基于XPE的嵌入式車(chē)載系統研究與實(shí)現

0引言

作為智能交通的主要組成部分，車(chē)載導航定位己成為最近的研究熱點(diǎn)[1]。隨著(zhù)全球定位系統(GPS)從軍用轉為民用后，GPS技術(shù)應用于移動(dòng)目標的監控有著(zhù)其它無(wú)法比擬的優(yōu)勢，所以采用GPS技術(shù)對各種車(chē)輛實(shí)施監控、調度管理成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

GPRS可以實(shí)現數據的實(shí)時(shí)交換，而且按照數據流量計費，特別適合應用在車(chē)輛衛星定位系統這種頻繁的小流量數據傳輸的場(chǎng)合。因此，本系統采用GPRS作為車(chē)載電腦與服務(wù)器的通信方式。

由于地圖匹配采用了復雜的算法，道路網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構須采用數據庫方式，整個(gè)定位系統須采用高級語(yǔ)言編程實(shí)現?；谶@些特點(diǎn)該車(chē)載定位裝置采用單板工控電腦作為硬件平臺，操作系統采用Windows XP Embedded with SP2 。相對于Linux, Windows CE等其他嵌入式操作系統，選擇嵌入式XP的好處是，用戶(hù)方的現有程序不必重新編程，而研制方的編程人員對基于Windows的編程己經(jīng)比較熟悉，不必學(xué)習新的操作系統下如何編程。

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展和人們對車(chē)輛定位的需求，急需利用Internet實(shí)現對指定的車(chē)輛查詢(xún)定位，使用戶(hù)可以直接通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)車(chē)輛導航定位公司的網(wǎng)站即可以文本和圖像的形式顯示給用戶(hù)。Web GIS是在Internet環(huán)境下運行的GIS，就是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和WWW技術(shù)來(lái)完善和擴展傳統的GIS功能的一門(mén)新技術(shù)。因此，如何利用Web GIS技術(shù)結合GPS技術(shù)實(shí)現在Internet環(huán)境下車(chē)輛定位查詢(xún)是一個(gè)很值得探討的問(wèn)題并具有現實(shí)意義。

1系統的總體架構

1.1系統的組成

在車(chē)輛定位中該應用系統主要包括如下4部分:車(chē)載GPS移動(dòng)終端, GPRS通信網(wǎng)絡(luò )、車(chē)輛服務(wù)信息中心和用戶(hù)，如圖1所示。

圖 1系統的組成圖

1. 2工作原理

其中車(chē)載GPS移動(dòng)終端可以為服務(wù)中心提供移動(dòng)目標的最新定位數據、車(chē)輛運行速度和方向等信息，并將該信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )GPRS傳到車(chē)輛服務(wù)信息中心，車(chē)輛服務(wù)信息中心通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )GPRS與車(chē)載GPS移動(dòng)單元通信，通過(guò)Internet與客戶(hù)通話(huà)。當客戶(hù)端提交車(chē)輛定位請求后，車(chē)輛服務(wù)信息中心接收該請求并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )GPRS向車(chē)載移動(dòng)單元發(fā)出定位指令，然后將該車(chē)輛的最新信息傳回車(chē)輛服務(wù)信息中心，服務(wù)信息中心接收新的車(chē)輛信息并在地圖上繪制，然后以文本和圖片組成的網(wǎng)頁(yè)傳回客戶(hù)端。

2 車(chē)載電腦終端硬件平臺構建

該車(chē)載電腦終端硬件平臺采用AAEON公司的GENE-8310開(kāi)發(fā)板作為平臺，該開(kāi)發(fā)板實(shí)際就是一個(gè)嵌入式的電腦處理平臺。板載 Intel® Celeron® M 600MHz處理器，具有強勁的處理能力。具有良好的顯示支持，豐富的接口。對于客戶(hù)在低功耗控制下的優(yōu)秀處理能力等更高需求方面都是最好的選擇。特別是因為它基于Intel平臺，在普通電腦上開(kāi)發(fā)的軟件可以不用修改就可以在該平臺運行。簡(jiǎn)化了編程工作量。在該開(kāi)發(fā)板的基礎上擴充GPS和GPRS模塊，構成車(chē)載電腦終端的硬件系統。

3 車(chē)載操作系統的開(kāi)發(fā)及構建[2]

圖 2 嵌入式XP操作系統開(kāi)發(fā)過(guò)程

該車(chē)載電腦終端軟件平臺以Windows XP Embedded with SP2作為操作系統。Windows XP Embedded是桌面 Windows XP操作系統的組件化版本，它能夠快速開(kāi)發(fā)出最為可靠的全功能連接設備。Windows XP Embedded采用與Windows XP Professional相同的二進(jìn)制代碼，從而使得嵌入式開(kāi)發(fā)人員能夠只選擇那些小覆蓋范圍嵌入式設備所需的豐富定制化特性。 該系統中我們選用了512M的CF卡作為車(chē)載操作系統和應用軟件的載體，操作系統控制在100M以?xún)取?/p>

具體的嵌入式XP操作系統的開(kāi)發(fā)，大致可分為幾個(gè)步驟，如圖2所示。鑒于篇幅，在此就不作詳細介紹了。

4 GPS數據接收及優(yōu)化處理

GPS接收模塊采用飛鷹公司的TFAG30，車(chē)載GPS移動(dòng)單元傳回的定位信息為 NMEA0813標準格式的數據，其中$GPGGA(字頭標識符)，hhmmss. ss(時(shí)間，時(shí)、分、秒)，bbbb, bbbb(緯度，度度分分，分分分分),N(北緯，s指南緯)，IIII ,IIII(經(jīng)度，度度度分分，分分分分)，E(東經(jīng)，w西經(jīng))，q (1表示定位模式GPS , 2表示DGPS)，nn(衛星數)，P(水平位置定位精度因子)，h, h(海平面的天線(xiàn)高)，m.，g.g(橢球面上的天線(xiàn)高)，m,xxx(為DGPS有效數據期)，aaaa (DGPS基準站的編號),ss(校驗和)， CR>回車(chē)LF>換行

由于接收到的衛星數據存在星歷誤差，電離層誤差，對流層誤差以及隨機噪聲等，為了提高定位的精度，需要對衛星定位數據作差分算法的處理[4]。

為了消除隨機噪聲和動(dòng)態(tài)噪聲對定位結果的影響，在數據處理之前先要對定位數據進(jìn)行濾波平滑。下面給出所采用的卡爾曼濾波方法的說(shuō)明。

（1）、動(dòng)態(tài)方程

式中，PRC為校正后的偽距；PRm為測量到的偽距；a為偽距的加權系數；△r為未經(jīng)加權的距離校正值；CPR為基準站測量到的偽距校正值；CPw為基準站測量到的偽距率校正值；ti為測量偽距的時(shí)間；t0為校正時(shí)間的參考時(shí)間；k為其他誤差。

經(jīng)過(guò)差分處理之后，數據定位精度可以保證在10m之內，滿(mǎn)足實(shí)際應用需求。

5 GPRS無(wú)線(xiàn)鏈路的建立

GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊采用西門(mén)子公司的MC35I ,GPRS無(wú)線(xiàn)通信鏈路的建立包括GPRS的附著(zhù)和PDP上下文的激活兩個(gè)過(guò)程。具體過(guò)程描述如下：(1) 車(chē)載系統發(fā)送AT指令給GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊要求激活I(lǐng)P協(xié)議，指令中包含想要連接的APN接入點(diǎn)名稱(chēng)，QOS等參數。(2)移動(dòng)終端發(fā)送LCP數據幀與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行設置和參數協(xié)商。參數協(xié)商結束后通過(guò)PAP協(xié)議確認用戶(hù)身份，并且保存用戶(hù)ID和密碼。(3)移動(dòng)終端發(fā)送IPCP數據幀，請求動(dòng)態(tài)分配IP地址，并SGSN發(fā)送激活PDP上下文請求。(4) SGSN請求DNS服務(wù)器對APN進(jìn)行解析，得到APN對應的GGSN的IP地址。SGSN發(fā)送PDP上下文請求給被選定的GGSN , GGSN對用戶(hù)進(jìn)行認證，通過(guò)后為用戶(hù)分配動(dòng)態(tài)IP地址，然后向SGSN返回PDP上下文建立成功信息。(5) SGSN向移動(dòng)終端發(fā)送激活PDP消息，并通過(guò)IPCP配置回應給移動(dòng)終端動(dòng)態(tài)分配的IP地址。

6 WebGIS系統的設計與架構

該WebGIS系統采用Microsoft Visual Studio. NET 2003+SQL Server 2000+MapX 構建。該系統的數據主要包括空間數據和屬性數據兩種，空間數據包括如下圖層：行政區劃、居民地、水系、公路網(wǎng)、政府、企業(yè)、賓館，并將上述圖層在Map X數據集配置文件Geoset Manager中配置，保存為rpdh. gst文件；屬性數據存儲在SQL Server 2000中，包括用戶(hù)管理表(用戶(hù)ID、用戶(hù)名稱(chēng)、密碼、公司名稱(chēng))、車(chē)輛信息表(車(chē)輛ID、屬于用戶(hù)、車(chē)載SIM-ID、車(chē)輛備注信息)和接收信息表(車(chē)載SIM-ID ,經(jīng)度、緯度、速度、方向、時(shí)間等)。

WebGIS系統架構主要由兩部分組成。包括客戶(hù)端和服務(wù)器端，客戶(hù)端只需用戶(hù)安裝有IE瀏覽器即可，其中客戶(hù)端的ZoomView組件實(shí)現視圖改變的腳本組成。服務(wù)器端主要包括網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器和GIS WEB服務(wù)器兩部分組成，其中網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器需要安裝微軟的Asp.Net，負責與客戶(hù)端的會(huì )話(huà)，GIS WEB服務(wù)器提供GIS的功能。

網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器和GIS WEB服務(wù)器兩者之間采用.NET Remoting技術(shù)實(shí)現遠程調用，由ActiveXMessenger組件實(shí)現網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器與GIS WEB服務(wù)器之間的消息傳遞功能，ActiveXIntermediator為遠程處理對象，也是基于.NET Remoting技術(shù)的核心，其中ActiveXlntermediator運行在GIS WEB服務(wù)器上，在網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器上運行它的代理對象。GIS WEB服務(wù)器在遠程調用中起到服務(wù)器的作用，提供ActiveX控件的功能;網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器在遠程調用中起到客戶(hù)端的作用。其中GIS WEB服務(wù)WebGIS的實(shí)現采用.Net編程環(huán)境新添加的Remoting[5]技術(shù)，主要包括ActiveXBroker Group ，ActiveXBroker, ActiveXServer, ActiveX組件。其中ActiveXServer是ActiveX對象的容器，一個(gè)ActiveXServer包含一個(gè)ActiveX對象，ActiveX實(shí)現相應的ActiveX控件的功能，ActiveXBroker是實(shí)現服務(wù)器服務(wù)啟動(dòng)時(shí)初始化一定數量的ActiveXServer對象，使每個(gè)ActiveXServer對象在獨立的線(xiàn)程內運行，其中每個(gè)ActiveXServer對象需要運行在單線(xiàn)程單元中。

7、系統功能及特點(diǎn)

該系統設計完成后，主要具有以下功能：(1)車(chē)輛定位功能。(2)軌跡回放功能。(3)報警功能。(4)電子地圖的放大、縮小、漫游、查詢(xún)等功能。

該系統相比于同類(lèi)產(chǎn)品具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)用戶(hù)操作方便，用戶(hù)只需能上Internet網(wǎng)，然后點(diǎn)擊自己要查詢(xún)的車(chē)輛，該車(chē)輛就以網(wǎng)頁(yè)的方式傳到客戶(hù)端，并且可以實(shí)時(shí)掌握自己擁有車(chē)輛所在的位置。( 2)平臺獨立性，無(wú)論服務(wù)器/客戶(hù)機是何種機器，無(wú)論Web GIS服務(wù)器端使用何種GIS軟件，由于使用通用的Web瀏覽器，用戶(hù)就可以透明的訪(fǎng)問(wèn)Web GIS數據。(3)使用.NET編程技術(shù)和通用wintel平臺，該技術(shù)具有面向對象，易于重用，為系統的實(shí)現和升級帶來(lái)了方便，便于系統擴展及二次開(kāi)發(fā)。

8 結束語(yǔ)

應用WebGIS技術(shù)到車(chē)輛定位中來(lái)滿(mǎn)足了客戶(hù)通過(guò)Internet來(lái)查詢(xún)車(chē)輛的需求，為在Internet環(huán)境下實(shí)現車(chē)輛導航、調度奠定了基礎。該車(chē)載嵌入式平臺基于通用的wintel體系結構，便于車(chē)載系統的功能擴展及升級。具有一定的應用前景。