基于Google Earth的GPS導航系統設計

　　1 緒論

　　隨著(zhù)科技的發(fā)展車(chē)輛的普及，人們對GPS實(shí)時(shí)導航的需求變的越來(lái)越突出。隨之出現了，許多GPS實(shí)時(shí)導航系統，這其中有軟硬件集成一體的GPS導航設備，也有基于其他GPS設備的軟件系統。而所有的這些GPS導航幾乎都是以線(xiàn)框圖為主。線(xiàn)框圖的方式比較適用于城市內部的導航，當有需要去郊區或者山地野外去探險等活動(dòng)時(shí)，這種方式就顯得力不從心了。

　　因為這些地方的地圖信息少，圖示比較粗糙，其次，它提供的時(shí)線(xiàn)框的方式去描述地理，顯然不能很深刻的反應該地的地貌特征，比如海拔，山野等。而且為了及時(shí)更新維護這些線(xiàn)框圖帶來(lái)的代價(jià)也時(shí)很大的。而這些需求的信息可以在衛星地圖上找到。

　　與此同時(shí)Google公司在近些年出來(lái)的Google Earth軟件，是一款十分優(yōu)秀的衛星地圖服務(wù)軟件，它免費提供的衛星地圖精度很高。大部分地區的地區都比較清晰，特別是各個(gè)城市的照片，可以清晰的看到馬路上的車(chē)輛。在中國衛星圖像里，一線(xiàn)城市以2009、2010年拍攝的為主，二、三線(xiàn)城市以05、06年的庫存圖片為主，能較好地滿(mǎn)足導航的要求。

　　在Google Earth Plus以上的收費版本中還提供了GPS接口，能實(shí)時(shí)地顯示當前位置的地圖和移動(dòng)軌跡。而在免費版本中不帶這個(gè)功能。因此，設計一個(gè)基于Google Earth的GPS導航系統也是很有實(shí)際意義的。通過(guò)該系統，完成對Google Earth軟件的控制，從而達到基于GPS的實(shí)物圖導航的目的。

　　此外近期， 基于Google Earth的開(kāi)發(fā)已經(jīng)很多了， 例如，利用Google官方提供的3D圖形繪制工具，繪制各種建筑或者樹(shù)木等物品，可以上傳擺置在Google Earth上面作為產(chǎn)品展出，也可以設計各種樹(shù)木擺放到山林的平面衛星照片上，從而勾勒出具有3D特性的衛星地圖，便于防止森林火災搶救等應用。

　　2 需求分析

　　2.1 功能需求

　　本系統由如下的四部分構成：

　　1）GPS導航系統與GPS設備的通訊模塊。

　　2）WEB服務(wù)器，接受來(lái)至于Google Earth的Network Link的請求，響應當前的坐標及軌跡信息。

　　3）預定軌跡的導航，根據預定軌跡對位置進(jìn)行檢測，實(shí)現偏離預定軌跡時(shí)的報警功能。

　　4）提供軌跡管理和與其他GPS數據交換的工具。

　　2.2 數據流分析

　　如圖1，在整個(gè)系統中，數據的流動(dòng)比較的重要，各個(gè)功能之間的數據信息的交互都是數據的流動(dòng)。GPS硬件設備是個(gè)數據源，不停的接受來(lái)自衛星的信號，通過(guò)計算，組織成有格式的數據流傳遞到本系統，而本系統對這些GPS信息進(jìn)行讀取，并與系統內部的其他的功能配合完成一系列功能。由于系統要控制Google Earth來(lái)完成衛星地圖的導航功能，所以必須要有一個(gè)可以控制Google Earth軟件的方式來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。這個(gè)功能需要把之前從GPS硬件設備讀取的信息以某種方式來(lái)控制Google Earth。此外，系統的軌跡管理功能也需要與其他功能配合才能完成一系列的管理功能。

圖1 數據流圖

　　3 系統設計

　　3.1 系統模型

圖2 系統模型圖

　　完成GPS導航的整個(gè)系統的模型如圖2所示。這其中包含了很多外部硬件設備和軟件系統，而我們的GPS導航系統是安裝在用戶(hù)的PC機或筆記本電腦中的。

　　首先GPS設備不斷的接受來(lái)至于各個(gè)衛星的無(wú)線(xiàn)信號，通過(guò)它本身的固件計算得出當前的坐標等相關(guān)地理信息。然后與計算機進(jìn)行藍牙通訊傳送這些地理信息，而在計算機中，操作系統底層把藍牙通訊模擬成基本的串口通訊，供應用程序調用。本GPS導航系統，自動(dòng)識別當前計算機中的被模擬為串口的端口號，并不斷的讀取來(lái)至于GPS設備的地理信息。再通過(guò)Google Earth控制模塊，控制Google Earth的顯示，若當前的地圖信息還未加載，Google Earth會(huì )根據當前的網(wǎng)絡(luò )情況，連接Google Earth服務(wù)器獲取對應坐標視角的地圖信息。用戶(hù)一般都是在駕車(chē)行駛的時(shí)候需要這種導航，所以一般可能的話(huà)，可以通過(guò)筆記本無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接Google Earth服務(wù)器，正如圖2所示。

　　3.2 功能模塊劃分

　　整個(gè)系統由四大模塊組成。分別為GPS設備通訊模塊，WEB服務(wù)器模塊，預定軌跡導航模塊，用戶(hù)圖形界面。

　　1）GPS設備的通訊模塊根據操作系統底層對藍牙的模擬串口，讀取GPS設備發(fā)送過(guò)來(lái)的地理信息，并過(guò)濾無(wú)用信息，動(dòng)態(tài)的更新到自定義的數據結構中去。

　　2）WEB服務(wù)器模塊接受來(lái)至于Google Earth的Network Link的請求，結合之前更新在結構體中的坐標信息，生成用來(lái)改變Google Earth顯示的KML文件，并響應Google Earth.