基于GPS和GOOGLE EARTH的笔记本定位系统设计研究

杨 英

(湖南民族职业学院，湖南岳阳 414000)



基于GPS和GOOGLE EARTH的笔记本定位系统设计研究

杨 英

(湖南民族职业学院，湖南岳阳 414000)

随着科技的进步，人们对于笔记本远程目标定位监控技术的需求越来越大。传统的笔记本定位系统惯用无线电台、有线网络传输等技术，在实际应用中虽然具有一定的效果，但存在定位误差大、有线网络组网困难等问题，进而造成笔记本电脑的定位失败。针对上述问题，本文提出基于GPS和GOOGLE EARTH技术相结合的笔记本远程定位技术，其定位精确度高，操作简单且通用性较强，为地图位置定位提供了方法和依据。

GPS；GOOGLE EARTH；笔记本；定位系统

笔记本电脑在人们日常生活中使用十分频繁，其便携性和灵活性给人们的工作带来了极大的便利。然而，若笔记本电脑失窃，将会给持有者带来巨大的损失。因此，针对笔记本的丢失问题开发笔记本电脑的定位系统显得十分必要和重要[1]。本文将GPS和GOOGLE EARTH技术相结合，运用GPS的精确性和GOOGLE EARTH的直观性，构建一套体积小、性能稳定、定位精确的系统，实现笔记本电脑的定位终端和定位服务。

1 笔记本电脑定位系统的设计

1.1 需求分析

笔记本电脑用户是系统的主要参与者，该类用户希望系统能够为用户提供精准的定位，通过多重技术的融合实现对笔记本电脑的定位功能及笔记本数据的远程保护，使笔记本丢失后能够对数据进行及时处理，实现报警功能。而笔记本的监控管理人员希望能够通过系统将笔记本的定位信息准确无误地传输到监控平台上，为监控管理人员提供笔记本的准确信息，如型号、负责人等[2-3]。此系统的开发和应用，需要满足笔记本的定位、控制、报警、数据处理等功能。

1.2 系统总体构架设计

1.2.1 系统功能架构设计

从图1可以看出，笔记本电脑定位系统功能架构主要包括两个方面：一是实现定位终端功能。定位终端安装在笔记本电脑的硬件和系统软件中，能够实现对笔记本电脑的定位功能、指令通信功能、数据保护功能以及客户端配置功能[4]；另一个架构为测控端功能。测控端功能能够实现对笔记本电脑位置信息的记录，将查询到的笔记本电脑的位置信息和有关的数据记录，便于以后的使用和查询；指令通信功能能够实现与定位终端相通，实现两者之间信息的互通和交流，如发送报警信息、位置信息、指令等；报警功能是针对一台笔记本电脑设置的，当笔记本电脑设置的状态出现异常时，系统会自动发出报警信息，以短信的形式发送到个人的手机上。系统的管理功能主要是为系统的管理人员提供可靠的用户信息，便于他们对丢失电脑的数据库信息进行操作。

图1 笔记本电脑定位系统功能架构设计图

1.2.2 系统组成架构设计

图2所示为系统组成架构的设计，主要包括GPS卫星、测控平台服务器和平台终端等。笔记本的定位终端由GPS卫星组成，利用GPS精准的定位功能，实现对笔记本电脑定位信息和时间的传输。定位终端在笔记本电脑中可以实现与GPS卫星之间的相互连接，设置参数后，实现定位终端和测控平台之间的信息互通[5]。应用服务器主要是实现终端的具体功能，将笔记本电脑的监控数据以及地理位置信息等数据传输到数据库服务器上，实现设备与用户之间的操作。

图2 笔记本定位系统整体组成图

1.2.3 系统运行架构设计

系统运行架构设计的目的是保障系统设计后的顺利运行，也就是实现对笔记本电脑定位系统的运行，如图3所示。

图3 系统运行架构设计图

测控平台要想获取笔记本电脑准确的位置信息时，需要经过GSM系统发送定位指令。如果笔记本电脑的定位终端没有接通电源且缺少电池时，短信息能够存储在储存器中，一旦电脑开机就会解析和执行，定位终端接收到定位指令后通过GPS定位系统进行准确的定位。获取定位信息后对其进行编码，并且将经解析后的指令和具体信息发送到监控平台上。测控终端收到信息后将在GOOGLE EAETH中显示出笔记本电脑的位置，并将数据存储在数据库中。

1.3 定位终端硬件设计

目前的笔记本电脑外接口数量十分有限，其中PCIe接口最适合作为定位系统板卡的接口，可利用此接口将定位终端安装在笔记本电脑的内部，如图4所示。

图4 定位终端硬件组成

定位终端包括6个模块，其中以主控模块为核心，主要作用是对其他模块功能的控制，如控制GSM模块接收到笔记本电脑的数据，通过测控平台上发出的指令对各类信息进行操作。主控模块采用AT89S52单片机芯片，具有高性能、低功耗、微控制的特性，能够使笔记本电脑蜂鸣报警、控制笔记本电脑的开关等。GSP模块选用SKG13芯片，实现GPS定位信号的接收和解析；GSM模块采用GL868芯片，实现自定义控制AT命令；PCIe/UART模块采用OXPCIe954芯片，拥有多个串行的接口，能够快速地传输数据，并且实现对软件流和硬件流的控制。

1.4 监测平台的硬件设计

每一台笔记本电脑的定位终端都对应着一个监测平台，并且与监测平台上的板卡相连接。针对个人用户的笔记本电脑，其与个人的手机终端相连接，接收笔记本电脑的位置和数据信息；针对集团的笔记本电脑，使用串口的服务器，将接收到的信息传送到监控平台上编码和解析，之后在监控平台的板卡上进行集中处理。按照笔记本电脑定位系统的设计需求，监控平台的硬件选择32路单网口串口服务器。

2 笔记本电脑定位系统的实现

2.1 定位终端软件的实现

定位终端的软件主要具有串口操作功能、初始化功能等，其结构如图5所示。采用嵌入式的软件开发方式，在主控模块读入控制程序，实现对定位终端各项功能模块的控制。

图5 定位终端软件总体结构图

图6 监控中心软件总体架构图

定位终端软件主要功能是实现数据的保护，通过控制笔记本电脑的硬件，采用破坏电路或者格式化等方式确保笔记本电脑上的数据不被泄漏。

2.2 监控终端软件技术的实现

笔记本电脑的定位和跟踪可以通过个人的手机接收定位信息，也可以建立专门的监控中心，集中对笔记本电脑进行管理。监控中心软件模块能够实现对信息的记录，接收通信指令，实现报警等功能，其结构如图6所示。

信息记录功能主要是将接收到的笔记本电脑的定位信息和数据库信息保存在数据库中，并且与监控的对象实现关联；报警功能是按照定位的信息与合法区域的信息进行对比，一旦超出系统设置的合法范围，将对笔记本电脑自动报警。系统管理功能主要是设置系统的参数，进行数据的维护和操作，将位置指令用三维地理图形展示出来。

指令通信功能的实现需要连接上位机和通信板卡，采用MSComm串口控件控制上位机和底层的硬件串口，通过控制串口的操作函数，实现串口的开关和选择等功能。例如，打开串口需要设置串口的ID号、校验方式等，需要正确的方式进行操作。监控中心与定位终端的数据是通过GSM模块的通信功能实现对短信的发送和接收的。从监控中心的GSM模块读取短信后，通过校验其完整性后选择接收，检查信息的有效性后对其内容进行解释，提取其中的关键信息，如位置信息、速度信息等，判断其正确性后查看GOOGLE EARTH是否连接正常，连接正常后在电子地图上绘制地理位置数据，之后通过定位终端ID与笔记本电脑的数据绑定后将数据存储在数据库中。

2.3 GOOGLE EARTH功能的实现

利用GOOGLE EARTH平台为笔记本电脑的定位提供二维和三维的地理信息数据，能够直观地显示出位置信息。

2.3.1 静态定位功能的实现

静态定位功能主要是从监控中心将获取的位置信息指令发送给定位终端，定位终端接收到信息后提取有效信息后利用GPS获取准确的信息返回到监控中心，在GOOGLE EARTH上清晰地显示出三维地理信息。其主要的实现流程如图7所示。

2.3.2 动态定位功能的实现

监控中心的动态定位功能，一方面是按照系统设定的时间间隔持续地获取笔记本电脑的位置信息，解析数据后存储到数据库汇总；另一方面是在GOOGLE EARTH中显示笔记本电脑的实时地理位置信息，绘制成动态的定位曲线进而保存到数据库中。图8为动态定位功能程序流程图。

图7 静态定位功能程序流程图

2.3.3 报警功能的实现

报警功能主要是针对笔记本电脑在定位终端的地理空间上设置一个安全区域，然后定位追踪，获取位置信息，判断笔记本电脑是否在安全的地理区域内，如果超出范围，系统会自动地发出报警的信息。具体流程图如图9所示。

3 系统测试

系统的定位时间以及定位的精确度是衡量系统性能的两个重要的指标，定位时间的测试分为室内和室外两种方式，结果如表1所示。

表1 系统定位时间测试结果

图8 动态定位功能程序流程图

由表1可以看出，该系统在室内定位涉及的步骤较多。在室内，GPS受到封闭空间的影响无法接收到卫星信号，因此不能定位。而GPS系统在室外能够定位的时间较短，最低可以达到2.1s。

定位精确度分为室内和室外两种，通过对比本系统与专业GPS设备定位精度的差值，由于无法获取测试点精确的经纬度坐标，因此在室外将专业定位设备作为基准，测试本系统的定位偏差，测试结果如表2所示。

表2 系统定位精度测试结果

通过表2可知，由于采用专业的GPS定位设备为基准，所以其定位偏差为0m。在室外，本系统采用GPS定位模块，由于电路设计等原因，其定位精度平均为0.87m，较为精确。在室内，专业GPS定位设备无法实现定位，而本系统利用GSM定位模块可实现定位，但受到GSM自身定位精度的限制，其平均定位误差在5m以内。本系统在室内和室外都可以实现对设备的定位，且定位精度在可接受范围内，可用于实际环境。

4 结语

针对笔记本电脑中的定位问题，通过构建定位终端和设计监控中心，利用GPS的高精度和稳定性、GSM的高覆盖率以及GOOGLE EARTH技术的直观性，实现对笔记本电脑的定位，有效地解决笔记本电脑丢失后无法获取准确地理位置信息的缺陷，并且为用户提供直观、清晰的定位信息，从而实现对笔记本电脑的安全管理和精确控制。

[1]杜娟,尹文庆,钱燕,等.基于GPS和Google Earth的车辆远程定位监测系统的设计[J].测控技术,2013,32(7):23-26.

[2]张马林,钱旭耀,陶晨杰,等.基于GPS和Google Earth软件的虚拟仿真系统在输电线路工程中的运用研究[J].华东电力,2014,42(7):1404-1407.

[3]苏丹丹,刘佳玮,项晏琳.基于ArcGIS Engine的城市基础地理信息服务平台建设研究[J].长春师范大学学报,2015,23(12):54-57.

[4]汪为春,詹惕,朱应富,等.基于智能手机Google Earth构建钉螺资料数据库[J].中国血吸虫病防治杂志,2015,32(1):79-81.

[5]王华本,胡建明,鹿建银.基于嵌入式系统ZigBee传感器控制LED矩阵的设计与实现[J].长春师范大学学报,2016,34(2):26-29.

Design and Research of Notebook Computer Positioning System Based on GPS and GOODLE EARTH

YANG Ying

(Hunan Vocational College for Nationalities,Yueyang Hunan 414000,China)

Notebook computer is used more and more frequently with the progress of science and technology, and the demand for the remote target location monitoring technology for notebook is also larger.The traditional positioning system used laptop wireless radio, cable network transmission technology in the practical application, although they have some effect, but the positioning error, cable network problems caused the failure location of notebook computer. This paper puts forward the technology of notebook remote location based on GPS and GOOGLE EARTH technology,the positioning system has high positioning accuracy, simple operation and strong versatility, which provides the method and basis for the map location.

GPS; GOOGLE EARTH; notebook computer; positioning system

2016-09-20

杨 英(1983- )，女，讲师，硕士，从事计算机科学与技术研究。

TP274

A

2095-7602(2016)12-0048-07