移动终端的定位跟踪系统研究与实现

徐涛　范辉

摘 要：定位跟踪技术是指通过特定的定位技术来获取移动手机或终端用户的位置信息（经度、纬度坐标等），并且在电子地图上对跟踪终端的位置进行标注的技术或服务。该系统综合使用了GPS定位技术、WEBGIS、GSM通信网络、GPRS无线分组技术、中间件等技术实现了对移动的终端进行定位跟踪的功能，实现对终端人员的实时跟踪和位置信息的动态管理。移动定位跟踪技术的主要应用场所有以下4种：追踪服务、信息服务、安全服务和付帐服务。

关键词：定位跟踪；GPS；WEBGIS；GSM通信网络

1 相关技术简介

1.1 Google Maps

Google Maps是谷歌公司推出的因特网电子地图服务，它可以根据地理位置名称或经纬度坐标实现定位和导航，地图信息较为详细。谷歌还为基于Web地图应用的开发提供了免费的编程接口Google Maps API，该接口以JavaScript类库形式存在，利用接口提供的功能齐全的地图控制类，开发者可自定义地图的显示形式和功能，再把实现的WEB地图嵌入到自己的应用程序中；从而开发出具有特定应用的基于Web GIS的应用程序。

1.2 GPS定位技术

GPS是美国上世纪70年代开始研制的全球定位系统（Global Positioning System）的英文简称。它主要由以下三部分组成：GPS卫星、地面监控系统和GPS信号接收机。

GPS接收机能接收到至少三颗卫星发出的信号，经过对信号的处理运算，就可得出该接收机的位置信息（如经度、纬度等）。GPS定位技术具有高精度、不间断性和全球无盲点等优点。

本系统正是通过在移动终端内置GPS接收机模块，并用能够接收GPS信号的多用途天线替换普通的手机天线，以达到接收GPS数据的目的，并通过处理计算出移动终端的位置。

1.3 GSM通信网络

GSM通信网络是世界最大的移动通信网络，中国移动和中国联通分别拥有一个GSM网络。一个完整的通信系统主要由网络子系统（Network Subsystem，NSS）、基站子系统（Base Station Subsystem，BSS）、操作维护子系统（Operation Subsystem，OSS）和移动站（Mobile Station，MS）4大子系统组成。

GSM通信网络的作为终端和控制中心信息传达的主要通道，特别是GSM网络的短消息业务（SMS）的合理利用，即通过GSM网络的控制信道和SMS业务传输终端的信息数据，同时也降低了该系统的建设费用和维护成本，增强了跟踪系统的可行性。

终端内置的GSM 模块是符合GSM标准进行无线通信的调制解调器，插入移动通信运营商的SIM卡的终端就可以接入无处不在的GSM网络，实现发送短消息业务进行数据传输的功能。该设备一般通过串口和计算机通信，用户可以基于串口使用AT指令对其进行操作，或者基于厂商提供的开发包开发各类短信应用。

2 系统结构图

如图所示：集成了GPS和GSM模块功能的嵌入式智能终端，接收定位卫星发来的位置数据信息，经终端内控制器模块计算得出地理坐标信息，再结合基站通过鉴权、授权、检查等手段将数据包以短消息的方式发送到GSM移动交换中心，经过通信网络到达跟踪系统的控制中心，然后，GPS服务器在控制中心数据库中实时检索定位数据包，将提取到的定位数据转发给控制中心，当控制中心收到客户端用户的请求时，以相应的参数调用Google Maps服务最终在WEB页面电子地图上标注终端的位置信息，返回给客户端，鉴于此，依赖此系统用户可以：

（1）实时跟踪定位终端：提前设定一定的时间间隔让移动终端定时传送当时的坐标信息，最后在电子地图上做标注，实时跟踪终端位置。

（2）轨迹查询：控制中心收到移动终端的位置信息后按照规定格式存入数据库，当用户输入终端的ID号等信息时，系统从位置信息数据库取出相应记录在地图上进行显示，用户就可以查看终端的历史轨迹。

3 系统实现

3.1 移动终端获取位置信息

定位终端具有GPRS/GPS功能，由GPRS无线通信模块、GPS接收机模块、微处理器模块等组成，实时计算出终端的经度、维度等地理信息，数据信息通过特定协议包装处理后通过规定信道传送给系统控制中心.其中，GPRS无线通信模块主要用于定位终端和GSM基站之间的无线数据通信，不仅支持GPRS操作模式，还提供RS232串行接口。

终端基于LBS（Location Based Service）实时获取位置信息，设置间隔30秒或者当移动终端位置状态改变时调用位置监听函数来处理实时位置信息，主要实现代码如下：

LocationManager lm=（LocationManager）getSytemService（Context.LOCATION_SERVICE）；

String provider=LocationManager.GPS_PROVIDER；

Location location = lm.getLastKnownLocation（provider）；

X=location.getLatitude（）；

Y=location.getlongitude（）；

LocationManager.requestLocationUpdates（provider，1000，30，locationListener）；

LocationListener locationListener = new LocationListener（）{

public void onLocationChanged（Location location）{updateLocation（location）}}；

3.2 移动终端与控制中心的通信

该部分的实现是通信的核心，利用了现有的GSM通信网络系统，该网络系统具有抗干扰能力强、传输数据可靠和覆盖范围广等优点，它是完成通信的重要纽带，能很好的为我们系统的实现服务。

当终端GPS模块计算出自身定位信息后并将数据加密打包，以文本形式组织数据报文，而且数据报文的长度不能超过GSM短消息业务规定的最大短消息长度，然后再以短消息的方式经由GSM网发送到定位跟踪系统控制中心。

GSM网络的短消息业务不会占用话务信道，它传输信息是在信令信道上进行传输，不用靠拨号建立连接，直接把要发送的信息加上信宿地址先发送到短消息服务中心，然后由服务中心根据需要转发给特定的信宿。另外，该业务限制了传输信息的长度，规定英文信息长度须在160个字符以内，中文消息则不超过70个字符，位置信息刚好在这个范围内。

GSM短消息业务是由ETSI组织制定的一个规范，使用AT命令进行短消息通信的控制，发送和接收数据采用两种模式：PDU模式和TEXT文本模式，本系统我们采用的是TEXT模式。

3.3 跟踪系统控制中心

系统的控制中心包括GPS卫星定位系统、GSM远程数据通信系统、Web Server应用服务器、位置信息数据库和DDN（Digital Data Network）专线等重要部分。数据通信系统负责通过DDN专线从移动通信网络的短信息服务中心完成短消息数据的读取和解析，提取出位置信息后存入位置信息数据库规定表中，当接收到浏览器请求时根据需要读取表中数据记录，采用AJAX异步通信技术，每隔2分钟更新服务器数据，根据要求在电子地图上绘制定位点，在浏览器界面中显示特定终端位置。

控制中心采用B/S模式，用户通过Web浏览器发出查看位置信息的请求，控制中心访问数据库获取相应数据，再通过多种形式调用Google Maps API，从而获取加载了特定位置信息的地图页面，并把该地图嵌入到网页中。

本系统的实现基于.NET平台。使用c#语言编程实现基于GSM网络的通信和GPS数据获取的功能，以及对短消息数据和GPS数据的封装和解析。由于Windows集成了.NET框架并且对短消息操作和GPS数据的操作进行封装，所以，基于嵌入式平台的开发比较容易实现；控制中心数据库采用SQL Server 2000，完成数据信息的存储和各功能模块间信息中转的功能；控制中心应用功能的实现主要采用ASP.NET技术。

3.4 电子地图显示

Google Maps API是将Google地图嵌入到网页中的API，提供能被Ajax应用程序调用的Javascript接口，具有强大的地图数据处理能力。谷歌公司推出的最新版本Google Maps API v3，具有很高的地图加载速度，用户可以直接在网页代码中调用来实现地图显示功能，在该系统中，我们调用API进行地图信息的显示以及显示模式的切换。

以下代码是主程序中的部分Javascript代码，实现了调用地图API进行地图显示的基本功能：

为了更形象的显示我们的地图数据和功能，Google Map API包含了很多基础对象，列举一些常用对象如下：

（1）GMaps对象：通过实现该对象实例在用户页面上添加一个地图，该类提供了许多对地图操作的方法；

（2）GControl对象：该对象是API提供的控件接口，通过该接口可以为地图添加需要的控件，也可以对控件的属性和行为进行设置；

（3）ControlPosition对象：该对象用于设置控件在地图上的显示位置；

（4）MarkerShape对象：该对象可以实现在某一位置添加标记，通过点击显示需要的信息，包含类型属性和坐标属性；

（5）MapType对象：该对象定义了不同类型的地图模式，根据用户需要调用不同类型地图。

4 结论

整个系统结合WEBGIS实现了定位跟踪移动终端的功能。利用的现有GSM通信网络具有覆盖范围广、信息传输可靠、技术容易实现等优点。该方案的实现扩大了WEB电子地图导航技术的应用范围，可以将该技术应用到对车辆的跟踪导航、城市旅游导航等基于空间位置定位跟踪的现实应用中，更好地带来经济和社会效益。

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