基于PDA实现GPS单机米级定位的地理信息采集系统

第29卷第l期 2009年2月 大地测量与地球动力学 JOURNALOFGEODESYANDGEODYNAMICS V01．29No．1 Feb．．2009 文章编号：1671．5942(2009)Ol旬140舭 基于PDA实现GPS单机米级定位的 地理信息采集系统 李星星1’ 罗 涛2’ 张小红1’ 刘万科1’ ，1)武汉大学测绘学院，武汉430079＼ ＼2)武汉第二船舶 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究所，武汉430064／ 摘 要 在许多应用领域，用户需要有一套机动灵活(无需基站)且能实时提供具有平面米级(或米级以下)定位 精度的系统。针对这一情况，研究并实现了基于PDA平台和高精度GPS单点定位技术的地理信息采集数据系统， 该软件系统能满足平面米级精度的地理信息采集应用的需求。 关键词 GPs；高精度实时单点定位；载波平滑伪距；地理信息采集；嵌入式GIs 中图分类号：P225．1 文献标识码：A GISACQUISITIoNSYSYEMBASEDONPDAFORREALIZATION Abstract oFGPSPRECISEPOINTPoSITIONING LiXin函ng”，LuoTao2)，Zhangxiaohon91)andLiuWanke” ／1)&危ooZo厂＆o如，厂口以＆Dmn￡协，耽^口凡踟眈瑙讥耽^on430079、 ＼2)IPⅡ尼口厅5eco，以，瑚￡if“把。厂．s^ipDes橱，m￡ion，耽^口n430064 ／ Atpresent，theusersneedanexiblesyetem(withoutbasestation)toproVidereal-timepositioning seⅣiceofmeterlevelp-ecisioninmanyapplicationfields．TheadVantagesandsigni疗canceofintegratjonof￡hemo— biletechnology，GPSprecisepointpositioningandGISareanalyzedandtheGISdataacquisitionsystembasedon PDAandGPSprecisepointpositioningarerealized．TheprocessofrealizingthewholesystemasweUasthekey technologiesispresented．FinaUy，theexperimentalresultsdemonstratethatthesystemisfeasibleandabletomeet thepracticalneedsofGISdataacquisitionwithmeterlevelprecisioninhodzontaldirection． Keywords：GI丐；realtimeprecisepointpositioning；carrierphasesmoothpseudorange；GISdataacquisition； embeddedGIS l 引言 GPS单点定位作业简单，无需基准站，成本低， 具有广阔的发展前景‘∽1。近些年发展起来的精密 单点定位技术(PPP)，通过使用IGS等机构提供的 精密星历和精密钟差采用事后处理方式，其定位精 度已达厘米级L2’31。但是精密单点定位要达到高精 度需要依赖于高精度的轨道和精密钟差，且一般要 通过事后处理，满足不了实时性要求。 在当前许多应用领域，用户需要机动灵活(无 需基站)且能实时提供具有平面米级定位精度或米 级以下定位精度的系统。针对这一情况，亟需开发 收稿日期：2008旬8．19 基金项目：国家863计划项目(2006AAl22325)；国家973计划项目(2006cB701301)) 作者简介：李星星，1985年生．硕士研究生，现主要从事GPs数据处理方面的研究．E—mil：lxlql09】2l@grnail．com 万方数据 第l期 李星星等：基于PDA实现GPs单机米级定位的地理信息采集系统 141 一种具有机动、实时、高精度、作业方便等特点的系 统。随着移动技术的发展，掌上电脑(PDA)以其良 好的可移动性及软硬件可扩充性等优势受到用户的 青睐。并且PDA的处理能力不断增强、运行内存与 存储空间不断扩大，为实时地理空问数据采集系统 提供了理想的平台。 普通GPs终端设备输出的单点定位精度一般 只能达到十几米，很多时候满足不了GIS应用需要， 而后处理又满足不了实时性的要求。因此，本文提 出基于PDA将高精度的GPS单点定位技术与数据 库技术等相结合，开发用于地理信息数据采集的系 统。该系统主要是针对一些对实时性要求比较高但 是位置精度只需达到米级即町的领域。 观测数据I I导航数据 数捌预处理 ---●●。。。__●-。●_●。。。。。。●_—— 主 组成误差方程 ●。-。。_。。。_-_。。___-●●--●。_。●_—— 主 法方程 ——-T一主 解算站心坐标 和接收机钟差 图1 GPs单点定位 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图 Fig．1F10wchartoftheGPSpointpositioning 2总体设计 4系统实现的关键技术 随着移动技术的发展，掌上电脑(PDA)的处理 能力、内存、存储空间得到了大幅度的提-葛，且具有 携带轻便、软硬件可扩展能力强、价格适中、电池寿 命长、操作方便等优点。因此本系统采用PAD完成 与GPs接收机的通讯，并同时由其完成解码、定位 计算、非位置类型地理信息采集等工作。本系统以 双频接收机高精度单点定位方式为主，根据实际工 程需要，还可提供以下两种方式供选择： 1)精度要求较高时采用质量较好的双频接收 机。使用高精度单点定位的平面精度能达到1—2 mo 2)对于精度要求不太高的情况下采用CF卡式 GPS芯片作为接受机。由于此类芯片一般为单频， 其平面精度只能达到几米或十几米。 目前，PDA的主流嵌入式操作系统有wincE 和PalmOs，但由于wincE与windows的相似性， 对于习惯windows编程和windows风格操作的人来 说，使用wincE要容易的多，并且wincE支持更 多类型的cPur4J，因此本系统使用wincE平台，且 软件系统使用EVC4．0开发"J。 3 GPs单点定位 GPS单点定位方法的实质是空间距离后方交 会，要同时确定测站坐标和接收机钟差必须同时观 测4颗或4颗以上的卫星，其数学模型在诸多文献 和教科书中均有介绍，本文不再赘述。在GPs定位 中存在着各种误差，从误差源来讲可分为与卫星有 关的误差、与信号传播有关的误差、与接收机有关的 误差¨1。单点定位中必须对这些误差加以改正，并 通过载波相位平滑伪距技术等提高单点定位的精 度p1。整个定位处理流程如下图1所示： 本系统主要包含工程管理、GPS信号接收、GPs 数据处理、采样点采集、地理空间信息入库等功能模 块。其中串口通信、数据解码、高精度单点定位是系 统实现的关键技术。系统流程如图2所示。 图2软件系统流程图 Fig．2nowchartofthesoftwaLresystem 4．1 串口通信 因为GPs板卡输出的位置满足不了平面米级 定位精度的要求，所以必须从GPs接收机中提取 GPS观测数据码，对提取的数据利用某些算法实现 高精度定位。因此，串口通信是实现本程序的基本 任务。一般而言，完成串口通信的基本操作分为4 个步骤’6o： 第一步：打开串口 mhComm=CreateFile(sPon，GENERIC— READ，0．NULL，0PEN—ExISTING，0，)； 第二步：设置串口 SetState(dcb)； 第三步：读取串口 ReadFile(m—hComm，lpBuf，dwCount， &dwBytesRead，NULL) 第四步：关闭串口 CloseHandle(tmpHANDLE)； 一一一一一一一一一一一一～ 万方数据 142 大地测量与地球动力学 29卷 4．2数据解码 GPs数据解码就是将从通信口输出的二进制数 据或已经采集好的二进制文件转换成需要的数据格 式(如RINEx格式)，使经过解码后的数据适合程 序的解算。GPS的输出分为十进制ASCⅡ码和二进 制码两大类。“。十进制AScⅡ码直观，易于识别和 应用。GPs的统一标准格式NMEA一0183就采用 AscⅡ码。二进制码运算方便，在计算机中应用非 常普遍。GPS的原始观测量、星历以及其他数据都 采用了二进制编码。 本系统分别对GS—R270CF卡式接收机和No— vatel双频接收机进行解码，其中前一种是AscⅡ码 型(支持NMEA旬1832．2版本规格输出)，后一种是 二进制码(它们的详细数据结构呵参看接收机说明 书)。 4．3实现高精度单点定位 在非差定位中，数据预处理质量的好坏直接决 定定位精度的高低。由于基于非差观测值的Blewitt 方法町以保留更多的观测信息，本系统使用该方法 对周跳及粗差进行探测与修复。 由于伪距的观测精度较低(大约3m)，载波的 观测精度较高(2mm左右)，我们采用载波相位平 滑伪距来提高伪距观测值的精度∞J。 在误差消除方面，加入模型改正降低误差对定 位精度的影响。这些改正主要包括：相对论效应改 正，地球自转改正，卫星钟差改正，估计接收机钟差 参数，电离层延迟改正(双频消除)，对流层延迟改 正，接收机天线相位中心改正等。 为实现高精度定位，还必须采用较优的定权方 案。大量的实验分析 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，根据载波相位平滑伪距 所采用的相位观测值历元数凡及卫星的高度角E 确定权矩阵能得到较高的定位精度。 5试验结果与精度分析 5．1双频试验结果 相关试验在武汉大学信息学部4号楼楼顶进 行，选取两个点(GPS01、GPS02)作为试验点。将一 台Novatel双频接收机分别置于两个试验点静态观 测30分钟，使用本系统进行数据采集与处理，将两 个点的处理结果分别与坐标真值(把通过IGS站静 态联测求得的坐标值作为真值)求差。图3、图4分 别为点GPS0l和点GPS02的解算坐标值在N、E、U 3个方向与真值之差随历元的变化。表l为统计结 果。由表l可知，平面定位精度优于2m。 实时动态单点定位的试验。试验于2004年5 月24日在某一机场跑道进行，GPS接收机为ASH一 图3点CPsolN、E、u分量坐标差 Fig．3ErrorsinN，E，UdirectionofGPS01 图4点GPs02N、E、U坐标差 Fig．4Erro瑁jnN，E，UdirectionofGPS02 表1 静态模拟动态定位精度统计结果 Tab．1Statis“caccumcyofstaticsimuIationandl【inematic mode TECHUZ—12双频接收机，采样率为ls。汽车的真 运动轨迹如图5，利用后处理差分定位获得的定位 精度为厘米级，在本试验中将其作为真值。将实时 单点定位的结果同各个历元的真值求差，图6为每 个历元单点动态定位在N、E、u3个方向的真误差。 表2为统计结果。 表2动态定位精度统计结果 Tab．2StatisticprecisionOfkinematicpositioning 两个试验结果表明：在N、E方向上均可达到1 —2m的精度，说明该系统可以在PDA平台下实现 米级精度的GPs实时单点定位。 万方数据 第1期 李星星等：基于PDA实现GPs单机米级定位的地理信息采集系统 143 图5汽车运动轨迹 Fig．5111etrackofthecar 图6动态定位N、E、u分量坐标差 Fig．6ErTorsinN，E，Udirec【ioninkinematicmode 5．2 CF卡式单频机试验结果 由于单频的CF卡式GPs接收机携带与操作方 便，在某些对精度要求不高的领域受到了广泛的应 用，为此，本系统也支持CF卡式接收机 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。为了 考察其精度，试验选择在武汉大学信息学部友谊广 场进行，武汉大学信息学部4号楼楼顶选取一个点 (GPs03)作为试验点，在GPS03上进行数据采集与 处理。单频CF卡式接收机运动轨迹如图7所示， GPS03点解算坐标值与真值之间的差值分布如8。 由图7、图8可以看出，使用单频CF卡式接收 机精度一般为十几米，且反映不灵敏，呈跳跃式变 化。但该精度在某些领域已经足够，它能够比较真 实地显示行走轨迹，可应用于精度要求较低的导航 等领域。 6结论 1)试验结果说明在PDA平台下开发基于GPS 实时精密单点定位的地理信息采集系统的定位精度 可以满足平面米级精度的需求。 2)实现了将PDA与高精度GPS单点定位技术 相结合用于GIs数据采集。地理信息数据库能够将 采集的信息自动导人数据库，方便用户的管理与分 析。 图7友谊广场行走轨迹 Fig．7T11etrackofwalkinginYouyisquare 图8点GPs03上坐标差分布 Fig．8EⅡDrsinN，E，UdirectionatCPS03 3)实现的功能主要有选择接收机类型、接收 GPS数据以及接收到卫星状况实时显示、原始数据 解码、单点定位、经纬度坐标值显示、记录轨迹以及 路线长度计算、块状测区轮廓显示和面积计算、常用 的放缩平移等可视化查看、非位置型地理空间信息 采集、各种规范即时查询、地理信息数据入库等。 参考文献 l李征航，黄劲松．GPS测量与数据处理[M]．武汉：武汉 大学出版社，2005． 2陈俊勇，党亚明，程鹏飞．全球导航卫星系统的进展[J]． 大地测量与地球动力学，2007，27(5)：1—4． 3张小红．动态精度单点定位(PPP)的精度分析[J]．全球 定位系统，2006，l：07—11． 4 Dougl船Boling．windowscE程序设计[M]．北京：北京 大学出版社，1999． 5刘万科，楼益栋，张小红．单频伪距差分模型用于动动目 标监控的研究与实现[J]．测绘信息与工程，2004，29 (2)：36—38． 6饶晓燕．基于掌上电脑的GPs数据采集器的开发[D]． 中国农业大学，2002． 7黄其欢．GPS精密定向研究及实践[D]．武汉大学， 2003． 万方数据 基于PDA实现GPS单机米级定位的地理信息采集系统 作者： 李星星， 罗涛， 张小红， 刘万科， Li Xingxing， Luo Tao， Zhang Xiaohong， Liu Wanke 作者单位： 李星星,张小红,刘万科,Li Xingxing,Zhang Xiaohong,Liu Wanke(武汉大学测绘学院,武汉 ,430079)， 罗涛,Luo Tao(武汉第二船舶设计研究所,武汉,430064) 刊名： 大地测量与地球动力学 英文刊名： JOURNAL OF GEODESY AND GEODYNAMICS 年，卷(期)： 2009，29(1) 被引用次数： 0次 参考文献(7条) 1.李征航.黄劲松 GPS测量与数据处理 2005 2.陈俊勇.党亚明.程鹏飞 全球导航卫星系统的进展[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-大地测量与地球动力学 2007(05) 3.张小红 动态精度单点定位(PPP)的精度分析[期刊论文]-全球定位系统 2006(01) 4.Douglas Boling Windows CE程序设计 1999 5.刘万科.楼益栋.张小红 单频伪距差分模型用于动动目标监控的研究与实现[期刊论文]-测绘信息与工程 2004(02) 6.饶晓燕 基于掌上电脑的GPS数据采集器的开发[学位论文] 2002 7.黄其欢 GPS精密定向研究及实践[学位论文] 2003 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dkxbydz200901030.aspx 授权使用：武汉大学(whdx)，授权号：c28296d2-d404-42b1-8bcf-9ea300a6ef59 下载时间：2011年3月11日