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全方位移动平台自动定位导航系统软件设计说明书.doc
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2022-07-18
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绪 论
一、设计背景
随着计算机技术的飞速发展, 全球定位系统(GPS) 和地理信息系统 (GIS) 在各行各业
中得到广泛的重视和应用, 两者的集成化程度也日益加强,实现了 GPS 导航信息在 GIS 上
的可视化、一体化和集成化,能够在地图上实时动态地跟踪目标和显示地理位置。GPS 定位
为 GIS 提供了采集数据信息的新方法,GIS 为 GPS 提供了可视化的原始地图背景,两者关系
愈加紧密。
全方位移动平台自动定位导航系统软件是随着计算机技术的发展而产生的一种崭新的
地理信息载体,具备地图的涵, 是数字地图在计算机屏幕上的符号化显示, 具有信息丰富、
直观易懂、更新方便、实用灵活等特点, 因而受到用户的普遍欢迎。所以全方位移动平台自
动定位导航系统软件与 GPS 定位系统相结合成为两者未来发展的必然趋势。
随着 GPS 车载导航设备和 PDA 设备的快速发展,GPS、全方位移动平台自动定位导航系
统软件与掌上电脑技术相融合,逐步形成一个嵌入式的掌上导航系统,是当前 GIS、GPS 研
究领域的主要趋势。如今,作为 GPS 与 GIS 很好的结合体,GPS 车载导航系统在国外市场已
经逐步普与,成为汽车行业的宠儿。
本文选题意义在于利用 GIS 矢量数据(shapefile 非拓扑关系数据)作为全方位移动平
台自动定位导航系统软件格式,结合 GPS,在全方位移动平台自动定位导航系统软件上实现
实时定位,对基于全方位移动平台自动定位导航系统软件 GPS 定位技术的研究打下了坚实基
础。
二、国外研究进展
作为 GPS 导航与 GIS 的结合体,嵌入式掌上导航系统成为了国外 GPS 厂商发展的重点,
尤其是汽车行业的宠儿——车载 GPS 导航系统。车载 GPS 导航系统是一种先进的导航系统,
能够探测到汽车在行驶途中的当时位置,协助驾驶者在陌生的道路环境中,通过全方位移动
平台自动定位导航系统软件与话音指南,准确地掌握前往目的地的路线。它是 GPS 导航定位
技术与全方位移动平台自动定位导航系统软件技术结合的焦点。现阶段,随着电子产和汽车
产业的快速发展,国外汽车生产商、GPS 专业厂商加快了对汽车 GPS 导航系统研制,而我国
汽车导航系统本身起步比国外要晚了许多,在各个方面存在着较大差距,下面简述国外在该
行业上的研究进展状况。
(一) 国外研究进展
在硬件方面,全世界已经有包括 IBM、MicroOptical、Xybernaut 在的超过 100 家公
司生产与移动计算相关的产品,如带 LCD 显示器的眼镜、手执微型键盘、手执鼠标、声控
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输入设备、GPS 天线等。
在应用系统开发方面,美国麻省理工学院、哥伦比亚大学和欧洲的瑞士联邦技术学院、
荷兰 Delft 技术大学等都在医学、工业等各个移动计算领域进行应用系统的开发工作。
在地图数据方面,美国爱荷华州立大学和加利福尼亚大学美国地理信息与分析中心
(NCGIA)正在合作为 NASA 和联邦统计机构进行一项名为 Batutta 的计划,旨在研制一套
专为地学野外采样使用的移动作业系统,包括地理环境与地理信息系统在无线移动环境中的
集成以与穿戴式计算机、便携计算机、PDA 和台式服务器的联合使用。
在软件开发方面,作为 GIS 市场的领头雁 Autodesk、ESRI 和 Intergraph 三大公司
为 Mobile GIS 技术做出了极大的贡献。Autodesk 公司开发 Autodesk OnSite 的 “移动
访问”模块。ESRI 研制了 ArcGIS 软件产品—ArcPad。而 Intergraph 建立自己的移动 GIS
解决方案—IntelliWhere。这些软件极大方便了 Mobile GIS 个人导航系统的开发。
(二) 国研究进展
在硬件方面,国的硬件技术很不成熟,相关导航产品的结构设计、生产已接近国际水平,
硬件差距较大,绝大多数产品尚未达到工业级技术标准。同时这几年,所有的自主导航仪的
硬件几乎是清一色的日本货,全是丰田、索尼、日立和先锋等名牌产品。
在应用系统开发方面,从 1981 年到 1985 年,完成了技术引进、数据规和标准的研究、
空间数据库的建立、数据处理和分析算法与应用软件的开发等环节,对 GIS 进行了理论探索
和区域性的实验研究。从 1986 年到现在,我国 GIS 的研究和应用进入有组织、有计划、有
目标的阶段,逐步建立了不同层次、不同规模的组织机构、研究中心和实验室。
在软件开发方面,在科技部等国家有关部门的大力组织和支持下,国产 GIS 基础软件开
发工作取得了重要进展,出现了一批 GIS 高技术企业,开发出了较为成熟的国产 GIS 软件,
如 MapGIS、GeoStar、CityStar、SuperMap、MapEngine、GROW 等,并形成了一定的产业规
模,同时一些导航系统软件也逐步出现,例如灵图的天行者,MAPKING、LEADSTAR、领路人
等,打破了国外 GIS 软件对我国市场的垄断,有力促进了我国地理信息系统技术和自主导航
技术的发展。
在地图数据方面,经过了 20 年的努力,国家测绘局与其他相关部门协作完成了全国 l:
100 万、 1:25 万基础地理空间数据库以与全国七大江河数字地形模型的建设,并启动了全
国 l:5 万,部分省份 1:1 万基础地理空间数据库的建设。这些基础数据有力促进了 GIS 技
术的广泛应用。与此同时,一些车载导航全方位移动平台自动定位导航系统软件开发也开始
慢慢进入正轨,如灵图的天行者地图其精度较高,地图围覆盖面较广,受到用户喜爱;凯利
德地图软件也受到国认可和欢迎。
三、设计容以与总体框架
本文主要研究容是以 shapefile 地图数据格式作为全方位移动平台自动定位导航系统
软件数据,在多线程条件下实现串口接收 GPS 信息,在全方位移动平台自动定位导航系统软
. . . .
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件上实时显示当前地理位置,实现实时导航定位功能,仅为以后在该方面上的开发提供初步
基础。
本次设计的总体框架是:首先概述全方位移动平台自动定位导航系统软件的特点、分类
以与发展过程,接下来叙述 GPS 导航定位、测时、测速的基本原理,然后则结合程序代码详
细阐述 GPS 导航定位程序的设计总体思路,并阐述了在程序设计总体思路下对 GPS 导航定位
程序功能的实现。
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第一章 系统概述
一、全方位移动平台自动定位导航系统软件的特点
全方位移动平台自动定位导航系统软件是随着计算机技术的发展而产生的一种崭新的
地理信息载体,它脱胎于地图,将地图以数字的方式存储、呈现,并只能在电脑中才能使用。
它具有显示、传输和分析的功能,可以提供比传统地图更佳的呈现方式,如放大、缩小、漫
游、搜索以与路径规划。
常规的纸质地图强调的是数据载体、符号化和显示,它是全方位移动平台自动定位导航
系统软件发展的根源之一,而全方位移动平台自动定位导航系统软件则侧重于分析,所以后
者其表现方式也比前者要强大的多,具有许多独特的优点。这些优点包括:
1、信息丰富、信息量大
全方位移动平台自动定位导航系统软件可包括图形、图像、文档、统计数据等多种形式,
不仅可以存储二维平面图形,还可以保存三维影像,也可以与视频、音频信息相连,数据类
型与数据量的可扩展性比较强 , 全方位移动平台自动定位导航系统软件使用数字存储介质,
该介质容量可以很大,例如一光盘很容易存放几百地图。而纸质地图只能存储基本的二维地
形、地物要素,并且由于地图纸、篇幅大小的限制,大部分的细部要素被综合取舍,所以其
所能存储信息容量是非常有限的。
2、使用非常灵活、方便
全方位移动平台自动定位导航系统软件一般以图层为单位组织数据,图层则一般按地图
要素分别显示,这样每层显示一个要素(比如,一层显示街区,一层显示水系,一层显示绿
地,一层显示道路等等),各图层可单独显示,也可多层组合叠层显示,从而达到一些纸质
地图无法达到的效果。比如,在地区/政区图层上加载人口统计图层,可分析不同街区、不
同地区的人口分布状况。而两不同要素的纸地图则不能简单的叠加,使用起来也比较不方便。
3、集成了声音、图文和数字多媒体
把图形的直观性、数字的准确性、声音的引导性和亲切感相结合,充分调用了使用者的
各种感官,这是传统地图所无法比拟的。
4、地图数据更新快速
全方位移动平台自动定位导航系统软件显示的数据都存储在数据库中,随着计算机技术
的不断发展,数据库的更新越来越快,相应的全方位移动平台自动定位导航系统软件就可以
以最新的数据进行显示,它的数据更新周期要比纸质地图短的多。
5、功能非常强大
全方位移动平台自动定位导航系统软件使用了计算机工具,可以非常方便的进行地图的
各种计算、统计和分析,可以进行动态模拟,便于定性与定量分析,具有较强的灵活性。查
询检索和分析功能能够支持从地图图形到属性数据和从属性数据到图形数据的双向检索;图
形动态变化功能从开窗缩放、浏览阅读等基本功能到底图动画功能、多维动画图形模拟等;
多级比例尺之间互相转换,可以将屏幕显示地图容与当前比例完美的匹配,自动的对地图容
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进行与比例尺相适应的取舍或综合。
6、交互性十分强
全方位移动平台自动定位导航系统软件能提供给用户较强的交互能力,如用户可对地图
进行任意的放大、缩小、漫游、要素选取、要素渲染、对象标注等等。比如,用户可以自己
感兴趣的地点进行标注,甚至可以进行编辑,来满足用户的不同要求。
二、全方位移动平台自动定位导航系统软件的分类
全方位移动平台自动定位导航系统软件的分类有很多,按照全方位移动平台自动定位导
航系统软件的功能和数据结构的不同可为以下几种:
(一)阅读型全方位移动平台自动定位导航系统软件
主要为单一的地图显示和阅读,该类型全方位移动平台自动定位导航系统软件是把已制
作的模拟地图通过扫描数字化作为图像数据存储,使用栅格数据模型表达地图图形。阅读型
全方位移动平台自动定位导航系统软件一般属于早期的产品,主要由于没有建立空间信息数
据库,或者没有数字地图可利用,但又急于提供使用,该类型全方位移动平台自动定位导航
系统软件不能用于查询分析,但可在计算机屏幕上阅读。如数字化全方位移动平台自动定位
导航系统软件等。
(二)交互型全方位移动平台自动定位导航系统软件
交互型的全方位移动平台自动定位导航系统软件是具有多种功能高级型的全方位移动
平台自动定位导航系统软件,交互型全方位移动平台自动定位导航系统软件是在地图矢量数
据库和软硬件资源支持下,能实现对全方位移动平台自动定位导航系统软件各种操作,例如
显示阅读、属性查询、空间检索分析,输出硬拷贝等。交互型的全方位移动平台自动定位导
航系统软件是当前主要研究方向之一,在数据组织管理、功能操作、用户界面友好等诸多方
面,体现了全方位移动平台自动定位导航系统软件技术水平。现今,大部分车载导航全方位
移动平台自动定位导航系统软件、个人全方位移动平台自动定位导航系统软件、地区全方位
移动平台自动定位导航系统软件等都是交互型的全方位移动平台自动定位导航系统软件产
品。
(三)网络型全方位移动平台自动定位导航系统软件
网络型全方位移动平台自动定位导航系统软件是在 Internet 或局域网络环境中使用的
全方位移动平台自动定位导航系统软件。近年来,新计算机技术不断运用到 Web 中,其中,
传统地图与 Web 结合造就的网络型全方位移动平台自动定位导航系统软件就是一种建设性
的结合。GIS、格栅、VR 也应用在网络型全方位移动平台自动定位导航系统软件,使之从最
初的“无缝”图片发展成二维、三维等真正的全方位移动平台自动定位导航系统软件。
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