基于WSN的“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊 慧，張小露，耍倩倩

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 徐州 221116)

基于WSN的“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊 慧1,2，張小露1，耍倩倩1

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 徐州 221116)

深入分析“GPS原理與應(yīng)用”教學(xué)實(shí)踐現(xiàn)狀，針對(duì)傳統(tǒng)GPS施測(cè)及RTK應(yīng)用教學(xué)實(shí)踐過(guò)程的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合當(dāng)前移動(dòng)定位服務(wù)的發(fā)展前景，基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)平臺(tái)，以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行GPS定位信息的實(shí)時(shí)接收、遠(yuǎn)程傳輸、動(dòng)態(tài)顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及統(tǒng)計(jì)分析等功能。應(yīng)用結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)手段，基于WSN的“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)GPS實(shí)踐教學(xué)具有充分的理論依據(jù)和實(shí)踐意義。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)；定位信息；GPS原理與應(yīng)用；在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)

全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)是美國(guó)20世紀(jì)70年代研制的一種具有全球性、全天候、實(shí)時(shí)性和連續(xù)性的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)[1-2]，其通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而求定測(cè)量點(diǎn)的空間位置[3]。目前，隨著GPS衛(wèi)星技術(shù)的迅猛發(fā)展和完善，其定位技術(shù)由實(shí)時(shí)單點(diǎn)定位、靜態(tài)相對(duì)定位發(fā)展到實(shí)時(shí)偽距差分定位(Real-time Kinematic pesudorange Difference，RTD)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位(Real Time Kinematic，RTK)，定位精度的不斷提升，極大地提高了外業(yè)測(cè)量的效率，滿(mǎn)足了各個(gè)領(lǐng)域測(cè)量精度的需求[4]。GPS以其全天候、高效率、精密的三維導(dǎo)航與定位功能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、工程測(cè)繪、資源勘查、車(chē)輛導(dǎo)航、地理信息系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。

因此，國(guó)內(nèi)許多高等院校相繼在各相關(guān)專(zhuān)業(yè)中開(kāi)設(shè)了“GPS原理與應(yīng)用”課程[5-6]，該課程是一門(mén)多學(xué)科交叉融合的綜合性學(xué)科，其涉及的知識(shí)面廣泛，實(shí)踐性強(qiáng)，通過(guò)該門(mén)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需在掌握GPS基礎(chǔ)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，提高自身的動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新能力以及主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題的能力，因此如何使學(xué)生真正理解GPS定位的原理與方法，掌握GPS定位數(shù)據(jù)采集、傳輸與處理流程，不斷提高GPS課程教學(xué)質(zhì)量是廣大教育工作者面臨的一大問(wèn)題。實(shí)踐教學(xué)是“GPS原理與應(yīng)用”課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一，目前其主要形式可概括為GPS測(cè)量控制網(wǎng)的施測(cè)[7]和GPS-RTK技術(shù)應(yīng)用實(shí)習(xí)[8-10]兩個(gè)方面。

通過(guò)分析近年來(lái)的GPS實(shí)踐教學(xué)狀況，發(fā)現(xiàn)其多采用傳統(tǒng)的課程講解和外業(yè)測(cè)量的方式[11]，而GPS在近些年的發(fā)展非常迅速，教材的更新速度卻相對(duì)滯后，且隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)(Mobile Internet，MI)、基于位置的服務(wù)(Location Based Services，LBS)、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)等技術(shù)的飛速發(fā)展，如何瞄準(zhǔn)科學(xué)發(fā)展的前沿，將其引入“GPS原理與應(yīng)用”課程的教學(xué)中來(lái)，是對(duì)廣大教育工作者的一個(gè)挑戰(zhàn)。

本文針對(duì)傳統(tǒng)GPS施測(cè)及RTK應(yīng)用教學(xué)實(shí)踐過(guò)程的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合當(dāng)前移動(dòng)定位服務(wù)的發(fā)展前景，基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合GPS定位模塊、GPRS通信模塊和微控制器設(shè)計(jì)GPS在線(xiàn)實(shí)踐儀器，利用WebGIS技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)。

1 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的GPS實(shí)踐應(yīng)用

1.1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)

WSN是系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊，由傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控中心組成[12]。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)除了進(jìn)行本地信息收集和數(shù)據(jù)處理外，還要對(duì)其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和融合，并與其他節(jié)點(diǎn)協(xié)作完成任務(wù)[13]；匯聚節(jié)點(diǎn)的處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力相對(duì)較強(qiáng)，負(fù)責(zé)路由、轉(zhuǎn)發(fā)、融合、存儲(chǔ)其他節(jié)點(diǎn)信息；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)連接無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的通信，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，接收和匯總網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的信息，并通過(guò)光纖、Internet或衛(wèi)星鏈路將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心；監(jiān)控中心負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域數(shù)據(jù)信息的綜合處理，具有信息處理、決策等功能。大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)部或附近，能夠通過(guò)自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)沿著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐條地進(jìn)行傳輸，在傳輸過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可能被多個(gè)節(jié)點(diǎn)處理，經(jīng)過(guò)多條后路由到匯聚節(jié)點(diǎn)，最后通過(guò)衛(wèi)星或互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)監(jiān)控中心。用戶(hù)通過(guò)監(jiān)控中心對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和管理，發(fā)布監(jiān)測(cè)任務(wù)和收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[14]。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)是由WSN，GPRS，GPS和WebGIS等技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的?；赪SN的“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、GPRS網(wǎng)絡(luò)和WebGIS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 GPS在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

其中，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)采集和處理實(shí)踐區(qū)域的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)GPRS終端連接到GPRS無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)并接入Internet，將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行分析處理；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中心由一臺(tái)或多臺(tái)可以接入Internet的計(jì)算機(jī)和相應(yīng)數(shù)據(jù)通訊收發(fā)設(shè)備以及必要的輸出設(shè)備組成，負(fù)責(zé)對(duì)GPS數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過(guò)發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制[15]。

實(shí)踐時(shí)，首先學(xué)生利用自主開(kāi)發(fā)的GPS實(shí)踐儀器在實(shí)驗(yàn)區(qū)域(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)校園)內(nèi)移動(dòng)，實(shí)時(shí)獲取校園內(nèi)預(yù)先選定的實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的位置信息；然后通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將獲取到的位置信息傳送到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器進(jìn)行集中處理，經(jīng)檢查無(wú)誤后有效的數(shù)據(jù)將會(huì)被保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，如時(shí)間、經(jīng)緯度、高度、移動(dòng)速度等；后臺(tái)監(jiān)控中心在與前端采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的同時(shí)，還與用戶(hù)端系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，用戶(hù)可通過(guò)手機(jī)、PDA和筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備客戶(hù)端與服務(wù)器進(jìn)行交互通信，具有訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的指導(dǎo)老師可遠(yuǎn)程登錄WebGIS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面，實(shí)時(shí)查詢(xún)和控制服務(wù)器端的數(shù)據(jù)，并在百度地圖上進(jìn)行點(diǎn)的標(biāo)注以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的回放。

2 GPS在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 GPS在線(xiàn)實(shí)踐儀器硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)GPS實(shí)踐教學(xué)的需求，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的GPS在線(xiàn)實(shí)踐儀器由GPS模塊、微控制器模塊、GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊和電源管理模塊組成，硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 GPS在線(xiàn)實(shí)踐儀器硬件結(jié)構(gòu)

其中，微控制器模塊主要負(fù)責(zé)GPS定位系統(tǒng)中的運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞以及控制協(xié)調(diào)各模塊之間的工作[16]。微控制器采用NXP公司的LPC1700系列，該系列芯片采用低功耗、高成本效益的Cortex-M3內(nèi)核，其最高工作效率為100 MHz。同時(shí)也采用了矩陣式AHB總線(xiàn)，可同時(shí)運(yùn)行以太網(wǎng)、USB等高寬帶外設(shè)，而不會(huì)影響性能。除此之外，每個(gè)器件最高可搭載512 KB內(nèi)存和64 KB SRAM，可滿(mǎn)足硬件系統(tǒng)的要求。

GPS定位模塊負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星的定位信息，將接收數(shù)據(jù)輸入到微控制器模塊，根據(jù)接收到的經(jīng)緯度坐標(biāo)值計(jì)算出實(shí)踐儀器所在的具體位置。本文選用的JRC-GPS模塊是由中國(guó)無(wú)線(xiàn)技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)的GPS接收器模塊，可為各種應(yīng)用提供最好的解決方案。該模塊兼容三星14B01、14B02(1613)、環(huán)天ET312(2820)、鼎天REB3310(2525)、Ublox 4X/5X等主流產(chǎn)品；可支持多達(dá)210PRN渠道，其中有66個(gè)搜索渠道和22個(gè)同步跟蹤渠道。它支持L1波段信號(hào)集，如全球定位系統(tǒng)的C/A和SBAS(包括WAAS，EGNOS MASA)；支持NMEA0183 V3.01通訊協(xié)定；提供API(應(yīng)用編程接口)和電子地圖，可以實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的解決方案，以及GPS導(dǎo)航解決方案，以取得快速TIFF和準(zhǔn)確的導(dǎo)航性能，能夠很好的滿(mǎn)足GPS實(shí)踐教學(xué)對(duì)定位模塊的性能要求。

GPRS通訊模塊主要負(fù)責(zé)微控制器與GPS 模塊的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)時(shí)接收并過(guò)濾所有GPS發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，最后保留有用的數(shù)據(jù)，如時(shí)間、經(jīng)緯度、高度、速度等[17]。GPRS無(wú)線(xiàn)模塊采用SIMCOM有限公司提供的SIM900A模塊。該模塊不僅支持通常用于PPP連接的PAP協(xié)議，還內(nèi)嵌了TCP/TP協(xié)議，允許一個(gè)TCP/UDP傳輸機(jī)制以最小的前期配置和操作來(lái)被使用，可以直接用AT命令對(duì)其進(jìn)行控制，使用起來(lái)非常方便。GPRS模塊主要包括數(shù)據(jù)處理模塊、通信模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和顯示模塊四部分。首先GPS模塊獲取到數(shù)據(jù)信息后，協(xié)調(diào)器通過(guò)串口將匯聚的數(shù)據(jù)經(jīng)由GPRS通信模塊，按照TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)到Internet上，然后由服務(wù)器端讀取數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，可在需要時(shí)進(jìn)行分析處理。

2.2 WebGIS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

GPS在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)的主要目的在于實(shí)時(shí)在線(xiàn)處理并顯示匯集到數(shù)據(jù)中心的學(xué)生實(shí)踐過(guò)程中獲取的位置信息，并將實(shí)踐結(jié)果和真實(shí)經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，確定各實(shí)踐數(shù)據(jù)的采集時(shí)間和經(jīng)緯坐標(biāo)位置所代表的具體點(diǎn)，以對(duì)學(xué)生的實(shí)踐結(jié)果做出判斷，從而實(shí)現(xiàn)GPS在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)的學(xué)習(xí)與管理。WebGIS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)南湖校區(qū)校園的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)為依據(jù)，系統(tǒng)采用B/S 3層架構(gòu)，分為表現(xiàn)層、應(yīng)用層及數(shù)據(jù)層3個(gè)邏輯層次，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 WebGIS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

表現(xiàn)層是系統(tǒng)與用戶(hù)交互的接口，主要負(fù)責(zé)WebGIS數(shù)據(jù)功能的表現(xiàn)，進(jìn)行GIS的查詢(xún)分析，并將結(jié)果可視化輸出，一般為通用的瀏覽器軟件，如IE，F(xiàn)irefox等；應(yīng)用層需要為表現(xiàn)層提供地理信息服務(wù)并進(jìn)行相應(yīng)分析。這些服務(wù)由GIS服務(wù)器進(jìn)行管理，所提供的地理信息服務(wù)包括空間數(shù)據(jù)服務(wù)、空間功能服務(wù)以及空間元數(shù)據(jù)服務(wù)3種。數(shù)據(jù)層則要提供地理信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析、管理等，數(shù)據(jù)庫(kù)也轉(zhuǎn)化成了數(shù)據(jù)服務(wù)器，在應(yīng)用服務(wù)器需要數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)操作時(shí)配合訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。3層結(jié)構(gòu)模式將用戶(hù)邏輯和應(yīng)用邏輯分置在不同的平臺(tái)上，使得用戶(hù)可以進(jìn)行分布式的數(shù)據(jù)處理。

如圖3所示，客戶(hù)端瀏覽器用戶(hù)通過(guò)Internet向服務(wù)器發(fā)送URL及GIS數(shù)據(jù)操作請(qǐng)求，用戶(hù)在客戶(hù)端的每個(gè)操作都將被轉(zhuǎn)化成對(duì)服務(wù)器的請(qǐng)求[18]；Apache接受請(qǐng)求后，通過(guò)PHP腳本語(yǔ)言，調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，加載到Web地圖上，同時(shí)調(diào)用Web地圖API，對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；系統(tǒng)又通過(guò)Apache和Web服務(wù)器將操作結(jié)果(屬性與地圖信息)返回到發(fā)送請(qǐng)求的Web瀏覽器并顯示，從而實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與服務(wù)器的動(dòng)態(tài)交互[19]。

3 原型系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)案例

本系統(tǒng)所采用的GPS在線(xiàn)實(shí)踐儀器是自主開(kāi)發(fā)的、具有快速、準(zhǔn)確定位功能的在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)儀器，其包括NXP公司的LPC1700系列的微控制器、中國(guó)無(wú)線(xiàn)技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)的JRC-GPS模塊以及SIMCom有限公司提供的SIM900A模塊，該儀器可快速、優(yōu)質(zhì)的完成GPS定位信息的遠(yuǎn)程GPRS無(wú)線(xiàn)傳輸以及數(shù)據(jù)傳遞等，GPS在線(xiàn)實(shí)踐儀器實(shí)物如圖4所示。

圖4 GPS在線(xiàn)實(shí)踐儀器實(shí)物圖

GPS在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)分為三大模塊：基礎(chǔ)地圖功能、查詢(xún)顯示模塊、地圖操作模塊。其中，基礎(chǔ)地圖功能主要是在百度API的支持下實(shí)現(xiàn)地圖的一些基本操作，包括地圖放大、縮小、漫游等；查詢(xún)顯示模塊主要支持用戶(hù)根據(jù)時(shí)間或分組進(jìn)行查詢(xún)結(jié)果顯示；地圖操作模塊支持用戶(hù)在地圖上添加標(biāo)注以及根據(jù)GPS定位點(diǎn)集在線(xiàn)生成并顯示運(yùn)動(dòng)軌跡路徑，并作為特征點(diǎn)的測(cè)量是否準(zhǔn)確的判斷依據(jù)，系統(tǒng)功能模塊如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)功能模塊

以GPS平面控制測(cè)量實(shí)習(xí)為例，采用3臺(tái)GPS實(shí)踐儀器進(jìn)行同步觀(guān)測(cè)，首先，將學(xué)生分配為若干個(gè)小組，每個(gè)小組配備自主研發(fā)的GPS實(shí)踐儀器1臺(tái)，3個(gè)小組配合完成GPS平面控制測(cè)量；其次，在校園空曠的地點(diǎn)選擇4個(gè)控制點(diǎn)，在前3個(gè)點(diǎn)安置GPS實(shí)踐儀器，測(cè)量并將GPS實(shí)踐儀器號(hào)、經(jīng)緯度、高程等數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳到GPS在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)；然后，待各個(gè)同步觀(guān)測(cè)的實(shí)踐儀器均搜尋正常后，組長(zhǎng)通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置數(shù)據(jù)記錄，同步觀(guān)測(cè)45 min，并將起止時(shí)間自動(dòng)記錄于GPS在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)各小組對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中；最后，將1號(hào)點(diǎn)的GPS實(shí)踐儀器搬至4號(hào)點(diǎn)位置，進(jìn)行第二時(shí)段的觀(guān)測(cè)，第二時(shí)段觀(guān)測(cè)結(jié)束后將3號(hào)點(diǎn)的儀器搬至1號(hào)點(diǎn)進(jìn)行第三時(shí)段的觀(guān)測(cè)，第三時(shí)段觀(guān)測(cè)結(jié)束將2號(hào)點(diǎn)的儀器搬至3號(hào)點(diǎn)進(jìn)行第三時(shí)段的觀(guān)測(cè)，以此形成GPS的平面控制網(wǎng)。學(xué)生進(jìn)行測(cè)量期間，指導(dǎo)老師可通過(guò)GPS在線(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)觀(guān)察每個(gè)小組學(xué)生具體位置及運(yùn)動(dòng)軌跡。GPS在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)用戶(hù)界面如圖6所示。

圖6 GPS在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)用戶(hù)界面

4 結(jié)束語(yǔ)

GPS定位技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的定位技術(shù)之一，其與無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與結(jié)合研究已成為技術(shù)熱點(diǎn)并得到廣泛的關(guān)注，本文結(jié)合GPS實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀，通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)GPS定位模塊的自主開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸和存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化。引入GPRS無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，使得測(cè)量信息的傳輸更為方便快捷，WebGIS技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)的管理發(fā)布更加快速有效，適應(yīng)了新時(shí)代網(wǎng)絡(luò)化、共享化的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)嘗試與實(shí)踐，基于WSN的“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)使學(xué)生拓寬了知識(shí)面并接觸到當(dāng)前的前沿技術(shù)，而且學(xué)生通過(guò)實(shí)踐加強(qiáng)了對(duì)GPS理論知識(shí)的鞏固，既提高了學(xué)生研究與開(kāi)發(fā)GPS定位模塊的操作動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力，也培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的能力，為畢業(yè)生未來(lái)參與社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng)打下扎實(shí)基礎(chǔ)。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的在線(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)將在更多課程教學(xué)中得到應(yīng)用，進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展，提高教學(xué)質(zhì)量。

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[責(zé)任編輯：張德福]

On the online teaching practice system ofGPSprinciplesandapplicationsbased on WSN

YANG Hui1,2, ZHANG Xiaolu1, SHUA Qianqian1

(1.School of Resources and Geosciences, China University of Mining, Xuzhou 221116,China;2. Key Laboratory of Coal Bed Gas Resources and Forming Process of Ministry of Education, China University of Mining, Xuzhou 221116, China)

Through in-depth analysis on the present situation of the teaching practice of GPS principle and application, in view of the weak link of the traditional GPS application and RTK application teaching practice process, combined with the current development of mobile location services, based on Wireless Sensors Networks technology, this paper develops and implements an online practice teaching system ofGPSprinciplesandapplications, to guide students of GPS positioning information to receive real-time, remote transmission, dynamic display, real-time monitoring and statistical analysis functions. The application result shows that, compared with the traditional practice teaching methods, the online practice teaching system ofGPSprinciplesandapplicationsbase on WSN has a sufficient theoretical basis and practical significance for the promotion of GPS practice teaching.

wireless sensor networks; positioning information; GPS principles and applications; online teaching system

著錄：楊慧，張小露，耍倩倩.基于WSN的“GPS原理與應(yīng)用”在線(xiàn)教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].測(cè)繪工程，2017，26(7)：71-75.

10.19349/j.cnki.issn1006-7949.2017.07.015

2017-01-17

江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK20131113)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41301433；51678127)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目

楊 慧(1983-)，女，副教授，博士.

G640

A

1006-7949(2017)07-0071-05