基于谷歌地球和GPS的物品定位跟踪系统研究
2015-03-20张清文
张清文
摘 要：本文希望借助Google Earth和GPS的相关技术来简单介绍一下物品定位跟踪系统的结构设计和功能设计，试图证明基于Google Earth和GPS的目标物品定位跟踪系统的准确性和实时性。
关键词：GPS；Google Earth；物品跟踪定位；系统
中图分类号：TP274 文献标识码：A
GPS最早应用于军事目的。虽然GPS在早期的技术并不成熟，但却让人们意识到了卫星定位的可行性，这种初步的尝试和设想就造就了后来的GPS系统。
一、GPS与Google Earth的结合
GPS通过卫星为用户提供二维的可动性定位，而Google Earth通过海量的的卫星影像和航拍为用户提供固定的三维地图地理信息。如果能让Google Earth拥有GPS功能，拥有追踪、导航和定位等实时技术，就可以借助Google Earth详尽的三维地图来弥补GPS在地图信息上内容不足和无法实时更新的劣势，对于GPS本身来说监测成本也会降低。而一些情报和刑侦或海关部门利用具有三维实时更新图像的定位系统，就可以实时的观测和监控交通物流中可能存在的危险物品运输以及对于车辆的跟踪，从而提高刑侦案件的破案率。现如今，这一设想已经变为了现实。目前Google Earth已经为用户提供了拥有GPS接口的版本，实现了Google与GPS功能的融合。
二、基于Google Earth的GPS导航系统
在Google Earth的软件中引入定位跟踪导航系统一直以来是用户所希望的，目前Google推出的的Google Earth Plus/Pro/Enterprise等收费版本就加入了GPS系统。这些版本能够实现和显示当前用户所在位置的地图和移动轨迹，是三维地图化的导航定位跟踪系统。在免费的版本中，是不具备这个功能的。如果在免费的Google Earth版本中创建KML文件，就可以实现Google Earth拥有GPS导航功能的目的。而利用Google官方提供的3D绘图工具在Google Earth上绘制各种建筑或其他物品，通过上传到Google Earth上作为商业的展示，也是一种融入了高科技的商业宣传手段。
（一）实现与GPS模块之间的通讯
如果要建立一个基于Google Earth的GPS导航系统，就要拥有以下几个部分。
1 GPS接口
实现Google Earth设备的GPS功能的端口。
2 GPS导航系统与GPS设备的通讯模块
这是联系GPS系统和Google Earth软件的重要部分。
3 WEB服务器
服务器负责直观的接受来自于Google Earth的网络请求，也就是Network Link发出的联线请求，从而能够做到响应当前的坐标与轨迹信息。
4 提供GPS轨迹管理以及和其他GPS数据交换的工具。
（二）数据的流动互换
由于要实现GPS与Google Earth的联动，那么在整个系统中数据的流动与互换是很重要的。在系统中，GPS依然是最重要的信号源，它负责接收来自卫星的信号并进行数据分析计算，最后将数据传送到本系统中。系统就会开始对GPS数据信息进行相应读取。在这个数据的流转过程中，主要的任务就是利用读取的GPS信息来控制Google Earth，从而达到信息和功能的融合。另外就是要进行GPS导航轨迹的管理，把这些轨迹记录下来，并有效有序的显示在Google Earth上起到导航的作用。
系统数据流动和交互全过程如图1所示。
如果将GPS系统安装在电脑上，就可以接受到的卫星信号，通过计算化作地理信息坐标记录在电脑上。在电脑端要将蓝牙端模拟成基本的串口通讯从而不断的接收来自于GPS的信息，再通过电脑上Google Earth模板来控制Google Earth的显示，Google Earth就会根据实时情况，连接服务器来获取对应地图的坐标，这一般用于现在的车载GPS中，而相比较于车中的通讯终端，一台笔记本电脑通过无线网络就能连接GPS服务器，接收GPS信息。
（三）核心模块间的通讯
1 GPS通讯模块
GPS通讯模块可以读取来自于GPS设备收集的信息并进行过滤。收集过滤之后，GPS模块将实时分析数据并将分析出来的地理信息转化为坐标和轨迹信息，传送给Google Earth控制模块。图2为GPS模块的信息接收与传送。
2 WEB服务器模块会接收到来自于Google Earth的请求，生成用来改变Google Earth的KML文件，并响应Google Earth。
图3为Google Earth接收信息并相应的过程。
（四）KML文件的生成
KML文件实际是Keyhole的标记语言（Keyhole markup language）的缩写。它主要采用XML的格式与语法方式，来描述和保存地理信息的语言。计算机的蓝牙模拟串口通讯中接收到GPS收集的地理信息后，会随后接收到来自于Google Earth的Network Link请求，生成KML文件并改变Google Earth。Google Earth中的预订轨迹导航模块会先加载KML文件，然后就将获得预订的轨迹信息。KML文件提供了指定地点的图标和注脚并且为每一个地理环境都创建了不同的视觉角度并显示三维物。KML文件的格式如下：
当KML文件生成并相应Google Earth以后，系统将会自动打开Google Earth的浏览器并打开KML文件，将目标物的定位信息以及运行轨迹显示在Google Earth上。
图4在整个系统中的表现过程，即GPS设备不断的接受来自卫星的无线信号，并且通过GPS设备本身的计算功能算出所接受信息的坐标和地理信息，随后是识别工作，通过识别，过滤掉无用的经纬度数据。之后通过与电脑蓝牙串口通讯的联系，电脑接受GPS设备的联系并开启线程，接受GPS系统过滤后的信息。这些信息在电脑里可以按照结构与坐标进行累加和连线，最后构成一条轨迹，这条轨迹就是对于目标物的定位轨迹。
图5为广东省境内的一次基于Google Earth的GPS导航测试，此过程就运用了本文所讨论的方法进行操作。从深圳市的深圳大学到广州市的白云路，历时10个半小时，到达目的地后所显示出的移动轨迹。所以我们说通过模拟串口通讯信号接受GPS信息生成KML文件并响应Google Earth从而生成路线轨迹追踪目标的方法很好但却又有缺点，就是它只能记录目标的航迹和航点，却不能够像GPS那样记录目标的实时移动。
结语
通过上述中计算机终端接收GPS信号并相应Google Earth生成实时航迹的方式，我们验证了GPS在Google Earth上的巧妙应用，它弥补了GPS二维地图信息不足的缺陷，实现了基于Google Earth的卫星影像的三维图像下运用GPS也能跟踪定位目标的设想。
参考文献
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[2]金玉.基于Google Earth的GPS导航系统设计[J].硅谷，2011 （17）.
[3]董立华.“谷歌地球”带来的革命[J].大自然探索，2010 （01）.
