【導(dǎo)讀】及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方。獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。說明并表示謝意。的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。的各類管理信息系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文正是在這種背景下，結(jié)合水文數(shù)據(jù)收集的特點(diǎn)，研究PDA在移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中的開發(fā)與應(yīng)用。數(shù)據(jù)收集方式更為簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確，可避免手工操作所引起的人為因素的差錯(cuò)，極大地提高數(shù)據(jù)收集效率。計(jì)、開發(fā)平臺(tái)選取設(shè)計(jì)等。能，對(duì)基于PDA的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)基本達(dá)到了。預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。時(shí)也為今后相關(guān)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?shù)臅r(shí)延比較大，而且不適用于大量的數(shù)據(jù)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(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量導(dǎo)航技術(shù)的一種，全稱是 NAVSTAR(NAVigation Satellite Timing And Ranging)/GPS，由美國(guó)軍方組織研制建立，從 1973 年開始實(shí)施，到九十年代初完成。用戶通過測(cè)量到太空各可視衛(wèi)星的距離來計(jì)算他們的當(dāng)前位置，左右衛(wèi)星相當(dāng)于精確的已知參考點(diǎn)。每顆 GPS 衛(wèi)星時(shí)刻發(fā)布其位置和時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)，用戶接收機(jī)可以測(cè)量每顆衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)的時(shí)間延遲，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)乃俣染涂梢杂?jì)算出接收機(jī)到不同衛(wèi)星的距離。同時(shí)收集到至少四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時(shí)就可以解算出三維坐標(biāo)、速度和時(shí)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(gè)相互夾角為 60 度的軌道平面內(nèi)，即每個(gè)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(yùn)行一周的時(shí)間是 12 恒星時(shí)，即一天繞地球兩周。GPS 衛(wèi)星用 L 波段兩種頻率的無(wú)線電波(1575. 42MHz 和 1227. 6MHz)向用戶發(fā)射導(dǎo)航定位信號(hào)，同時(shí)接收地面發(fā)送的導(dǎo)航電文以及調(diào)度命令。地面控制部分一一地面監(jiān)控系統(tǒng)；對(duì)于導(dǎo)航定位而言，GPS 衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已14第二章 手持移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述知點(diǎn)，而衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷一一描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)一一計(jì)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(shí)衛(wèi)星設(shè)備的工作監(jiān)測(cè)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(guó)科羅拉多的主控站以及分布全球的三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成，實(shí)現(xiàn)對(duì) GPS 衛(wèi)星運(yùn)行的監(jiān)控。用戶設(shè)備部分一一 GPS 信號(hào)接收機(jī)。GPS 信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是，捕獲 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，并進(jìn)行處理，根據(jù)信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，確定接收機(jī)到衛(wèi)星的距離。如果計(jì)算出四顆或者更多衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，再參照衛(wèi)星的位置，就可以確定出接收機(jī)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(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位，衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。如圖 所示，一顆衛(wèi)星信號(hào)傳播到接收機(jī)的時(shí)間只能決定該衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，但并不能確定接收機(jī)相對(duì)于衛(wèi)星的方向，在三維空間中，GPS 接收機(jī)的可能位置構(gòu)成一個(gè)球面；當(dāng)測(cè)到兩顆衛(wèi)星的距離時(shí)，接收機(jī)的可能位置被確定于兩個(gè)球面相交構(gòu)成的圓上；當(dāng)?shù)玫降谌w衛(wèi)星的距離后，球面與圓相交得到兩個(gè)可能的點(diǎn)；GPS 接收器在僅接收到三顆衛(wèi)星的有效信號(hào)的情況下只能確定二維坐標(biāo)即經(jīng)度和緯度，只有收到四顆或四顆以上的有效 GPS 衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，才能完成包含高度的 3D 定位。因此，如果接收機(jī)能夠得到四顆 GPS 衛(wèi)星的信號(hào)，就可以進(jìn)行定位；當(dāng)接收到信號(hào)的衛(wèi)星數(shù)目多于四個(gè)時(shí)，可以優(yōu)選四顆衛(wèi)星計(jì)算位置。準(zhǔn)確位置15圖 測(cè)距交會(huì)定位示意圖電子科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文假設(shè) t 時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置 GPS 接收機(jī)，可以測(cè)定 GPS 信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)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(shù)（x，y，z，t）定位 定時(shí)圖 GPS 衛(wèi)星定位原理若 t0 為各衛(wèi)星時(shí)間，t 為接收機(jī)時(shí)間上述四個(gè)方程式中 x, y,z 為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，t0 為接收機(jī)的鐘差為未知參數(shù)，其中 di=cΔti, (i=1, 2, 3, 4) , di 分別為衛(wèi)星 i 到接收機(jī)之間的距離，Δti 分別為衛(wèi)星 i的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間，xi、yi、zi 為衛(wèi)星 i 在 t 時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，ti為衛(wèi)星鐘的鐘差，c 為光速。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo) x、y、z 和16第二章 手持移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)概述接收機(jī)的鐘差 t00事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住 4 顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)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(jié)本章詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，包括嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線通信技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)的概念和相關(guān)技術(shù)以及移動(dòng)安全問題，并對(duì)當(dāng)今嵌入式設(shè)備中流行的 Windows Mobile 操作系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。17電子科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第三章 系統(tǒng)的需求分析與總體設(shè)計(jì) 移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的需求分析本文采用水文信息數(shù)據(jù)的收集作為基于 PDA 和 GPS 的嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的示例來說明系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。各個(gè)水文站點(diǎn)需要收集的數(shù)據(jù)有很多類，包括江河水文信息、水庫(kù)水情信息、水質(zhì)信息等。如下所示：江河水文信息：河流名稱、時(shí)間、水位、流量、水勢(shì)、泥沙、警戒水位、超警戒水位等。水庫(kù)水情信息：水庫(kù)名稱、時(shí)間、庫(kù)內(nèi)水位、入庫(kù)流量、蓄水量、警戒水位、超警戒水位等。水質(zhì)信息：采樣點(diǎn)水平代碼、采樣點(diǎn)垂直向代碼、時(shí)間、PH 值、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、揮發(fā)酚、貢、鉛等。對(duì)于不同站點(diǎn)的水文信息收集類別是不同的，有的站點(diǎn)只需要收集江河水文信息，有的站點(diǎn)需要對(duì)江河、水庫(kù)、水質(zhì)信息進(jìn)行收集，且收集的信息是不斷變化的。這就要求 PDA 數(shù)據(jù)收集終端能及時(shí)快速的獲悉業(yè)務(wù)變化，才能保證收集的水文數(shù)據(jù)的有效性和完整性。一般情況下，水文信息的收集自動(dòng)完成，即由各傳感器自動(dòng)將收集到的數(shù)據(jù)傳至移動(dòng)終端，再由移動(dòng)終端經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心；確需進(jìn)行人工操作的站點(diǎn)，需要對(duì)操作人員的數(shù)據(jù)收集工作進(jìn)行有效監(jiān)控。 基于 PDA 的無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的提出基于 PDA 的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)需要解決四個(gè)子問題：（1）對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)收集終端信息的集中管理控制；（2）數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程交互；（3）數(shù)據(jù)的傳輸；18第三章 系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計(jì)（4）錄入人員定位。以前的移動(dòng)解決方案(包括很多行業(yè)級(jí)的 PDA)大多只有移動(dòng)數(shù)據(jù)收集終端系統(tǒng)及簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)接收；幾乎所有相關(guān)數(shù)據(jù)是固化在移動(dòng)終端的，一旦業(yè)務(wù)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(hù)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(shù)據(jù)接收中心對(duì)和具體水文信息收集點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理維護(hù)，移動(dòng)數(shù)據(jù)終端從數(shù)據(jù)中心下載和本站點(diǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)終端的集中統(tǒng)一管理，增強(qiáng)了系統(tǒng)使用的靈活性。在問題（2）中，要處理數(shù)據(jù)中心與終端本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)一致性問題。具體來講包括終端站點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心的站點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致，終端收集的水文數(shù)據(jù)與中心水文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步。問題（3）數(shù)據(jù)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(jì)算機(jī)與移動(dòng)設(shè)備的信息同步軟件如 Microsoft ActiveSync 在移動(dòng)數(shù)據(jù)收集終端和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)進(jìn)行表的導(dǎo)入導(dǎo)出；一種是通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)本系統(tǒng)而言由于采用有線傳輸方式不僅不現(xiàn)實(shí)而且不能達(dá)不到系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步要求。移動(dòng)設(shè)備數(shù)據(jù)的無(wú)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(shí)時(shí)性高，費(fèi)用較低等特點(diǎn)，但覆蓋范圍較 GSM ?。欢?GSM 短信方式延遲時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)積壓嚴(yán)重、費(fèi)用高。在充分考慮到 GPRS 和 GSM 短信方式的優(yōu)缺點(diǎn)基礎(chǔ)上，結(jié)合行業(yè)數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)量較大的特點(diǎn)，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸我們采用以 GPRS 為主 GSM 短信為輔的混合互補(bǔ)方式。在大多數(shù)情況下采用 GPRS方式傳輸數(shù)據(jù)，在 GPRS 信號(hào)很弱的地方可以選擇將水文數(shù)據(jù)以 GSM 短信的方式上傳至中心數(shù)據(jù)庫(kù)。 移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基于 PDA 的手持移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 3. 1 所示，系統(tǒng)由 PDA手持移動(dòng)數(shù)據(jù)收集終端、GSM/GPRS 移動(dòng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境、信息中心數(shù)據(jù)管理接收系統(tǒng)及 GPS 定位四部分組成。19電子科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文定位服務(wù)PDA 手持移動(dòng)數(shù)據(jù)收集終端GPRS/GSM無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)庫(kù)圖 移動(dòng)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)PDA 移動(dòng)終端：PDA 手持移動(dòng)終端完成 GPS 定位、從信息中心獲取基本信息以及水文數(shù)據(jù)的收集及信息發(fā)送；中心服務(wù)端：中心平臺(tái)除了為移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)端的正常工作提供資料及計(jì)算處理等全方位的支持外，并能單獨(dú)運(yùn)行，對(duì)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(duì)移動(dòng)終端數(shù)據(jù)管理與接收子系統(tǒng)，完成對(duì)數(shù)據(jù)收集終端信息的統(tǒng)一管理維護(hù)即為移動(dòng)端的正常工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及水文數(shù)據(jù)的接收等。中心平臺(tái)支撐處理環(huán)境包含移動(dòng)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理、移動(dòng)終端靜態(tài)資料管理、20第三章 系統(tǒng)需求分析與總體設(shè)計(jì)與中心端數(shù)據(jù)交換、同步管理等基礎(chǔ)控制軟件群。這些軟件為應(yīng)用軟件提供支持環(huán)境，同時(shí)對(duì)下層硬件層實(shí)施管理。平臺(tái)支撐處理環(huán)境主要可劃分為以下部分：普通業(yè)務(wù)支撐處理環(huán)境和行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)支撐處理環(huán)境。普通業(yè)務(wù)支撐處理環(huán)境主要指平臺(tái)中的調(diào)度控制模塊，以及其它能提供通用服務(wù)的模塊，如：編碼解碼模塊、網(wǎng)絡(luò)安全模塊、通信控制模塊等等。行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)支撐處理環(huán)境主要指為特定的行業(yè)應(yīng)用業(yè)務(wù)提供支持的模塊，如特定的計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、資料管理模塊、數(shù)據(jù)交換模塊等等。移動(dòng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：一般由移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和移動(dòng)通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施組成（例如電臺(tái)、微波站、衛(wèi)星、移動(dòng)電話公網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施以及無(wú)線 Modem、專用無(wú)線通信模塊等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備），它為移動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)端和中心端進(jìn)行通信提供支持，也是一切移動(dòng)應(yīng)用得以順利開展的基礎(chǔ)。通信方式一般說來可以根據(jù)需要采用如下所述方式中的一種或幾種：（1）依托現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)既移動(dòng)電話公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shì)。并且，隨著 GPRS 及 CDMA 的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸速率較以前有了很大提高，且第三代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已在部分地方投入使用，利用移動(dòng)電話公網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸速度會(huì)更快；（2）利用電臺(tái)、短波、微波進(jìn)行數(shù)據(jù)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(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)，比較適用于沒有條件采用其它通信方式且地勢(shì)平坦的地區(qū)；（3）利用衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，與其它通信方式相比，這種通信方式可以保證有相當(dāng)高的數(shù)據(jù)傳輸速率，并且能夠在偏遠(yuǎn)地區(qū)開展業(yè)務(wù)，但費(fèi)用相對(duì)來說也更高。定位：當(dāng)前，用于手持設(shè)備上的定位技術(shù)主要有兩種：全球定位技術(shù)(GPS )和蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在實(shí)現(xiàn)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(jià)格性能好。而無(wú)線定位不需要對(duì)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(gè)不錯(cuò)的選擇。對(duì)于21電子科技大學(xué)工程碩士學(xué)位論文行業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)而言采用 GPS 定位非常合適。在本系統(tǒng)中，移動(dòng)端和中心數(shù)據(jù)管理二者的邏輯層次結(jié)構(gòu)相同，并且，對(duì)應(yīng)層次的設(shè)備都保持對(duì)應(yīng)與聯(lián)系的關(guān)系，例如：移動(dòng)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(dòng)端的嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)要與中心端的數(shù)據(jù)庫(kù)保持一致等。