移動終端的定位跟蹤系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)

徐濤　范輝

摘 要：定位跟蹤技術(shù)是指通過特定的定位技術(shù)來獲取移動手機(jī)或終端用戶的位置信息（經(jīng)度、緯度坐標(biāo)等），并且在電子地圖上對跟蹤終端的位置進(jìn)行標(biāo)注的技術(shù)或服務(wù)。該系統(tǒng)綜合使用了GPS定位技術(shù)、WEBGIS、GSM通信網(wǎng)絡(luò)、GPRS無線分組技術(shù)、中間件等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對移動的終端進(jìn)行定位跟蹤的功能，實(shí)現(xiàn)對終端人員的實(shí)時跟蹤和位置信息的動態(tài)管理。移動定位跟蹤技術(shù)的主要應(yīng)用場所有以下4種：追蹤服務(wù)、信息服務(wù)、安全服務(wù)和付帳服務(wù)。

關(guān)鍵詞：定位跟蹤；GPS；WEBGIS；GSM通信網(wǎng)絡(luò)

1 相關(guān)技術(shù)簡介

1.1 Google Maps

Google Maps是谷歌公司推出的因特網(wǎng)電子地圖服務(wù)，它可以根據(jù)地理位置名稱或經(jīng)緯度坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)定位和導(dǎo)航，地圖信息較為詳細(xì)。谷歌還為基于Web地圖應(yīng)用的開發(fā)提供了免費(fèi)的編程接口Google Maps API，該接口以JavaScript類庫形式存在，利用接口提供的功能齊全的地圖控制類，開發(fā)者可自定義地圖的顯示形式和功能，再把實(shí)現(xiàn)的WEB地圖嵌入到自己的應(yīng)用程序中；從而開發(fā)出具有特定應(yīng)用的基于Web GIS的應(yīng)用程序。

1.2 GPS定位技術(shù)

GPS是美國上世紀(jì)70年代開始研制的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）的英文簡稱。它主要由以下三部分組成：GPS衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)和GPS信號接收機(jī)。

GPS接收機(jī)能接收到至少三顆衛(wèi)星發(fā)出的信號，經(jīng)過對信號的處理運(yùn)算，就可得出該接收機(jī)的位置信息（如經(jīng)度、緯度等）。GPS定位技術(shù)具有高精度、不間斷性和全球無盲點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

本系統(tǒng)正是通過在移動終端內(nèi)置GPS接收機(jī)模塊，并用能夠接收GPS信號的多用途天線替換普通的手機(jī)天線，以達(dá)到接收GPS數(shù)據(jù)的目的，并通過處理計算出移動終端的位置。

1.3 GSM通信網(wǎng)絡(luò)

GSM通信網(wǎng)絡(luò)是世界最大的移動通信網(wǎng)絡(luò)，中國移動和中國聯(lián)通分別擁有一個GSM網(wǎng)絡(luò)。一個完整的通信系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（Network Subsystem，NSS）、基站子系統(tǒng)（Base Station Subsystem，BSS）、操作維護(hù)子系統(tǒng)（Operation Subsystem，OSS）和移動站（Mobile Station，MS）4大子系統(tǒng)組成。

GSM通信網(wǎng)絡(luò)的作為終端和控制中心信息傳達(dá)的主要通道，特別是GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)（SMS）的合理利用，即通過GSM網(wǎng)絡(luò)的控制信道和SMS業(yè)務(wù)傳輸終端的信息數(shù)據(jù)，同時也降低了該系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)成本，增強(qiáng)了跟蹤系統(tǒng)的可行性。

終端內(nèi)置的GSM 模塊是符合GSM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行無線通信的調(diào)制解調(diào)器，插入移動通信運(yùn)營商的SIM卡的終端就可以接入無處不在的GSM網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)發(fā)送短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。該設(shè)備一般通過串口和計算機(jī)通信，用戶可以基于串口使用AT指令對其進(jìn)行操作，或者基于廠商提供的開發(fā)包開發(fā)各類短信應(yīng)用。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖所示：集成了GPS和GSM模塊功能的嵌入式智能終端，接收定位衛(wèi)星發(fā)來的位置數(shù)據(jù)信息，經(jīng)終端內(nèi)控制器模塊計算得出地理坐標(biāo)信息，再結(jié)合基站通過鑒權(quán)、授權(quán)、檢查等手段將數(shù)據(jù)包以短消息的方式發(fā)送到GSM移動交換中心，經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)到達(dá)跟蹤系統(tǒng)的控制中心，然后，GPS服務(wù)器在控制中心數(shù)據(jù)庫中實(shí)時檢索定位數(shù)據(jù)包，將提取到的定位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給控制中心，當(dāng)控制中心收到客戶端用戶的請求時，以相應(yīng)的參數(shù)調(diào)用Google Maps服務(wù)最終在WEB頁面電子地圖上標(biāo)注終端的位置信息，返回給客戶端，鑒于此，依賴此系統(tǒng)用戶可以：

（1）實(shí)時跟蹤定位終端：提前設(shè)定一定的時間間隔讓移動終端定時傳送當(dāng)時的坐標(biāo)信息，最后在電子地圖上做標(biāo)注，實(shí)時跟蹤終端位置。

（2）軌跡查詢：控制中心收到移動終端的位置信息后按照規(guī)定格式存入數(shù)據(jù)庫，當(dāng)用戶輸入終端的ID號等信息時，系統(tǒng)從位置信息數(shù)據(jù)庫取出相應(yīng)記錄在地圖上進(jìn)行顯示，用戶就可以查看終端的歷史軌跡。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 移動終端獲取位置信息

定位終端具有GPRS/GPS功能，由GPRS無線通信模塊、GPS接收機(jī)模塊、微處理器模塊等組成，實(shí)時計算出終端的經(jīng)度、維度等地理信息，數(shù)據(jù)信息通過特定協(xié)議包裝處理后通過規(guī)定信道傳送給系統(tǒng)控制中心.其中，GPRS無線通信模塊主要用于定位終端和GSM基站之間的無線數(shù)據(jù)通信，不僅支持GPRS操作模式，還提供RS232串行接口。

終端基于LBS（Location Based Service）實(shí)時獲取位置信息，設(shè)置間隔30秒或者當(dāng)移動終端位置狀態(tài)改變時調(diào)用位置監(jiān)聽函數(shù)來處理實(shí)時位置信息，主要實(shí)現(xiàn)代碼如下：

LocationManager lm=（LocationManager）getSytemService（Context.LOCATION_SERVICE）；

String provider=LocationManager.GPS_PROVIDER；

Location location = lm.getLastKnownLocation（provider）；

X=location.getLatitude（）；

Y=location.getlongitude（）；

LocationManager.requestLocationUpdates（provider，1000，30，locationListener）；

LocationListener locationListener = new LocationListener（）{

public void onLocationChanged（Location location）{updateLocation（location）}}；

3.2 移動終端與控制中心的通信

該部分的實(shí)現(xiàn)是通信的核心，利用了現(xiàn)有的GSM通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)可靠和覆蓋范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，它是完成通信的重要紐帶，能很好的為我們系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)服務(wù)。

當(dāng)終端GPS模塊計算出自身定位信息后并將數(shù)據(jù)加密打包，以文本形式組織數(shù)據(jù)報文，而且數(shù)據(jù)報文的長度不能超過GSM短消息業(yè)務(wù)規(guī)定的最大短消息長度，然后再以短消息的方式經(jīng)由GSM網(wǎng)發(fā)送到定位跟蹤系統(tǒng)控制中心。

GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)不會占用話務(wù)信道，它傳輸信息是在信令信道上進(jìn)行傳輸，不用靠撥號建立連接，直接把要發(fā)送的信息加上信宿地址先發(fā)送到短消息服務(wù)中心，然后由服務(wù)中心根據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)給特定的信宿。另外，該業(yè)務(wù)限制了傳輸信息的長度，規(guī)定英文信息長度須在160個字符以內(nèi)，中文消息則不超過70個字符，位置信息剛好在這個范圍內(nèi)。

GSM短消息業(yè)務(wù)是由ETSI組織制定的一個規(guī)范，使用AT命令進(jìn)行短消息通信的控制，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)采用兩種模式：PDU模式和TEXT文本模式，本系統(tǒng)我們采用的是TEXT模式。

3.3 跟蹤系統(tǒng)控制中心

系統(tǒng)的控制中心包括GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GSM遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、Web Server應(yīng)用服務(wù)器、位置信息數(shù)據(jù)庫和DDN（Digital Data Network）專線等重要部分。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)通過DDN專線從移動通信網(wǎng)絡(luò)的短信息服務(wù)中心完成短消息數(shù)據(jù)的讀取和解析，提取出位置信息后存入位置信息數(shù)據(jù)庫規(guī)定表中，當(dāng)接收到瀏覽器請求時根據(jù)需要讀取表中數(shù)據(jù)記錄，采用AJAX異步通信技術(shù)，每隔2分鐘更新服務(wù)器數(shù)據(jù)，根據(jù)要求在電子地圖上繪制定位點(diǎn)，在瀏覽器界面中顯示特定終端位置。

控制中心采用B/S模式，用戶通過Web瀏覽器發(fā)出查看位置信息的請求，控制中心訪問數(shù)據(jù)庫獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，再通過多種形式調(diào)用Google Maps API，從而獲取加載了特定位置信息的地圖頁面，并把該地圖嵌入到網(wǎng)頁中。

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基于.NET平臺。使用c#語言編程實(shí)現(xiàn)基于GSM網(wǎng)絡(luò)的通信和GPS數(shù)據(jù)獲取的功能，以及對短消息數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)的封裝和解析。由于Windows集成了.NET框架并且對短消息操作和GPS數(shù)據(jù)的操作進(jìn)行封裝，所以，基于嵌入式平臺的開發(fā)比較容易實(shí)現(xiàn)；控制中心數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2000，完成數(shù)據(jù)信息的存儲和各功能模塊間信息中轉(zhuǎn)的功能；控制中心應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)主要采用ASP.NET技術(shù)。

3.4 電子地圖顯示

Google Maps API是將Google地圖嵌入到網(wǎng)頁中的API，提供能被Ajax應(yīng)用程序調(diào)用的Javascript接口，具有強(qiáng)大的地圖數(shù)據(jù)處理能力。谷歌公司推出的最新版本Google Maps API v3，具有很高的地圖加載速度，用戶可以直接在網(wǎng)頁代碼中調(diào)用來實(shí)現(xiàn)地圖顯示功能，在該系統(tǒng)中，我們調(diào)用API進(jìn)行地圖信息的顯示以及顯示模式的切換。

以下代碼是主程序中的部分Javascript代碼，實(shí)現(xiàn)了調(diào)用地圖API進(jìn)行地圖顯示的基本功能：

為了更形象的顯示我們的地圖數(shù)據(jù)和功能，Google Map API包含了很多基礎(chǔ)對象，列舉一些常用對象如下：

（1）GMaps對象：通過實(shí)現(xiàn)該對象實(shí)例在用戶頁面上添加一個地圖，該類提供了許多對地圖操作的方法；

（2）GControl對象：該對象是API提供的控件接口，通過該接口可以為地圖添加需要的控件，也可以對控件的屬性和行為進(jìn)行設(shè)置；

（3）ControlPosition對象：該對象用于設(shè)置控件在地圖上的顯示位置；

（4）MarkerShape對象：該對象可以實(shí)現(xiàn)在某一位置添加標(biāo)記，通過點(diǎn)擊顯示需要的信息，包含類型屬性和坐標(biāo)屬性；

（5）MapType對象：該對象定義了不同類型的地圖模式，根據(jù)用戶需要調(diào)用不同類型地圖。

4 結(jié)論

整個系統(tǒng)結(jié)合WEBGIS實(shí)現(xiàn)了定位跟蹤移動終端的功能。利用的現(xiàn)有GSM通信網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、信息傳輸可靠、技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。該方案的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大了WEB電子地圖導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用范圍，可以將該技術(shù)應(yīng)用到對車輛的跟蹤導(dǎo)航、城市旅游導(dǎo)航等基于空間位置定位跟蹤的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，更好地帶來經(jīng)濟(jì)和社會效益。

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