GPS数据的采集提取和显示

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Science and Technology Innovation Herald
GPS数据的采集提取和显示①
张帅帅崔红霞
(渤海大学辽宁锦州121000)
创新技术
摘 要：全球卫星定位系统是在科技迅猛发展大环境下建立起来的新一代精密卫星导航定位系统，它根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的
起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置，在全球范围内实时进行定位和导航。该文针对GPS通信介绍了NEMA-0183协议，
卫星定位信息常见的几种格式、通过GPS接收系统对渤海大学隽思湖进行动态数据的采集，运用C语言鳊程，提取数据中的UTC时间．通信状
态．纬度．经度、速度、航向、UTC日期等信息，最后利用电子表格显示出渤海大学隽思湖的形状。
关键词：GPS NEMA-0183协议$GPRMC数据格式
中图分类号：TP301．2 文献标识码：A 文章编号：l674—098x(20l3)09(a)-0022-02
GPS(Global Positioning System，
全球定位信息系统)是目前最为常用的一种
利用卫星导航和定位系统，以其高精度、全
天候、全天时的特点，在定位、导航、测距、
授时遥感等领域广泛应用，并得到了快速
的发展。GPS主要由空间星座、地面监控和
用户设备三大部分组成，用户可以通过终
端设备即GPS信号接收机接收信号， 经信
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图1 采集数据
图2 流程图
号处理后获得用户的具体位置信息，最终实
现导航和定位的目的。
1 GPs数据格式
GPS数据信息遵循NMEA一01 8 3协
议，该数据标准是由NEMA (National
Marine Electronics Association，美国
国家海事电子协会)于l983年制定的。目前
大多数常见的GPS接收机、GPS数据处理
软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协
议。统一标准格式NMEA一0183输出均采
用ASCII码，其串行通讯的参数为：波特率
= 4800bps，数据位=8bit，开始位=lbit，
停止位=lbit，无奇偶校检。数据传输以“语
句”的方式进行，每条语句均以“$”开头，后
面是语句头。语句头由五个字母组成，分两
部分，前两个字母表示“系统ID”，即表示该
语句是属于何种系统或设备，后三个字母表
示“语句ID”，表示该语句是关于何方面的
数据。语句头后是以逗号分割的数据体，语
句末尾为校检和，整条语句以回车换行符
结束。NMEA一0l83的数据
信息有十几种，主要有：
$GPGGA—— 输出GPS的定位信息；
$GPGLL——输出大地坐标信息；
$GPGSA—— 输出卫星DOP信息；
SGPGSV——输出可见卫星信息l
$GPVTG—— 输出地面速度信息；
$GPZDA——输出UTC时间信息l
$GPGST—— 输出定位标准差信息；
SGPALM—— 输出卫星星历信息；
$GPRMC——输出GPS推荐的最短数
据信息；
通常的情况下，我们所关心的定位数
据如经度／纬度、速度、时间等均可以从
$GPRMC中获取得到。下面对$GPRMC语
句作详细介绍：
$GPRMC，，，，，，
，，，，，，水
hh
以渤海大学图书馆旁隽思湖为例，其中
①作者简介：张帅帅(1988一)，男，硕士研究生，研究方向：计算机应用，电子信箱：245718773@qq．com。
22 科技创新导报Science and Technology Innovation Herald
创新技术
赫， ：
Science ahd Technology Innovation Herald
表1 GPRMC定位语句结构
语句 含义 格式 实例 说明
$GPRMC 推荐定位信息 $GPRMC GP：信息来源，RMC：句型标示符
l UTC时间 hhmross．sss 124736．000 UTC时间，hh／],时mm分ss秒．SSS精确到小数后3位
2 状态有效性 A A：有效，V无效
3 纬度格式 DDMM．MMMM 4l04．9960 DD度MM分，精确到小数后4位
4 南北半球 N／S N N：北纬，S：南纬
5 精度格式 DDMM．MMMM 12106．6934 DD度MM分，精确到小数后4位
6 东西半球 E／W E E：东经，W：西经
7 地面速度 XXX．X 0．00 速度值，单位海里／时，小数后一位
8 速度方向 XXX．X 00．O 航向值，单位度，小数后一位
9 日期格式 DDMMYY 250513 DD天MM月YY年
10 磁偏角 XX．XX 00．O0 单位度，00．00 99．99
11 磁偏角方向 E／W E：东，W：西
12 校检和 木XX A 7E A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效
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图3 渤海大学隽思湖示意图
采集到的一条语句为：
$GPRM C，I24736．000，A，4104．9960
，N，12106．6934，E，0．00，，250513? A*7E
语句显示了UTC时间、通信状态、纬
度、经度、速度、航向、UTC日期等信息，
经过分析得出：格林威治时间12：47：36，
数据接收成功，北纬41。04．9960 ，东经
121。06．6934 ，2013年05月25日。
2 GPS数据的处理
2．1 GPS数据的采集
通常GPS定位信息接收系统主要由
GPS接收天线、变频器、信号通道、微处
理器、存储器以及电源等部分组成。本文
所使用GARMIN GPS天线板，royaltek
REB-3571LP 3E GPS模块，串1：3调试助
手，电源采用3．6 V电压，各设备连接好后，
通过串13助手的调试，由天线板接收的GPS
数据信息经GPS模块处理后，用Rs～232
串口将定位信息传送到计算机中并在串13助
手窗I：1中显示，最终存储Ntxt文件中。以下
是通过该设备采集到的部分数据，数据来
源是渤海大学图书馆绕湖一圈的数据，共
采集453个点，如图l。
2．2 数据的提取与显示
对于接收到的数据信息，在没有进
一步处理之前是长串字节流，这些信息
是无法直接利用的。因此，必须通过程序
将各个字段的信息从长串字节流中提取
出来，将其转化成有实际意义的定位信息
数据。从实验采集的数据分析来看，数据
包含了$GPCSA、$GPRMC、$GPGSV、
SGPGGA四种数据格式，本文主要介绍了
针对$GPRMC数据进行的提取，通过对帧
头“$GPRMC”的判断完成对数据的确定，
如果需要对其他格式的数据帧进行处理，方
法类似。用c语言编程实现对数据中经纬度
的提取，流程图如图2。
通过C编程，实现对$GPRMC数据的
提取，把提取出来的结果转化为经纬度格
式的数据，导入到电子表格中，以纬度为横
向坐标，经度为纵向坐标，建立直角坐标
系，选择插入图表—— 散点图，显示各点的
坐标，结果如图3。
通过图表显示，可以发现部分点缺失，
分析产生的原因可能是有些地方信号不好，
采集数据时有盲点，未采集到全部数据，但
总体上能显示出隽思湖的形状。
该文首先介绍了GPS相关内容，对
NMEA-0183做了详细阐述，并用实验的数
据加以举例，接着对渤海大学图书馆旁的
隽思湖进行数据采集并提取了经纬度，通过
电子表格将经纬度以点的形式显示出来，展
现湖的整体形状。本文程序在Windows7
下，由Microsoft VisualVC6．O编译通过。
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