【導(dǎo)讀】近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車逐漸進(jìn)入家庭，并成為生活必需品，未來幾年內(nèi)汽車的增長速度還將會(huì)大幅上升。車載GPS系統(tǒng)具有巨大的市場潛力和不可估量的發(fā)展前景。GPS的最大特點(diǎn)是兼具導(dǎo)航、定位、防盜等功能，我?？春?，同時(shí)GPS定位技術(shù)在軍事領(lǐng)域也有著巨大的作用。的發(fā)展及研發(fā)至關(guān)重要。

　　

【正文】 E=估算， N=數(shù)據(jù)無效） 二、 GARMIN 定義的語句 Estimated Error Information（ PGRME）估計(jì)誤差信息 $PGRME,1,M,2,M,3,M*hhCRLF 1 HPE（水平估計(jì)誤差）， ~ 米 2 VPE（垂直估計(jì)誤差）， ~ 米 3 EPE（位置估計(jì)誤差）， ~ 米 GPS Fix Data Sentence（ PGRMF） GPS 定位信息 $PGRMF,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15*hhCRLF 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 1 GPS 周數(shù)（ 0~1023） 2 GPS 秒數(shù)（ 0~604799） 3 UTC 日期， ddmmyy（日月年）格式 4 UTC 時(shí)間， hhmmss（時(shí)分秒）格式 5 GPS 跳秒數(shù) 6 緯度 （度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 7 緯度半球 N（北半球）或 S（南半球） 8 經(jīng)度 （度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） 9 經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)） 10 模式， M=手動(dòng)， A=自動(dòng) 11 定位類型， 0=沒有定位， 1=2D 定位， 2=3D 定位 12 地面速率（ 0~1851 公里 /小時(shí)） 13 地面航向（ 000~359 度，以真北為參考基準(zhǔn)） 14 PDOP 位置精度因子（ 0~9，四舍五入取整） 15 TDOP 時(shí)間精度因子（ 0~9，四舍五入取整） Map Datum（ PGRMM）坐標(biāo)系統(tǒng)信息 $PGRMM,1*hhCRLF 1 當(dāng)前使用的坐標(biāo)系名稱（數(shù)據(jù)長度可變，如 “WGS 84” ） 注：該信息在與 MapSource 進(jìn)行實(shí)時(shí)連接的時(shí)候使用。 Sensor Status Information（ PGRMT）工作狀態(tài)信息 $PGRMT,1,2,3,4,5,6,7,8,9*hhCRLF 1 產(chǎn)品型號(hào)和軟件版本（數(shù)據(jù)長度可變，如 “GPS 15L/15H VER ” ） 2 ROM 校驗(yàn)測試， P=通過， F=失敗 3 接收機(jī)不連續(xù)故障， P=通過， F=失敗 4 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)， R=保持， L=丟失 5 時(shí)鐘的信息， R=保持， L=丟失 6 振蕩器不連續(xù)漂移， P=通過， F=檢測到過度漂移 7 數(shù)據(jù)不連續(xù)采集， C=正在采集，如果沒有采集則為空 8 GPS 接收機(jī)溫度，單位為攝氏度 9 GPS 接 收機(jī)配置數(shù)據(jù)， R=保持， L=丟失 注：本語句每分鐘發(fā)送一次，與所選擇的波特率無關(guān)。 1 3D velocity Information（ PGRMV）三維速度信息 $PGRMV,1,2,3*hhCRLF 1 東向速度， ~ 米 /秒 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 2 北向速度， ~ 米 /秒 3 上向速度， ~ 米 /秒 1 DGPS Beacon Information（ PGRMB）信標(biāo)差分信息 $PGRMB,1,2,3,4,5,K,6,7,8*hhCRLF 1 信標(biāo)站頻率（ ， ~，間隔為 ） 2 信標(biāo)比特率（ 0， 25， 50， 100 或 200bps） 3 SNR 信標(biāo)信號(hào)信噪比（ 0~31） 4 信標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量（ 0~100） 5 與信標(biāo)站的距離，單位為公里 6 信標(biāo)接收機(jī)的通訊狀態(tài)， 0=檢查接線， 1=無信號(hào)， 2=正在調(diào)諧， 3=正在接收， 4=正在掃描 7 差分源， R=RTCM， W=WAAS， N=非差分定位 8 差分狀態(tài)， A=自動(dòng)， W=僅為 WAAS， R=僅為 RTCM， N=不接收差分信號(hào) 技術(shù)基礎(chǔ) 了解 linux 基礎(chǔ)，懂得在 linux 下使用通信終端軟件 ，在 linux 下調(diào)用 api，同時(shí)了解 pc 環(huán)境的設(shè)計(jì)，使用 qt 的 gui 的界面設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì) 熟悉 C++編程，熟悉 QTgui，了解各個(gè) gui 的作用 使用開源 GIS 界面平臺(tái) quantumGis 4 接口編碼要求 串口通信 GPS 信號(hào)格式 Linux 系統(tǒng)使用基礎(chǔ)， mini 的設(shè)置， nfs 設(shè)置， gcc 編譯基礎(chǔ)， armlinux 交叉編譯器 基礎(chǔ)， QT 界面 設(shè)計(jì)，開發(fā)板文件傳輸。 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 開發(fā)環(huán)境 1. 開發(fā)環(huán)境選定 開發(fā)的 linux 版本， 發(fā)行版本 附帶的交叉編譯器： ， ， 編譯內(nèi)核和應(yīng)用程序使用 版本的編譯器，編譯 Qtopia 使用的是 版本 qt 界面處使用的是 QT4 create 2 操作系統(tǒng)的選定 選用 版本的 linux 內(nèi)核進(jìn)行裁剪配置得到在開發(fā)板所用的 linux 系統(tǒng) 3 處理器選定 S3C6410:32bitARM11 內(nèi)核，標(biāo)準(zhǔn)工作頻率 400MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘：內(nèi)部 pll 產(chǎn)生 400MHzcpu 內(nèi)核工作頻率，外部總線頻率 100133MHz LCD 控制器： cpu 內(nèi)置 STN/CSTN/TFT LCD 控制器，支持 1024*768 分辨率以上的各種液晶。 觸摸屏控制器： cpu 內(nèi)置 4 線制電阻式觸摸屏控制器 100MHz 以太網(wǎng)控制器 1 通道 5 線制串口 2 通道 3 限制串口 1 通道 主機(jī)接口，可接 USBhub，可擴(kuò)充多個(gè) USB 主口 1 通道 設(shè)備接口 SD/MMC 卡接口 音頻輸入輸出接口 LCD 接口，可接多種尺寸的 TFT 真彩液晶屏 專用復(fù)用電路 觸摸屏控制電路 RTC 實(shí)時(shí)時(shí)鐘及大容量后備電池 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 標(biāo)準(zhǔn) 20pin JTAG 調(diào)試接口 4 只自定義功能 LED 指示燈 電源指示燈 6 只自定義按鍵 電源開關(guān) 復(fù)位按鍵 SPI 接口 標(biāo)準(zhǔn)的 64M nandflash 標(biāo)準(zhǔn)配置 64M SDRAM 5V 電源 4 軟硬件劃分 軟件使用 Qt/embedded 作為前臺(tái)界面的 主要開發(fā)環(huán)境，同時(shí)通過結(jié)合調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)程序取得硬件控制信號(hào)和數(shù)據(jù)，得到定位效果。 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 第五章 總體設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)概述 從一般導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上看， 基 于 QT 的 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)軟件是 GPS 定位導(dǎo)航系統(tǒng)中重要組成部分，這些系統(tǒng)將 GPS 的主要功能即 GPS 數(shù)據(jù)接收、處理，數(shù)字地圖顯示、查詢及地圖匹配功能融合在一起。而這些功能按照模塊化設(shè)計(jì)（即組件式或類模塊式）方式將所有功能進(jìn)行有序、合理組織起來，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的復(fù)雜功能，而每個(gè)模塊完成獨(dú)立的功能。數(shù)字電子地圖制作是軟件設(shè)計(jì)的一部分，單獨(dú)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，然后將地圖在軟 件中使用。 本次論文所設(shè)計(jì)的程序是在 QT 環(huán)境下從底層設(shè)計(jì)功能性類模塊（如串口接收 GPS 數(shù)據(jù)信息類、從 NMEA0183 語句中提取相關(guān)信息類等），并對(duì)程序功能進(jìn)行類模塊封裝，并有序組合這些類模塊，完成 GPS 導(dǎo)航定位的一般功能。在電子地圖制作方面，采用 shapefile矢量數(shù)據(jù)為電子地圖數(shù)據(jù)格式，根據(jù) shapefile 數(shù)據(jù)格式，自行設(shè)計(jì)各種類來讀取、管理shapefile 矢量數(shù)據(jù)，并在視圖上顯示。最后將 shapefile 地圖數(shù)據(jù)加載到程序中，總體上實(shí)現(xiàn)在電子地圖上的 GPS 實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位功能。圖 1 為程序設(shè)計(jì)總體功能 框架： 圖 1 程序設(shè)計(jì)總體功能框架圖 程序功能分析 shapefile 地圖數(shù)據(jù)，正確顯示導(dǎo)航電子地圖； ：電子地圖的放大、縮小、漫游； 、顯示：設(shè)置圖層顯示方式、圖層刪除等 地圖數(shù)據(jù)讀取功能 GPS 導(dǎo)航定位程序 多線程串口讀取 GPS 數(shù)據(jù)功能 GPS 數(shù)據(jù)提取功能 衛(wèi)星天空視圖功能 地圖操作功能 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 ； GPS OEM 板輸出的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判別并將所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并實(shí)時(shí)將當(dāng)前 GPS 數(shù)據(jù)記錄到固定文件中； 態(tài)顯示當(dāng)前位置，并在衛(wèi)星天空分布視圖中實(shí)時(shí)顯示衛(wèi)星分布、經(jīng)緯度、速度、時(shí)間； ，同時(shí)顯示當(dāng)前衛(wèi)星天空分布視圖； ：地圖背景色設(shè)置、 GPS 實(shí)時(shí)記錄文件設(shè)置、地圖縮放比例設(shè)置等 。 程序所有功能結(jié)構(gòu)可以圖 2 來表示 圖 2 程序功能圖 主界面設(shè)計(jì) 主界面的接收和添加一個(gè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫和退出的三個(gè)按鈕的實(shí)現(xiàn) 地圖數(shù)據(jù)讀取 用戶界面 提取定位數(shù)據(jù) GPS OEM 板 記錄航跡點(diǎn) 地圖顯示與管理 地圖操作 圖層管理 衛(wèi)星天空視圖 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 第二主界面的實(shí)現(xiàn) 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 電子地圖矢量數(shù)據(jù)管理的設(shè)計(jì) shapefile 數(shù)據(jù)格式 shapefile 是 ESRI 公開的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，是當(dāng)前一種比較流行的電子地圖文件格式。 Shapefile 是一種無拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的地理信息系統(tǒng)文件，存儲(chǔ)非拓?fù)淇臻g要素的幾何和屬性信息，空間幾何是包括一系列矢量坐標(biāo)的圖形。 Shapefile 由于沒有處理拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的開銷，在數(shù)據(jù)源繪制、顯示、編輯等方面比具有拓?fù)潢P(guān)系如 coverage 要來的快。 Shapefile 存儲(chǔ)單一圖形要素，不同圖形之間沒有拓?fù)潢P(guān)系，因此讀寫 shapefile 更容易，數(shù)據(jù)量較 小。 1. shapefile 的 主文件格式 徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 shapefile 的 主文件（ .shp）由固定長度的文件頭和接著的變長度記錄組成。每個(gè)變長度記錄是由固定長度的記錄頭和接著的變長度記錄內(nèi)容組成。表 1 為主文件的結(jié)構(gòu)圖： 表 1 主文件的結(jié)構(gòu)圖 文件頭 記錄頭 記錄內(nèi)容 記錄頭 記錄內(nèi)容 記錄頭 記錄內(nèi)容 …… 記錄頭 記錄內(nèi)容 主文件頭總長為 100 字節(jié)，其結(jié)構(gòu)為表 2 所示： 表 2 主文件頭的結(jié)構(gòu)表 位置 域 值 類型 字節(jié)順序 0 字節(jié) 文件代碼 9994 整數(shù) 大 4 字節(jié) 未被使用 0 整數(shù) 大 8 字節(jié) 未被使用 0 整數(shù) 大 12 字節(jié) 未被使用 0 整數(shù) 大 16 字節(jié) 未被使用 0 整數(shù) 大 20 字節(jié) 未被使用 0 整數(shù) 大 24 字節(jié) 文件長度 文件長度 整數(shù) 大 28 字節(jié) 版本 1000 整數(shù) 小 32 字節(jié) Shape 類型 Shape 類型 整數(shù) 小 36 字節(jié) 邊界盒 Xmin 雙精度 小 44 字節(jié) 邊界盒 Ymin 雙精度 小 52 字節(jié) 邊界盒 Xmax 雙精度 小 60 字節(jié) 邊界盒 Ymax 雙精度 小 68 字節(jié) * 邊界盒 Zmin 雙精度 小 76 字節(jié) * 邊界盒 Zmax 雙精度 小 84 字節(jié) * 邊界盒 Mmin 雙精度 小 92 字節(jié) * 邊界盒 Mmax 雙精度 小 需要注意的是每個(gè)變量的字節(jié)順序，在 Shapefile 中的數(shù)據(jù)可以分為兩類：一類是文件自身相關(guān)數(shù)據(jù)，另一類則是地圖數(shù)據(jù)。比如，上面的文件標(biāo)識(shí)代碼 FileCode， 文件長度徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 FileLen 等，都是為了管理文件自身的數(shù)據(jù)而設(shè)置的，在 Shapefile 主文件中其字節(jié)順序?yàn)閎ig endian；而像地圖的邊界盒范圍值 Xmin 等描述的是地圖數(shù)據(jù)，采用的是 little endian。 幾何類型 ShapeType 是個(gè)很重要的參數(shù)，標(biāo)識(shí)的是該文件中的記錄的幾何類型，其值與意義的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 3 所示。 Shapefile 是為存儲(chǔ)空間地理信息而設(shè)計(jì)，對(duì)于普通電子地圖來說，比較常用的類型是 Point， PolyLine 和 Polygon。 表 3 shape 類型 值 shape 類型 0 Null Shape 1 Point 3 PolyLine 5 Polygon 8 MultiPoint 11 PointZ 13 PolyLineZ 15 PolygonZ 18 MultiPointZ 21 PointM 23 PolyLineM 25 PolygonM 28 MultiPointM 31 MultiPatch 在讀取 shape 類型時(shí)，分為 NullShape、 Point 、 PolyLine、 P