基于移动GIS的GPS定位导航系统的设计与实现

可以对PDA 电子地图进行分层和空间数据精简处理，将PDA 电子地图分为基础图层和工作图层。基础图层作为背景层，多以影像为主；工作层为移动GIS 要操作的图层，多以矢量数据为主。

　　PDA 电子地图的设计，是实现GPS 定位导航和移动GIS 数据采集的关键环节，地图质量的好坏直接关系到定位导航的精度和数据采集的质量。实现移动设备的定位导航系统，离不开GPS 模块，下面将介绍一种开发基于智能设备的定位导航系统的新技术-GPS中间驱动。

　　3 GPS中间驱动（GPS Intermediate Driver）

　　GPS 中间驱动（GPS Intermediate Driver），即在开发人员和GPS 硬件设备之间建立一个中间层，开发人员无需直接访问GPS 硬件，而是通过访问中间驱动提供的API 函数，间接与GPS 通讯。GPS 中间驱动是微软公司在Windows Mobile 系列5.0 版本之后，提出的一个基于智能设备的GPS 应用程序开发理念。

　　GPSID 的提出拥有很高的商业价值，对于GPS 硬件制造商：GPSID 可以和应用程序无缝接合；对于应用程序提供商：它可以和任意支持GPSID 的GPS 设备进行整合。

　　传统的GPS 开发方式，多采用编程语言直接操作GPS 硬件部分，进行GPS 数据文件流工作，完全人为的解析NMEA 数据，来实现串口通讯；或者使用已经成型的移动GIS 软件的GPS 功能，比如，ESRI 公司的ArcPad、超图公司的eSuperMap 等。GPS 中间驱动技术，相对于传统的开发方式拥有很多优点，比如：

　　1）开发速度快、效率高；2）拥有友好的API 接口函数；3）兼容传统的GPS 数据文件流操作；4）可以在PC 端进行仿真模拟；5）支持多个应用程序同时访问一个GPS 设备；6）使解析NMEA-0183 数据变得简单。

　　GPS 中间驱动的工作流程如图1 所示：

图1 GPS 中间驱动工作流程。

　　通过程序语言调用GPSID 提供的API 函数，完成相应的GPS 参数设置（端口、波特率）及端口的打开关闭操作；API 函数修改操作系统注册表信息，实现对GPS 硬件的实际访问，GPS 设备响应访问信号，完成GPS 数据的接收与通讯。目前，GPSID 提供的API 函数包括以下四种：1）GPSOpenDevice:打开GPS 设备，建立与GPSID 的通讯；2）GPSCloseDevice:关闭GPS 设备；3）GPSGetPosition:获取当前点位信息，包括经纬度、高程等；4）GPSGetDeviceState:获取GPS 设备状态信息，包括接收卫星个数、定位质量、时间等。

　　通过上述四种API 函数，应用程序开发人员可以获得定位与导航数据，完成对GPS 设备的所有操作。

　　从GPS 设备中接收的位置数据，并不能直接的运用到实际的定位与导航之中，其间还存在坐标系统的转换问题，下面将探讨GPS 数据匹配到PDA 电子地图上的坐标转换问题。

4 GPS坐标转换

　　智能设备GPS 接收的NMEA 格式数据为WGS-84 坐标系下的大地坐标，即用经纬度高程（B,L,H）表示的坐标；PDA 电子地图使用的是国家大地坐标系或地方独立坐标系下的直角坐标，是用（X,Y）表示的平面坐标。因此，在不考虑高程参与转换的前提下，通过坐标转换实现坐标系的统一。

　　转换过程分为两步，第一步将WGS-84 椭球下的（B,L）坐标，通过高斯正算，转换为该椭球下的平面坐标；第二步将高斯平面坐标，通过解析变换法，转换为国家大地坐标系或地方独立坐标系下的平面坐标（X,Y）。

　　4.1 高斯正算

　　根据不同的精度要求可以给出不同的高斯正算公式，下面采用一种适合于计算机编程实现的电算公式，使用1975 国际椭球参数，平面坐标精度可达0.001m。

　　4.2 平面坐标转换

　　根据地方的实际情况和需要，将高斯平面坐标转换为地方独立坐标系下的平面坐标（X,Y），采用四参数转换模型。使用此模型求解平面坐标分为三个步骤，第一步是将WGS-84 平面坐标系进行旋转；第二步将旋转后的WGS-84 平面坐标系与地方平面坐标系进行尺度统一；第三步进行平移。

　　以下为模型的具体形式：

　　其中： , 通过采集两坐标系下至少三对的公共点数据，使用最小二乘原理，列出误差方程，求解出四个转换参数。有了转换参数，就能够通过上式，求解出其它点在地方独立坐标系下的平面坐标。

　　5 实例开发

　　实例硬件条件为HTC Touch HD 智能手机和内置嵌入式GPS 模块（定位精度10m）；坐标系为阜新独立坐标系；开发平台为Visual Studio.NET（2008），加载ArcGIS Mobile SDK 组件。

　　系统作为移动GIS 的一部分，采用与移动GIS相同的开发架构，即Smart Client（智能客户端）架构，架构如图2 所示：

图2 Smart Client 系统开发架构图

该模式继承并结合C/S、B/S 模式的优点，在充分利用客户端资源的同时支持与服务器的实时双向同步。PDA 电子地图数据既可以直接部署在智能设备的地图缓存中，也可以