【導讀】及取得的研究成果。據我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方。獲得電子科技大學或其它教育機構的學位或證書而使用過的材料。說明并表示謝意。的規(guī)定，有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。等復制手段保存、匯編學位論文。的各類管理信息系統(tǒng)已經得到了廣泛的應用。本文正是在這種背景下，結合水文數據收集的特點，研究PDA在移動數據收集系統(tǒng)中的開發(fā)與應用。數據收集方式更為簡便、快速、準確，可避免手工操作所引起的人為因素的差錯，極大地提高數據收集效率。計、開發(fā)平臺選取設計等。能，對基于PDA的移動數據收集系統(tǒng)進行了實現。經過測試，該系統(tǒng)基本達到了。預期的設計要求。時也為今后相關方面的研究提供了一定的借鑒之處。

　　

【正文】 通訊信道。短消息通信的不足就是短消息的傳輸不可靠而且傳輸的時延比較大，而且不適用于大量的數據傳輸。 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(GPS, Global Positioning System)是利用人造地球衛(wèi)星進行點位測量導航技術的一種，全稱是 NAVSTAR(NAVigation Satellite Timing And Ranging)/GPS，由美國軍方組織研制建立，從 1973 年開始實施，到九十年代初完成。用戶通過測量到太空各可視衛(wèi)星的距離來計算他們的當前位置，左右衛(wèi)星相當于精確的已知參考點。每顆 GPS 衛(wèi)星時刻發(fā)布其位置和時間數據信號，用戶接收機可以測量每顆衛(wèi)星信號到接收機的時間延遲，根據信號傳輸的速度就可以計算出接收機到不同衛(wèi)星的距離。同時收集到至少四顆衛(wèi)星的數據時就可以解算出三維坐標、速度和時間。 GPS 系統(tǒng)組成GPS 系統(tǒng)包括三大部分：空間部分一一 GPS 衛(wèi)星星座；GPS 由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆備用衛(wèi)星組成，它們均勻分布在六個相互夾角為 60 度的軌道平面內，即每個軌道上有四顆衛(wèi)星。衛(wèi)星高度離地面約 20000 公里，繞地球運行一周的時間是 12 恒星時，即一天繞地球兩周。GPS 衛(wèi)星用 L 波段兩種頻率的無線電波(1575. 42MHz 和 1227. 6MHz)向用戶發(fā)射導航定位信號，同時接收地面發(fā)送的導航電文以及調度命令。地面控制部分一一地面監(jiān)控系統(tǒng)；對于導航定位而言，GPS 衛(wèi)星是一動態(tài)已14第二章 手持移動數據收集系統(tǒng)關鍵技術概述知點，而衛(wèi)星的位置是依據衛(wèi)星發(fā)射的星歷一一描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數一一計算得到的。每顆 GPS 衛(wèi)星播發(fā)的星歷是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的，同時衛(wèi)星設備的工作監(jiān)測以及衛(wèi)星軌道的控制，都由地面控制系統(tǒng)完成。GPS 衛(wèi)星的地面控制站系統(tǒng)包括位于美國科羅拉多的主控站以及分布全球的三個注入站和五個監(jiān)測站組成，實現對 GPS 衛(wèi)星運行的監(jiān)控。用戶設備部分一一 GPS 信號接收機。GPS 信號接收機的任務是，捕獲 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號，并進行處理，根據信號到達接收機的時間，確定接收機到衛(wèi)星的距離。如果計算出四顆或者更多衛(wèi)星到接收機的距離，再參照衛(wèi)星的位置，就可以確定出接收機在三維空間中的位置。 GPS 定位基本原理GPS 定位基本原理是利用測距交會確定點位，衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數和時間信息，用戶接收到這些信息后，經過計算求出接收機的三維位置，三維方向以及運動速度和時間信息。如圖 所示，一顆衛(wèi)星信號傳播到接收機的時間只能決定該衛(wèi)星到接收機的距離，但并不能確定接收機相對于衛(wèi)星的方向，在三維空間中，GPS 接收機的可能位置構成一個球面；當測到兩顆衛(wèi)星的距離時，接收機的可能位置被確定于兩個球面相交構成的圓上；當得到第三顆衛(wèi)星的距離后，球面與圓相交得到兩個可能的點；GPS 接收器在僅接收到三顆衛(wèi)星的有效信號的情況下只能確定二維坐標即經度和緯度，只有收到四顆或四顆以上的有效 GPS 衛(wèi)星信號時，才能完成包含高度的 3D 定位。因此，如果接收機能夠得到四顆 GPS 衛(wèi)星的信號，就可以進行定位；當接收到信號的衛(wèi)星數目多于四個時，可以優(yōu)選四顆衛(wèi)星計算位置。準確位置15圖 測距交會定位示意圖電子科技大學工程碩士學位論文假設 t 時刻在地面待測點上安置 GPS 接收機，可以測定 GPS 信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數據可以確定以下四個方程式：衛(wèi)星 1x1，y1，z1衛(wèi)星 2x2，y2，z2衛(wèi)星 3x3，y3，z3衛(wèi)星 4x4，y4，z4YZ(0,0,0)X(x1x)2+（y1y）2+（z1z）2+c2*（tt01）=d12(x2x)2+（y2y）2+（z2z）2+c2*（tt02）=d22(x3x)2+（y3y）2+（z3z）2+c2*（tt03）=d32(x4x)2+（y4y）2+（z4z）2+c2*（tt04）=d42求解未知數（x，y，z，t）定位 定時圖 GPS 衛(wèi)星定位原理若 t0 為各衛(wèi)星時間，t 為接收機時間上述四個方程式中 x, y,z 為待測點坐標，t0 為接收機的鐘差為未知參數，其中 di=cΔti, (i=1, 2, 3, 4) , di 分別為衛(wèi)星 i 到接收機之間的距離，Δti 分別為衛(wèi)星 i的信號到達接收機所經歷的時間，xi、yi、zi 為衛(wèi)星 i 在 t 時刻的空間直角坐標，ti為衛(wèi)星鐘的鐘差，c 為光速。由以上四個方程即可解算出待測點的坐標 x、y、z 和16第二章 手持移動數據收集系統(tǒng)關鍵技術概述接收機的鐘差 t00事實上，接收機往往可以鎖住 4 顆以上的衛(wèi)星，這時，接收機可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組 4 顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。 本章小結本章詳細介紹了系統(tǒng)的幾個關鍵技術，包括嵌入式系統(tǒng)、無線通信技術、全球定位系統(tǒng)、移動數據庫的概念和相關技術以及移動安全問題，并對當今嵌入式設備中流行的 Windows Mobile 操作系統(tǒng)進行了詳細介紹。17電子科技大學工程碩士學位論文第三章 系統(tǒng)的需求分析與總體設計 移動數據收集系統(tǒng)的需求分析本文采用水文信息數據的收集作為基于 PDA 和 GPS 的嵌入式移動數據收集系統(tǒng)的示例來說明系統(tǒng)設計及實現。各個水文站點需要收集的數據有很多類，包括江河水文信息、水庫水情信息、水質信息等。如下所示：江河水文信息：河流名稱、時間、水位、流量、水勢、泥沙、警戒水位、超警戒水位等。水庫水情信息：水庫名稱、時間、庫內水位、入庫流量、蓄水量、警戒水位、超警戒水位等。水質信息：采樣點水平代碼、采樣點垂直向代碼、時間、PH 值、電導率、溶解氧、高錳酸鹽指數、生化需氧量、氨氮、揮發(fā)酚、貢、鉛等。對于不同站點的水文信息收集類別是不同的，有的站點只需要收集江河水文信息，有的站點需要對江河、水庫、水質信息進行收集，且收集的信息是不斷變化的。這就要求 PDA 數據收集終端能及時快速的獲悉業(yè)務變化，才能保證收集的水文數據的有效性和完整性。一般情況下，水文信息的收集自動完成，即由各傳感器自動將收集到的數據傳至移動終端，再由移動終端經網絡傳輸到數據管理中心；確需進行人工操作的站點，需要對操作人員的數據收集工作進行有效監(jiān)控。 基于 PDA 的無線移動數據收集系統(tǒng)的提出基于 PDA 的移動數據收集系統(tǒng)需要解決四個子問題：（1）對移動數據收集終端信息的集中管理控制；（2）數據的遠程交互；（3）數據的傳輸；18第三章 系統(tǒng)需求分析與總體設計（4）錄入人員定位。以前的移動解決方案(包括很多行業(yè)級的 PDA)大多只有移動數據收集終端系統(tǒng)及簡單的數據接收；幾乎所有相關數據是固化在移動終端的，一旦業(yè)務有變就必須修改程序，從而降低了系統(tǒng)使用的靈活性，維護也十分煩瑣且不便于系統(tǒng)的推廣使用。鑒于此在本系統(tǒng)中在數據接收中心對和具體水文信息收集點相關的數據進行集中管理維護，移動數據終端從數據中心下載和本站點相關的數據信息，從而實現終端的集中統(tǒng)一管理，增強了系統(tǒng)使用的靈活性。在問題（2）中，要處理數據中心與終端本地數據庫的數據轉換和數據一致性問題。具體來講包括終端站點基礎數據和數據中心的站點基礎數據的一致，終端收集的水文數據與中心水文數據的實時同步。問題（3）數據的傳輸可以采用兩種方式，一種是通過有線連接傳輸，即通過計算機與移動設備的信息同步軟件如 Microsoft ActiveSync 在移動數據收集終端和數據中心系統(tǒng)進行表的導入導出；一種是通過無線網絡的數據傳輸，對本系統(tǒng)而言由于采用有線傳輸方式不僅不現實而且不能達不到系統(tǒng)對數據的實時同步要求。移動設備數據的無線傳輸常用的有 GSM 短信方式及 GPRS 方式；GPRS 具有傳輸速率較快，實時性高，費用較低等特點，但覆蓋范圍較 GSM ??；而 GSM 短信方式延遲時間長、數據積壓嚴重、費用高。在充分考慮到 GPRS 和 GSM 短信方式的優(yōu)缺點基礎上，結合行業(yè)數據收集數據量較大的特點，本系統(tǒng)的數據傳輸我們采用以 GPRS 為主 GSM 短信為輔的混合互補方式。在大多數情況下采用 GPRS方式傳輸數據，在 GPRS 信號很弱的地方可以選擇將水文數據以 GSM 短信的方式上傳至中心數據庫。 移動數據收集系統(tǒng)的體系結構的設計基于 PDA 的手持移動數據收集系統(tǒng)的體系結構如圖 3. 1 所示，系統(tǒng)由 PDA手持移動數據收集終端、GSM/GPRS 移動應用網絡通信環(huán)境、信息中心數據管理接收系統(tǒng)及 GPS 定位四部分組成。19電子科技大學工程碩士學位論文定位服務PDA 手持移動數據收集終端GPRS/GSM無線傳輸網絡中心數據庫圖 移動數據收集系統(tǒng)的體系結構PDA 移動終端：PDA 手持移動終端完成 GPS 定位、從信息中心獲取基本信息以及水文數據的收集及信息發(fā)送；中心服務端：中心平臺除了為移動平臺移動端的正常工作提供資料及計算處理等全方位的支持外，并能單獨運行，對單位的日常辦公給予必要的支持。在本系統(tǒng)中我們著重討論中心對移動終端數據管理與接收子系統(tǒng)，完成對數據收集終端信息的統(tǒng)一管理維護即為移動端的正常工作提供基礎數據以及水文數據的接收等。中心平臺支撐處理環(huán)境包含移動動態(tài)數據管理、移動終端靜態(tài)資料管理、20第三章 系統(tǒng)需求分析與總體設計與中心端數據交換、同步管理等基礎控制軟件群。這些軟件為應用軟件提供支持環(huán)境，同時對下層硬件層實施管理。平臺支撐處理環(huán)境主要可劃分為以下部分：普通業(yè)務支撐處理環(huán)境和行業(yè)應用業(yè)務支撐處理環(huán)境。普通業(yè)務支撐處理環(huán)境主要指平臺中的調度控制模塊，以及其它能提供通用服務的模塊，如：編碼解碼模塊、網絡安全模塊、通信控制模塊等等。行業(yè)應用業(yè)務支撐處理環(huán)境主要指為特定的行業(yè)應用業(yè)務提供支持的模塊，如特定的計算模塊、數據處理模塊、資料管理模塊、數據交換模塊等等。移動應用網絡環(huán)境：一般由移動通信網絡設備和移動通信基礎網絡設施組成（例如電臺、微波站、衛(wèi)星、移動電話公網等網絡設施以及無線 Modem、專用無線通信模塊等網絡設備），它為移動平臺移動端和中心端進行通信提供支持，也是一切移動應用得以順利開展的基礎。通信方式一般說來可以根據需要采用如下所述方式中的一種或幾種：（1）依托現有的移動通信網絡既移動電話公網進行數據傳輸，與其它通信方式相比，這種通信方式具有投資少、見效快、易于普及且性能穩(wěn)定等優(yōu)勢。并且，隨著 GPRS 及 CDMA 的普及應用，數據傳輸速率較以前有了很大提高，且第三代移動通信網絡已在部分地方投入使用，利用移動電話公網進行數據傳輸速度會更快；（2）利用電臺、短波、微波進行數據傳輸，與其它通信方式相比，這種通信方式需要更多資金用于基礎設施的建設和維護，比較適用于沒有條件采用其它通信方式且地勢平坦的地區(qū)；（3）利用衛(wèi)星進行數據傳輸，與其它通信方式相比，這種通信方式可以保證有相當高的數據傳輸速率，并且能夠在偏遠地區(qū)開展業(yè)務，但費用相對來說也更高。定位：當前，用于手持設備上的定位技術主要有兩種：全球定位技術(GPS )和蜂窩無線網絡技術。在實現上，可以分別采用這兩種方式定位，也可以使用混合定位。GPS 定位，定位精度較高，價格性能好。而無線定位不需要對硬件做較大改變，在精度要求不高或者衛(wèi)星定位不起作用的情況下是個不錯的選擇。對于21電子科技大學工程碩士學位論文行業(yè)級數據收集系統(tǒng)而言采用 GPS 定位非常合適。在本系統(tǒng)中，移動端和中心數據管理二者的邏輯層次結構相同，并且，對應層次的設備都保持對應與聯(lián)系的關系，例如：移動端的通訊模塊要與中心端的通訊模塊保持一致以保證通信的順暢；移動端的嵌入式移動數據庫要與中心端的數據庫保持一致等。