GIS技术在无线数传电台定位中的应用

鄂尔多斯应用技术学院 杨 元

鄂尔多斯生态环境监测站 郭 庆

为有效地管理和使用无线电资源，有必要对无线数传电台的使用进行监控。本文设计利用GPS接收器、数据采集卡和上位机搭建车载监控系统，建立数据采集和处理平台实现对电台使用情况的监测，同时结合GIS技术对电台经纬度信息进行分析，统计数量，在电子地图中实时显示定位电台的位置。

无线数传电台是VHF/UHF超短波无线通信领域中比较专业的通信设备，无线电管理部门特别为其划出专用通信频段。由于近年无线频谱资源的短缺，为有效管理使用无线电资源，有必要对无线数传电台的使用进行监测。本设计的主要任务是监测无线数据电台的频率使用情况，分析经纬度信息，统计电台的数量，并在电子地图上实时显示电台的位置。系统为车载移动监测系统，主要用于对分析无线数传电台的使用情况及对新建电台的测试。

1 方案设计

系统由无线电信号采集模块和经纬度信号收集模块组成。无线电信号采集模块包括：高频无线接收机、PCI高速数据采集卡、上位机；经纬度信号收集模块为带USB口的GPS接收机一台，与上位机通过USB口数据线相连接。设计利用Visual C++进行程序开发，通过对MapX工具的二次开发实现电台的定位和显示功能。

系统工作流程：将硬件设备安装至监测车辆，高频无线接收器实时扫描并接收无线电信号，信号调理模块对接收信号进行放大和滤波，数据采集卡采集调理后的信号，并将其由模拟信号转换成数字信号，存储至上位机的数据库，应用程序从数据库中读取数据，进行中频信号和基带信号处理；同时GPS接收机收集车载终端位置信息存储至上位机的数据库，应用程序通过数据分析实现对数传电台的定位及地图显示（如图1所示）。

图1 系统硬件组成

2 经纬度信息的接收

行车轨迹及电台位置的描绘需要从GPS接收机得到经纬度数据，本设计对经纬度精度要求不高，只需从GPS接收机中提取出经纬度即可，至于其它信息如角度偏差等矫正经纬度精度的信息可省略接收。GPS数据采集程序采用GPS的异步串行传送方式，通过将USB口转D型RS232C串行口，采集遵循NMEA0183协议的GPS数据。

2.1 NMEA0183协议

NMEA-0183标准下可输出六种类型的数据。本设计中经纬度是从GPGGA类型语句中直接提取的，所以只介绍GPGGA语句的数据格式。例如：

该语句中所对应的含义为：所在位置为北纬37.232475，西经121.583416.。

2.2 串口及串行通信

实现串行通信的方法主要有两种：调用API函数编写通信程序、利用框架类MSComm控件实现通信。MSComm控件是开发环境自带的控件，可靠性比调用API函数好，采用这种方式通信，能减少开发时间，而且保证系统的稳定运行，因此采用MSComm控件实现串行通信。

将MSComm控件加载到程序中后，将其添加为成员变量，然后对串口端口进行初始化设置，包括端口的选择，端口参数的设置，设置好后就可接收从GPS上传到串口中的数据，并将经纬度数据从中提取出来保存到数据库当中。具体做法如下：

（1）从串口接收GPS数据。

（2）从得到的数据中提取以GPGGA打头的GPS语句。

（3）根据NMEA0183协议中介绍的GPGGA语句格式从中提取出经纬度信息。

（4）将经纬度信息保存到数据表中。

3 电台定位原理

数据库表中保存了电台的有用信息，包括信号强度、经纬度、地址码及接收时间以等。通过数据查询比对，在同一电台地址码下，寻找强度相等的两组经纬度信息，经过计算得到电台的位置。

电子地图的坐标系统在初始化时设定为默认属性，电台的平面坐标与经纬度坐标要进行转换，MapX才能描绘出电台的实际位置。在数据库中查找同一地址码下的四组经纬度数据，考虑电台位置在强度相同的两个点的中垂线上，那么计算两条中垂线的交点坐标就可确定这个电台的位置（如图2所示）。

图2 电台位置计算坐标图

计算原理：X-Y坐标系中，同一地址码的四组经纬度坐标为A0（x0,y0）、A1（x1,y1）、A2（x2,y2）、A3（x3,y3），其中A0点和A1点的强度相等，A2点和A3点的强度相等，那么A4点的坐标（x，y）可以通过解线性方程的方法来得到。这里直接给出结果：

由无线接收机接收到的数据经过处理后，经过线性方程组解出电台的位置，将与电台相关的数据存入到数据库中，并将电台位置显示在电子地图的图层上。

4 电子地图绘图实现

电子地图的创建可按以下步骤来实现：

第一步：加载源文件及头文件。将MapX工具根目录下的MapX.cpp及MapX.h文件添加到Visual C++工程中，并将两个文件拷贝至工程目录下。

第二步：定义一个CMapx对象m_ ctrlMapX，将地图文件导入到程序中。

第三步：声明一个常量IDC_MAP。

第四步：在类向导中为电子地图界面创建WM_SIZE和WM_CREATE消息处理函数。

第五步：在类向导中为电子地图界面创建WM_SETFOCUS的处理消息函数，以确保当窗口处于活动状态时获取焦点。

地理数据在计算机中的表达方式有四种：栅格表示法 、矢量表示法 、栅格和矢量的图形表示法和面向对象表示法 。为了将真实的地理信息在计算机中进行表示和存储，在使用栅格和矢量数据模型的地理信息系统中，采用分层组织，“层”是指地理特征及属性在逻辑上的集合，它包含以特定栅格或矢量数据结构组织的同一类型地理实体的定位和属性数据。

考虑到本设计的实际用途是要描绘监测车行车轨迹以及电台位置，因此只需要使用电子地图基本的绘图编辑功能，即基本图元点的添加、删除和编辑。具体步骤为：

第一步：图元样式设置。MapX可提供点、线、面及标注的设置对话框，通过调用该对话框，可以修改默认样式，这是一种批量添加图元的简单方法。调用代码如下：

CMapXStyle style= m_ctrlMapX.GetDefaultstyleO；//获取默认工具

Style.PicksSymbol()；//调用符号选取对话框

第二步：图层编辑设置，设置为插入图层。

Layer.SetEditable(TRUE);//设置图层为可编辑

m_ctrlMapX.GetuyersO.Sethisertionuyer(layer.m_lpDispateh)://插入图层

第三步：点图元的添加及删除。

M_ctrlMapX.setCurrentTool(miaddpointTool)://添加点图元

点图元的删除：首先将图元所在图层设置为当前编辑图层，选定需删除的图元，按delete键即可。

小结：本设计主要实现四个功能：（1）利用MapX实现程序对电子地图的开发利用；（2）通过MScomm控件实现GPS数据的接收；（3）在电子地图上绘制监测车辆行车轨迹并保存数据；（4）通过电台定位算法得到电台经纬度，在电子地图上描绘电台位置。在无线电频率日益紧张的今天，对无线电实现优化管理，研制性能优良的无线电监测机势在必行。