基于Google Earth的GPS導航系統(tǒng)

　　摘 要： 隨著交通的便利，自駕車出門游玩已經(jīng)成為常事，人們對導航的需求也日漸強烈。市面上的導航以線框圖的方式為主，而這種方式比較適用于城市內(nèi)部的導航，當有需要去郊區(qū)或者山地野外等活動時這種方式就顯得力不從心。而基于Google Earth的GPS導航能有效地滿足對這些需求。在Google Earth免費版本上，利用Google Earth的KML，實現(xiàn)GPS導航和軌跡記錄。系統(tǒng)由三個部分組成：GPS接口，實現(xiàn)與GPS模塊之間的通訊；通過內(nèi)嵌Web服務(wù)器實現(xiàn)與GoogleEarth之間的通訊；基于預(yù)定軌跡的導航功能，實現(xiàn)偏離預(yù)定軌跡時的報警。

　　1 緒論

　　隨著科技的發(fā)展車輛的普及，人們對GPS實時導航的需求變的越來越突出。隨之出現(xiàn)了，許多GPS實時導航系統(tǒng)，這其中有軟硬件集成一體的GPS導航設(shè)備，也有基于其他GPS設(shè)備的軟件系統(tǒng)。而所有的這些GPS導航幾乎都是以線框圖為主。線框圖的方式比較適用于城市內(nèi)部的導航，當有需要去郊區(qū)或者山地野外去探險等活動時，這種方式就顯得力不從心了。

　　因為這些地方的地圖信息少，圖示比較粗糙，其次，它提供的時線框的方式去描述地理，顯然不能很深刻的反應(yīng)該地的地貌特征，比如海拔，山野等。而且為了及時更新維護這些線框圖帶來的代價也時很大的。而這些需求的信息可以在衛(wèi)星地圖上找到。

　　與此同時Google公司在近些年出來的Google Earth軟件，是一款十分優(yōu)秀的衛(wèi)星地圖服務(wù)軟件，它免費提供的衛(wèi)星地圖精度很高。大部分地區(qū)的地區(qū)都比較清晰，特別是各個城市的照片，可以清晰的看到馬路上的車輛。在中國衛(wèi)星圖像里，一線城市以2009、2010年拍攝的為主，二、三線城市以05、06年的庫存圖片為主，能較好地滿足導航的要求。

　　在Google Earth Plus以上的收費版本中還提供了GPS接口，能實時地顯示當前位置的地圖和移動軌跡。而在免費版本中不帶這個功能。因此，設(shè)計一個基于Google Earth的GPS導航系統(tǒng)也是很有實際意義的。通過該系統(tǒng)，完成對Google Earth軟件的控制，從而達到基于GPS的實物圖導航的目的。

　　此外近期， 基于Google Earth的開發(fā)已經(jīng)很多了， 例如， 利用Google官方提供的3D圖形繪制工具，繪制各種建筑或者樹木等物品，可以上傳擺置在Google Earth上面作為產(chǎn)品展出，也可以設(shè)計各種樹木擺放到山林的平面衛(wèi)星照片上，從而勾勒出具有3D特性的衛(wèi)星地圖，便于防止森林火災(zāi)搶救等應(yīng)用。

　　2 需求分析

　　2.1 功能需求

　　本系統(tǒng)由如下的四部分構(gòu)成：

　　1）GPS導航系統(tǒng)與GPS設(shè)備的通訊模塊。

　　2）WEB服務(wù)器，接受來至于Google Earth的Network Link的請求，響應(yīng)當前的坐標及軌跡信息。

　　3）預(yù)定軌跡的導航，根據(jù)預(yù)定軌跡對位置進行檢測，實現(xiàn)偏離預(yù)定軌跡時的報警功能。

　　4）提供軌跡管理和與其他GPS數(shù)據(jù)交換的工具。

　　2.2 數(shù)據(jù)流分析

　　如圖1，在整個系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的流動比較的重要，各個功能之間的數(shù)據(jù)信息的交互都是數(shù)據(jù)的流動。GPS硬件設(shè)備是個數(shù)據(jù)源，不停的接受來自衛(wèi)星的信號，通過計算，組織成有格式的數(shù)據(jù)流傳遞到本系統(tǒng)，而本系統(tǒng)對這些GPS信息進行讀取，并與系統(tǒng)內(nèi)部的其他的功能配合完成一系列功能。由于系統(tǒng)要控制Google Earth來完成衛(wèi)星地圖的導航功能，所以必須要有一個可以控制Google Earth軟件的方式來完成這個任務(wù)。這個功能需要把之前從GPS硬件設(shè)備讀取的信息以某種方式來控制Google Earth。此外，系統(tǒng)的軌跡管理功能也需要與其他功能配合才能完成一系列的管理功能。

　　圖1 數(shù)據(jù)流圖

　　3 系統(tǒng)設(shè)計

　　3.1 系統(tǒng)模型

　　圖2 系統(tǒng)模型圖

　　完成GPS導航的整個系統(tǒng)的模型如圖2所示。這其中包含了很多外部硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，而我們的GPS導航系統(tǒng)是安裝在用戶的PC機或筆記本電腦中的。

　　首先GPS設(shè)備不斷的接受來至于各個衛(wèi)星的無線信號，通過它本身的固件計算得出當前的坐標等相關(guān)地理信息。然后與計算機進行藍牙通訊傳送這些地理信息，而在計算機中，操作系統(tǒng)底層把藍牙通訊模擬成基本的串口通訊，供應(yīng)用程序調(diào)用。本GPS導航系統(tǒng)，自動識別當前計算機中的被模擬為串口的端口號，并不斷的讀取來至于GPS設(shè)備的地理信息。再通過Google Earth控制模塊，控制Google Earth的顯示，若當前的地圖信息還未加載，Google Earth會根據(jù)當前的網(wǎng)絡(luò)情況，連接Google Earth服務(wù)器獲取對應(yīng)坐標視角的地圖信息。用戶一般都是在駕車行駛的時候需要這種導航，所以一般可能的話，可以通過筆記本無線網(wǎng)絡(luò)連接Google Earth服務(wù)器，正如圖2所示。