筆記本電腦的定位信息和數(shù)據(jù)庫信息保存在數(shù)據(jù)庫中，并且與監(jiān)控的對象實現(xiàn)關聯(lián)；報警功能是按照定位的信息與合法區(qū)域的信息進行對比，一旦超出系統(tǒng)設置的合法范圍，將對筆記本電腦自動報警。系統(tǒng)管理功能主要是設置系統(tǒng)的參數(shù)，進行數(shù)據(jù)的維護和操作，將位置指令用三維地理圖形展示出來。

指令通信功能的實現(xiàn)需要連接上位機和通信板卡，采用MSComm串口控件控制上位機和底層的硬件串口，通過控制串口的操作函數(shù)，實現(xiàn)串口的開關和選擇等功能。例如，打開串口需要設置串口的ID號、校驗方式等，需要正確的方式進行操作。監(jiān)控中心與定位終端的數(shù)據(jù)是通過GSM模塊的通信功能實現(xiàn)對短信的發(fā)送和接收的。從監(jiān)控中心的GSM模塊讀取短信后，通過校驗其完整性后選擇接收，檢查信息的有效性后對其內容進行解釋，提取其中的關鍵信息，如位置信息、速度信息等，判斷其正確性后查看GOOGLE EARTH是否連接正常，連接正常后在電子地圖上繪制地理位置數(shù)據(jù)，之后通過定位終端ID與筆記本電腦的數(shù)據(jù)綁定后將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。

2.3 GOOGLE EARTH功能的實現(xiàn)

利用GOOGLE EARTH平臺為筆記本電腦的定位提供二維和三維的地理信息數(shù)據(jù)，能夠直觀地顯示出位置信息。

2.3.1 靜態(tài)定位功能的實現(xiàn)

靜態(tài)定位功能主要是從監(jiān)控中心將獲取的位置信息指令發(fā)送給定位終端，定位終端接收到信息后提取有效信息后利用GPS獲取準確的信息返回到監(jiān)控中心，在GOOGLE EARTH上清晰地顯示出三維地理信息。其主要的實現(xiàn)流程如圖7所示。

2.3.2 動態(tài)定位功能的實現(xiàn)

監(jiān)控中心的動態(tài)定位功能，一方面是按照系統(tǒng)設定的時間間隔持續(xù)地獲取筆記本電腦的位置信息，解析數(shù)據(jù)后存儲到數(shù)據(jù)庫匯總；另一方面是在GOOGLE EARTH中顯示筆記本電腦的實時地理位置信息，繪制成動態(tài)的定位曲線進而保存到數(shù)據(jù)庫中。圖8為動態(tài)定位功能程序流程圖。

圖7 靜態(tài)定位功能程序流程圖

2.3.3 報警功能的實現(xiàn)

報警功能主要是針對筆記本電腦在定位終端的地理空間上設置一個安全區(qū)域，然后定位追蹤，獲取位置信息，判斷筆記本電腦是否在安全的地理區(qū)域內，如果超出范圍，系統(tǒng)會自動地發(fā)出報警的信息。具體流程圖如圖9所示。

3 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)的定位時間以及定位的精確度是衡量系統(tǒng)性能的兩個重要的指標，定位時間的測試分為室內和室外兩種方式，結果如表1所示。

表1 系統(tǒng)定位時間測試結果

圖8 動態(tài)定位功能程序流程圖

由表1可以看出，該系統(tǒng)在室內定位涉及的步驟較多。在室內，GPS受到封閉空間的影響無法接收到衛(wèi)星信號，因此不能定位。而GPS系統(tǒng)在室外能夠定位的時間較短，最低可以達到2.1s。

定位精確度分為室內和室外兩種，通過對比本系統(tǒng)與專業(yè)GPS設備定位精度的差值，由于無法獲取測試點精確的經緯度坐標，因此在室外將專業(yè)定位設備作為基準，測試本系統(tǒng)的定位偏差，測試結果如表2所示。

表2 系統(tǒng)定位精度測試結果

通過表2可知，由于采用專業(yè)的GPS定位設備為基準，所以其定位偏差為0m。在室外，本系統(tǒng)采用GPS定位模塊，由于電路設計等原因，其定位精度平均為0.87m，較為精確。在室內，專業(yè)GPS定位設備無法實現(xiàn)定位，而本系統(tǒng)利用GSM定位模塊可實現(xiàn)定位，但受到GSM自身定位精度的限制，其平均定位誤差在5m以內。本系統(tǒng)在室內和室外都可以實現(xiàn)對設備的定位，且定位精度在可接受范圍內，可用于實際環(huán)境。

4 結語

針對筆記本電腦中的定位問題，通過構建定位終端和設計監(jiān)控中心，利用GPS的高精度和穩(wěn)定性、GSM的高覆蓋率以及GOOGLE EARTH技術的直觀性，實現(xiàn)對筆記本電腦的定位，有效地解決筆記本電腦丟失后無法獲取準確地理位置信息的缺陷，并且為用戶提供直觀、清晰的定位信息，從而實現(xiàn)對筆記本電腦的安全管理和精確控制。

[1]杜娟,尹文慶,錢燕,等.基于GPS和Google Earth的車輛遠程定位監(jiān)測系統(tǒng)的設計[J].測控技術,2013,32(7):23-26.

[2]張馬林,錢旭耀,陶晨杰,等.基于GPS和Google Earth軟件的虛擬仿真系統(tǒng)在輸電線路工程中的運用研究[J].華東電力,2014,42(7):1404-1407.

[3]蘇丹丹,劉佳瑋,項晏琳.基于ArcGIS Engine的城市基礎地理信息服務平臺建設研究[J].長春師范大學學報,2015,23(12):54-57.

[4]汪為春,詹惕,朱應富,等.基于智能手機Google Earth構建釘螺資料數(shù)據(jù)庫[J].中國血吸蟲病防治雜志,2015,32(1):79-81.

[5]王華本,胡建明,鹿建銀.基于嵌入式系統(tǒng)ZigBee傳感器控制LED矩陣的設計與實現(xiàn)[J].長春師范大學學報,2016,34(2):26-29.

Design and Research of Notebook Computer Positioning System Based on GPS and GOODLE EARTH

YANG Ying

(Hunan Vocational College for Nationalities,Yueyang Hunan 414000,China)

Notebook computer is used more and more frequently with the progress of science and technology, and the demand for the remote target location monitoring technology for notebook is also larger.The traditional positioning system used laptop wireless radio, cable network transmission technology in the practical application, although they have some effect, but the positioning error, cable network problems caused the failure location of notebook computer. This paper puts forward the technology of notebook remote location based on GPS and GOOGLE EARTH technology,the positioning system has high positioning accuracy, simple operation and strong versatility, which provides the method and basis for the map location.

GPS; GOOGLE EARTH; notebook computer; positioning system

2016-09-20

楊 英(1983- )，女，講師，碩士，從事計算機科學與技術研究。

TP274

A

2095-7602(2016)12-0048-07