笔记本计算机与GPS构成实时立体导航系统的研究

文章摘要： 显然变换由两部分组成，即平移和旋转。(1)式中前一矩阵为平移，后一矩阵为旋转。 一般而言有了视点坐标系，还需将视点坐标系转换至屏幕坐标系，并进行视窗剪切，这样产生的立体图像是实时产生的，随着用户位置和方向的移动可以产生相应的移动的实时动画。但这样导航图的实时计算时间会较长，对实时导航不利。所以，本文采用了将视点位置设于很远的位置，这样可以认为场景的全部区域均在视窗之内，在图像生产时不需进行视窗剪切(见图1)。 创建了立体地形图还必须与地图叠加才能成为立体导航图。立体地形图从本质上讲仍是平面图像，立体是在阴影的衬托下表现出来的，其平面特性即是缺点也是优点。其优点是它能很方便地

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    显然变换由两部分组成，即平移和旋转。(1)式中前一矩阵为平移，后一矩阵为旋转。
    一般而言有了视点坐标系，还需将视点坐标系转换至屏幕坐标系，并进行视窗剪切，这样产生的立体图像是实时产生的，随着用户位置和方向的移动可以产生相应的移动的实时动画。但这样导航图的实时计算时间会较长，对实时导航不利。所以，本文采用了将视点位置设于很远的位置，这样可以认为场景的全部区域均在视窗之内，在图像生产时不需进行视窗剪切(见图1)。

    创建了立体地形图还必须与地图叠加才能成为立体导航图。立体地形图从本质上讲仍是平面图像，立体是在阴影的衬托下表现出来的，其平面特性即是缺点也是优点。其优点是它能很方便地与任何坐标一致的矢量和栅格图配准。将立体的地形图与等高线配准更能体现立体的视觉特性，并能适时的查询任何位置的高程值，配准的结果见图2。

    立体地形图与等高线配准后显然增加了立体效果，但也增加了图上信息的饱和度。在此基础上叠加地图，其效果见图3。

    从图3可见，三图配准只能在特殊情况下或在计算机里使用，用于输出到纸上是难以阅读的。但在计算机中用做导航图是非常方便和实用的，因为在计算机中立体地图中的三层可以方便组合和缩放。
3 手持GPS与笔记本连接
3.1 手持GPS的设定
    为了将GPS与笔记本计算机相连接，并将GPS的数据实时采集到计算机，必须在GPS上的参数进行设定，并在编程时将对应的参数写入程序。本项研究使用了美国MAGELLAN公司生产的GPS 315和GARMIN公司生产的etrex(也称小博士)，在此GPS 315上进入主菜单按MENU键，进入主菜单后再按“设置”键，在“设置”子菜单下按“波特率”，共有四种波特率供选择： l 2 0 0、4 8 0 0、9 6 0 0、l 9 2 0 0，本文选择传输波特率为9 6 0 0，在“设置”子菜单中还需要选择相应的数据格式NMEA-0183。
        NMEA-0183是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式。它是在过去海用电子设备的标准格式0810和0812的基础上，增加了GPS接收机输出的内容而完成的。数据采用ANSI标准，以串口非同步传送，使用ASCⅡ格式如下：

    设置了传输参数还需要设置GPS的坐标系统和椭球参数，在GPS315中坐标系是指公里网坐标(USER  GRID)和经纬度坐标的选择，这确定GPS上的显示方式，但在传输时没有差别，因为从GPS实时传输进计算机的数据均是没有经过投影换算的经纬度，投影换算必须在计算机中进行。在GPS上椭球参数的设定只需要在相应的菜单中选择BJ54即可。
3.2 笔记本计算机的设定与操作
    一般而言，计算机有多个通迅端口，通迅端口的列表可以通过WINDOWS的设备管理器来查询(COM1，COM4，COM5)，当GPS与计算机的连线插在计算机的某一串行口(Serial Port)后，计算机对端口操作时就必须选择相应的端口名，本文使用的COM5。在实验中使用的是COMPAQ笔记本计算机，这一品牌的计算机没有现成的COM端口，而只有USB接口。实验时通过一条端口转换线来模拟一个COM5端口。

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