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维普资讯 总第27卷 第l期 时 间 频 率 学 报 V01．27NO．1 2004年6月 JoumalofTimeandFrequency June，2004 基于GPS导航的嵌入式软件设计与实现 曾 枯 李忠华 朱才连 (中国科学院测量与地球物理研究所，武汉430077) 摘要：采用GPS定位技术，在WindowsCE的嵌入式环境中设计并实现了一套 可广泛应用于智能交通系统(ITS)和基于位置服务(LBS)等系统中的具有定位导航 服务功能的导航软件。 关 键 词：导航；定位；嵌入式；GPS 中图分类号：P228．4 文献标识码：A 文章编号：1001—1544(2004)01—0033—08 1 引 言 GPS系统是一个高精度的定位导航系统。有关GPS导航定位的各种应用中的移动终 端(如手机、掌上电脑等)实质上就是一个嵌入式计算机。在这种作为移动终端的嵌入式计 算机平台上开发GPS导航软件的方式主要有两种：一种是在自己开发的专用的操作系统上 开发导航软件；另一种是在通用的操作系统上开发导航软件。日本及欧美等地的发达国家 起步较早，二十世纪八十年代就开始开发导航软件，采用的是前一种开发方式，有自己的硬 件设备，底层的操作系统也由自己开发，并基于其上开发导航软件，这种开发方式由于其专 用性，数据的必威体育官网网址性较好，但通用性不好，仅可用于有限的嵌入式设备上。考虑到目前市场 上已经有比较稳定可靠的、通用的嵌入式操作系统，因而我们采用第二种开发方式进行导航 软件的开发，这样开发的导航软件所适用的硬件设备较多，便于推广应用，同时也缩短了软 件的开发周期。目前有很多通用的嵌入式操作系统，如WindowsCE、嵌入式linux等。其 中，WindowsCE是一个多任务实时操作系统，具有出色的用户界面、良好的通信功能，是微 软公司专门为信息设备、移动应用、消费类电子产品等嵌入式领域全新设计的操作系统。本 文就是针对嵌入式计算机的硬件平台，在WindowsCE操作系统下设计实现了一套GPS导 航软件。 2 导航软件的设计 导航软件是一种实现导航功能的专用软件，它的基本功能是：通过基本的定位技术(如 收稿日期：2004．03．18；修回日期：2004．04—30 维普资讯 时间频率学报 总27卷 GPS技术)来获取用户当前的准确地理位置，并对其在地图数据库中进行匹配，实时地将用 户的位置和周边的地图按一定的比例显示出来；在对用户进行定位的基础上根据用户选择 的出发地和目的地，在导航地图的道路网中为用户规划出一条最佳路径，引导用户行进。 2．1 软件数据设计 导航软件中的数据主要是导航地图的空间数据，主要由与导航需求相关的一些信息组 成，包括道路网几何形状、道路等级、道路特征、交规限制、地理政治边界、感兴趣的点、路标 和服务设施等。这些数据主要分为两大类：道路网数据和非道路网数据。道路网数据包括 基本的道路网的地理数据(如道路的地理位置信息)以及道路上与车辆行驶相关的数据(如 道路的交规信息，收费信息和限速的信息)。道路网数据的主要特征是有较强的拓扑关系。 非道路网数据主要包括能反映区域的基本地理面貌的地物信息(如河流，湖泊，边界等)以及 与出行信息相关的单位信息(如学校，政府机关，医院等)。整个导航数据的获取和录入可以 通过转换通用的ESRI(EnvironmentalSystemsResearchInstitute，环境系统研究所)的shape— file格式地理数据和Maplnfo的MIF格式地理数据来实现，导航数据最后通过编译形成一 套自己定义的专用于导航的数据格式。在导航数据格式中，道路网数据采用图的数据结构 进行存储；非道路网数据用关系表来存储并建立相应的索引以便查询。 2．2 软件系统设计 导航软件是以导航数据库为数据基础的。针对导航数据库的操作行为，从功能上将导 航软件分为具有导航功能的部分和具有浏览功能