鮑萍萍，陳光，王朋，王鵬輝

　　（東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 上海 201620）

　　摘要：針對(duì)傳統(tǒng)的在VC++平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的GPS定位數(shù)據(jù)的提取與存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性等需求，以及軟件方面存在擴(kuò)展性、兼容性、移植性差等問(wèn)題，運(yùn)用GPS定位技術(shù)、多線程串口通信處理技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)訪問(wèn)技術(shù)，應(yīng)用Java語(yǔ)言編寫，在Eclipse開發(fā)工具上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套GPS定位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)提取與存儲(chǔ)系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效可靠，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

　　關(guān)鍵詞：GPS；多線程；串口通信；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；Java

0引言

　　隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）成為目前最為常用的一種導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其全方位、全天候、全時(shí)段、高精度等特點(diǎn)使得GPS的應(yīng)用遙遙領(lǐng)先。其原理是用戶通過(guò)GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，從而獲得用戶所需的經(jīng)緯度、速度等信息，最終實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位 ［1］。而GPS接收機(jī)中的數(shù)據(jù)提取與存儲(chǔ)是GPS定位中的重要組成部分。

　　目前，GPS定位數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)大多數(shù)在VC++平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，其擴(kuò)展性、移植性、兼容性差。為改善其性能，2003年王緩緩等人［2］對(duì)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性和兼容性，但仍然存在數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)接收、同步處理及存儲(chǔ)等問(wèn)題。2006年李新源等人基于Java語(yǔ)言的GPS接收機(jī)的串口通信程序設(shè)計(jì)［3］，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雖然較為清晰，但其只是實(shí)現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)的提取，對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)并未研究。

　　為改善已有GPS定位數(shù)據(jù)的提取與存儲(chǔ)功能，有效提高數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性等要求，本文基于Java的跨平臺(tái)性、開放性與面向?qū)ο蟮忍攸c(diǎn)［3］，運(yùn)用GPS定位技術(shù)、多線程串口通信編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套GPS定位數(shù)據(jù)的提取與存儲(chǔ)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地接收、處理和存儲(chǔ)GPS數(shù)據(jù)。

1系統(tǒng)組成

　　GPS定位數(shù)據(jù)的提取與存儲(chǔ)系統(tǒng)主要包括GPS串口通信和GPS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩部分，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖其中，GPS串口通信部分主要實(shí)現(xiàn)多線程編程、串口的打開、串口數(shù)據(jù)的接收、提取處理與串口的關(guān)閉等操作；GPS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分實(shí)現(xiàn)將提取處理后的數(shù)據(jù)保存在MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中 ［24］。

2GPS串口通信

　　傳統(tǒng)的用Java實(shí)現(xiàn)串口通信通常采用串口API，它以獨(dú)立jar包的方式提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展［5］。此系統(tǒng)中，采用串口和并口通信的開源Java類庫(kù)RXTX，其提供了多操作系統(tǒng)下的兼容javax.comm串口通信包API的實(shí)現(xiàn)。在Windows操作系統(tǒng)下，包含3個(gè)文件：RXTXcomm.jar、rxtxParallel.dll和rxtxSerial.dll，其提圖2串口通信流程圖供了通信用的Java API及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)類接口。系統(tǒng)在串口通信前，必須對(duì)串口驅(qū)動(dòng)程序裝載。其串口操作流程圖如圖2所示［6］。

　　2.1多線程技術(shù)

　　對(duì)串口進(jìn)行操作的過(guò)程中，為提高CPU的使用效率，系統(tǒng)采用了多線程處理技術(shù)，很好地滿足了多任務(wù)和實(shí)時(shí)性的需求［78］。

　　Java有兩種實(shí)現(xiàn)多線程的方式：一是創(chuàng)建一個(gè)類繼承Thread類，并重寫run()方法；二是實(shí)現(xiàn)Runnable接口。本文采用繼承Thread類的方式實(shí)現(xiàn)多線程，主要涉及串口數(shù)據(jù)接收線程、數(shù)據(jù)提取處理線程、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)線程，系統(tǒng)的關(guān)鍵是處理好線程之間的同步、安全和死鎖［78］。

　　2.2多線程串口通信

　　（1）串口數(shù)據(jù)接收

　　在對(duì)GPS串口數(shù)據(jù)接收之前，必須明確GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)接收格式［24］。GPS接收機(jī)遵守NEMA0183標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，該協(xié)議內(nèi)容包含GPS定位的經(jīng)緯度、速度、日期時(shí)間、地面航向、衛(wèi)星狀況、磁偏角等信息。本系統(tǒng)中，使用NEMA0183協(xié)議中的“MYMGPRMC”幀格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取處理。

　　在進(jìn)行數(shù)據(jù)接收前，首先打開串口并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。然后，調(diào)用數(shù)據(jù)接收線程中的類實(shí)例方法對(duì)串口數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。為保證數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)中設(shè)置了串口事件監(jiān)聽器。其部分關(guān)鍵代碼如下，數(shù)據(jù)接收結(jié)果圖如圖3所示。

　?。?）串口數(shù)據(jù)提取處理

　　在成功接收GPS數(shù)據(jù)串后，要對(duì)其解析，轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的格式。其思路如下：首先，判斷數(shù)據(jù)串中是否含有“MYMGPRMC”數(shù)據(jù)，若存在，則截取MYMGPRMC包含的70 B數(shù)據(jù)；其次，對(duì)MYMGPRMC包含的GPS定位信息進(jìn)行提??；最后，對(duì)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的處理運(yùn)算并保存在GpsData對(duì)象中，提高了代碼的健壯性。為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，本文只提取出日期時(shí)間、經(jīng)緯度、狀態(tài)、速度信息［9］。其部分關(guān)鍵代碼如下所示［2］，數(shù)據(jù)提取處理圖如圖4、圖5所示。

3數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)

　　對(duì)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行提取處理后，需要將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便后期的使用。本設(shè)計(jì)將GPS定位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，不僅作為定位數(shù)據(jù)的容器，同時(shí)還可以隨時(shí)隨地地訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)與進(jìn)行增、刪、改、查等操作［4］。

　　在本系統(tǒng)中，將靈活可靠的MySQL作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，應(yīng)用JDBC技術(shù)連接數(shù)據(jù)庫(kù)。下面從數(shù)據(jù)庫(kù)的配置設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)和互聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高效可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

　　3.1數(shù)據(jù)庫(kù)的配置與數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)

　　對(duì)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)操作前，需要對(duì)其配置。配置信息封裝在dbconfig.properties配置文件中，如圖6所示。

　　本系統(tǒng)采用JDBC方式連接數(shù)據(jù)庫(kù)，在MySQL中，需要新建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)命名為mydb1，并添加一張數(shù)據(jù)表gpsdata用于存儲(chǔ)GPS定位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)表的列分別命名為日期時(shí)間datetime、定位狀態(tài)status、緯度latitude、經(jīng)度longitude、速度speed，并設(shè)置相應(yīng)的列屬性，允許為NULL。

　　3.2數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與互聯(lián)

　　數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與互聯(lián)技術(shù)是存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。本設(shè)計(jì)中定義了兩個(gè)核心類：JdbcUtils工具類和JdbcUtilsImpl類。其中，JdbcUtils類主要用于實(shí)現(xiàn)加載配置文件、加載驅(qū)動(dòng)類與獲取連接操作；JdbcUtilsImpl類主要用于向數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)GPS數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)表的更新、釋放等。其部分關(guān)鍵代碼如下所示，圖7為數(shù)據(jù)存入情況。

　　InputStream in = JdbcUtils.class.getClassLoader().getResourceAsStream("dbconfig.properties");

　　props = new Properties();

　　props.load(in);

　　Class.forName(props.getProperty("driverClassName"));

　　DriverManager.getConnection(props.getProperty("url"),props.getProperty("username"),props.getProperty("password"));

　　String sql = "INSERT INTO gpsdata VALUES(?,?,?,?,?)";

　　pstmt=con.prepareStatement(sql);pstmt.setString(1, gpsdata.getDatetime());

　　......

　　pstmt.setDouble(4, gpsdata.getSpeed());

　　pstmt.executeUpdate();

4結(jié)論

　　本系統(tǒng)在Eclipse開發(fā)環(huán)境下，結(jié)合MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，對(duì)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和提取處理，并將其存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供開發(fā)者后期使用。其中，系統(tǒng)中利用了Java中的多線程技術(shù)，將數(shù)據(jù)接收與提取處理高效地分離，有效地提高了數(shù)據(jù)的處理能力。同時(shí)，系統(tǒng)中加入了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分，為數(shù)據(jù)的有效性和可靠性提供了保障，更加體現(xiàn)了系統(tǒng)的整體性能。

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