基于GPS信息系统的构建

GPS(Global Positioning Navigation System，全球定位导航系统)是美国国防部在上世纪70年代研制的第二代卫星导航系统。通过GPS专用的接收装置，用户可以接收该系统提供的运动载体的七维状态参数和三维姿态参数信息。由于系统提供的参数信息为全天时、全天候、免费的测量信号，因而基于GPS测量信号所构建的信息系统在工业、农业、国防等行业，尤其是在野外作业、地质测量、交通运输行业得到了广泛的应用，取得了可观的社会和经济效益。本文主要介绍基于GPS的信息系统的构建方法。

1基于GPS信息系统的结构

基于GPS的信息系统是全球定位系统(GPS)、计算机技术、通信技术、数据库技术等相结合的产物。该信息系统是利用GPS接收装置提供的运动载体的状态参数和姿态参数，对这些数据进行处理，从而为用户提供有用信息的系统。

1.1基于GPS信息系统

通常，基于GPS信息系统由测控终端、通信系统和中心监控系统3个相互关联的部分组成，其构成结构如图1所示。

1.2 系统各组成部分

在基于GPS信息系统中，测控终端是信息系统的基础，通信系统是连接测控终端和中心监控系统的纽带，中心监控系统是整个信息系统的核心。

1.2.1 测控终端

测控终端是整个信息系统的信息来源。测控终端包括GPS接收装置、测控装置和控制器构成，其各部分功能如下：

(1)GPS接收装置

GPS接收装置通过GPS天线获取测控终端的GPS七维状态参数和三维姿态参数信息，并将这些信息传送到终端控制器。

(2)测控装置

测控装置由测量装置和控制执行装置构成，主要完成两方面的工作：

测量装置通过传感器等测量装置获取移动终端(被控对象)的工作状态以及用户所需的一切信息。例如在车辆监控系统中车辆的报警信息、发动机状态、油量消耗等信息。

控制执行装置则是执行终端控制器根据移动终端自身或中心监控系统发出的指令执行相应的动作，以改变移动终端的工作状态。

(3)控制器

控制器是移动终端的核心，多采用单片机实现。他所完成的工作如下：

数据处理功能 接收来自GPS接收装置的移动终端的GPS状态参数和姿态参数数据；接收来自测量装置中测量装置的数据；对异常数据的报警或提示；对以上数据进行处理后，传送到信息发送装置进行发送。

执行功能 根据测装置中的数据执行相应的动作以改变移动终端(被控对象)的工作状态；根据接收的监控中心指令执行相应的动作以改变移动终端(被控对象)的工作状态。

通信功能 按照要求将发送装置的数据发送到通信系统；接收来自通信系统的中心监控系统的指令，并将其发送到执行装置。

1.2.2 通信系统

通信系统是在基于GPS信息系统中移动终端和中心监控系统联系的桥梁，通过通信系统移动终端和中心监控系统进行数据的交互。根据信息系统的不同，有不同的通信方式供选择。

(1)无线电集群通信

该种通信方式是通过共享频率、共用设施、分担费用、共享覆盖区等手段达到提高信道利用率的无线通信系统。该系统具有投资小，运行成本低，系统实时性好的优点，但由于电台发射功率的限制，其监控范围较小，且系统容量较低，故适用于实时性强的小范围信息系统通信。

(2)GSM通信

该种通信方式是利用目前建设完备的移动通信网络作为通信系统，故覆盖范围广且前期投资小。基于GPS信息系统利用GSM系统的短消息(SMS)来实现数据通信。由于短消息(SMS)吞吐率低，故不适合实时性要求高的系统。

该种通信方式适用于大范围信息系统的通信。

1.2.3 中心监控信息系统

中心监控信息系统是整个信息系统的核心。整个信息系统对相关数据进行交换、运算、保存、显示等处理功能。他包括管理软件、地理信息系统(GIS)和数据库管理系统(DBMS)等。

中心监控信息系统各个部分的主要具备的功能如下：

(1)管理软件

管理软件是中心监控信息系统的数据处理中心。管理软件应具备以下功能：

数据交换功能 通过接收装置接收来自系统移动终端的数据；通过发送装置将系统或用户的指令发送到移动终端。

数据处理功能 对接收的数据按用户需求进行处理，并能对异常数据向用户提示、报警等，必要的话提供相应的控制指令以改变移动终端(控制对象)的行为。

(2)地理信息系统(GIS)

地理信息系统是整个信息系统的数据显示平台。地理信息系统主要完成如下的功能：

移动终端数据的显示 移动终端的数据在地理空间上实时、直观地显示出来，使系统人机界面友好。

数据分析功能 根据用户的要求，对移动终端的数据进行分析，给用户以提示。常见的地理信息系统(GIS)有MapInfor，MapX，ArcInfor等，可供用户选择。

(3)数据库系统(DBMS)

数据库系统(DBMS)主要用来实现整个信息系统数据的保存功能。依照信息系统复杂程度、数据量大小的不同，可采用不同的数据库系统。对于数据量较小，数据间结构简单的系统可考虑采用微软公司的ACCESS，而对数据间结构复杂的系统则可考虑选用微软公司的SQt，Server，如系统庞大且须具备网络通信功能则可选用Orical数据库。

2应 用

由于GPS可向用户提供的运动载体的七维状态参数和三维姿态参数信息，因而对于需要测控与空间地理信息相关的行业，基于GPS信息系统有着广泛的应用空间。随着美国选择应用(SA)政策的取消，GPS的定位精度在10 m的误差范围内，这就为构建基于GPS的信息系统提供了广阔的空间。

基于GPS信息系统的应用主要集中在以下几个领域：

(1)交通运输领域：如车辆监控，飞机机群的编队飞行，车辆及飞行器的自主导航系统等；
(2)地理信息相关测量系统：地球物理资源的勘探，工程建设的施工放样等；
(3)精细化农业；
(4)授时系统；
(5)航空航天领域。

目前在发达国家基于GPS信息系统已经在许多行业得到广泛应用，并且取得的可观的社会和经济效益。我国基于GPS信息系统则处于起步阶段，目前的主要应用领域为车辆监控系统，地质测量等几个有限的领域。因而，将GPS信息应用到更多的相关行业，构建基于GPS信息系统还有很大的空间。

3 结语

基于GPS的信息系统是一个将全球定位系统(GPS)、计算机技术、通信技术、数据库技术相结合的产物，已经成为跨学科、跨行业、用途广、高效益的综合性高新技术。

作者：徐晓辉，柳向斌
(1．洛阳大学 机电工程学院 河南 洛阳 471023；
2．河南科技大学 电子信息工程学院 河南 洛阳 471003)