如何以 Java 取得衛星定位資訊 ?

作者 : 陳鍾誠

相關程式 : gps.zip

前言

許多程式設計人員一聽到要寫衛星定位程式，就覺得那一定很難，如果又要以 Java 寫成，那可能就會打退堂鼓了，本文即是要對此問題，提出一個極簡單的做法，只要利用 javax.comm 這個函式庫，可以在 20 行之內就寫完衛星的位的接收器，這個程式就是 Gps.java。

簡介

衛星定位系統的運作原理，雖然極為複雜，然而要寫一個衛星定位接收程式，卻是極為簡單的，其原因是市面上所販售的衛星定位接收器，有一套固定的規格，早已把複雜的部分處理好了，我們只要利用 MS Windows 中的 COM port，就可以接收到衛星定位資訊了，而在 Java 語言中接收與寫入 COM port 的方法，就是利用 SUN 所提出來的 communication API (javax.comm)，在本文中、我們將說明 javax.comm 函式庫的用法，並實做一個不到 20 行的衛星定位程式。

衛星定位的資訊格式

市面上所販售的衛星定位器，會將衛星定位資訊，編碼成一種稱為 NMEA 的格式，這種格式是一種簡單的純文字格式，以下是其中的一小段範例：

$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPGSV,3,1,12,26,89,000,36,29,73,000,00,28,38,000,00,18,35,000,00*79
$GPGSV,3,2,12,09,27,000,00,21,27,000,41,15,23,000,00,10,18,000,00*79
$GPGSV,3,3,12,08,15,000,00,22,07,000,,19,07,000,,03,-01,000,*51
$GPRMC,113347.950,V,0000.0000,N,00000.0000,E,0.00,,120305,,*00
$GPGGA,113348.950,0000.0000,N,00000.0000,E,0,00,50.0,0.0,M,0.0,M,0.0,0000*76
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPRMC,113348.950,V,0000.0000,N,00000.0000,E,0.00,,120305,,*0F
$GPGGA,113349.950,0000.0000,N,00000.0000,E,0,00,50.0,0.0,M,0.0,M,0.0,0000*77
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPRMC,113349.950,V,0000.0000,N,00000.0000,E,0.00,,120305,,*0E

其中，最重要的資訊是座標資訊，紀錄在以 GPSGGA 開頭的欄位中，以下是其欄位的說明：

標頭  ,收訊時間點,經度座標,北或南,緯度座標  ,東或西,品質,衛星數量,....
$GPGGA,113348.950,0000.0000,N    ,00000.0000,E     ,0   ,00      ,50.0,0.0,M,0.0,M,0.0,0000*76

其中，一般的程式通常只需要 "經度座標,北或南,緯度座標,東或西,品質,衛星數量" 等資訊就夠了，以下我們將說明一個衛星定位接收的 Java 程式寫法。

用Java收衛星資訊

由於程式實在太簡單，因此、我們將直接用程式的註解來說明即可。

import java.io.*;
import javax.comm.*;


public class Gps {
  public static void main( String[] args) throws Exception {
     receive(args[0]);    // 接收來自指定的 COM port 的衛星訊號。
  }


  // 以下是衛星接收的主要程式。
  public static void receive(String port) throws Exception {
    // 開啟 COM port (在 Java 中稱為 Serial Port)。
    SerialPort serialPort = ( SerialPort ) CommPortIdentifier.getPortIdentifier( port ).open( "GPS", 60 );
    // 設定接收參數，包含頻率為 4800bps, 8個資料位元後接著一個停止位元，沒有同位位元(parity bit)等。
    serialPort.setSerialPortParams( 4800, SerialPort.DATABITS_8, SerialPort.STOPBITS_1, SerialPort.PARITY_NONE );
    // 將該 Serial Port 當成檔案一樣開啟，然後不斷讀取即可。
    BufferedReader in = new BufferedReader( new InputStreamReader(serialPort.getInputStream()) );
    while (true ) {
      String msg = in.readLine();
      System.out.println(msg);
    }
  }
}

Gps.java 程式的安裝與執行方法

欲執行 Gps.java，請將 Gps.zip 下載後解壓縮，其中有兩個特殊的檔案，必須先複製到指定位置中才能順利執行本程式，這是由於我們在程式中使用到了 javax.comm 這個不在標準 JDK 中的函式庫，因此、必須加裝這個函式庫所使用到的資源於系統中，其安裝方法稍嫌複雜，在 MS Windows 系統中的安裝步驟如下：

將 win32com.dll 檔案複製到 {JDK}\bin 的目錄下。
將 javax.comm.properties 檔案複製到 {JDK}\lib 的目錄下。

接著，請切換到解壓縮後的目錄 {...}\Gps 中，打上下列指令以編譯該程式，並接著執行之。

javac -classpath comm.jar;. Gps.java
java -classpath comm.jar;. Gps COM4

只要你的衛星定位接收器在 COM4 的位置，就可以看到類似下列的資訊：

$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPGSV,3,1,12,26,89,000,36,29,73,000,00,28,38,000,00,18,35,000,00*79
$GPGSV,3,2,12,09,27,000,00,21,27,000,41,15,23,000,00,10,18,000,00*79
$GPGSV,3,3,12,08,15,000,00,22,07,000,,19,07,000,,03,-01,000,*51
$GPRMC,113347.950,V,0000.0000,N,00000.0000,E,0.00,,120305,,*00
$GPGGA,113348.950,0000.0000,N,00000.0000,E,0,00,50.0,0.0,M,0.0,M,0.0,0000*76
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPRMC,113348.950,V,0000.0000,N,00000.0000,E,0.00,,120305,,*0F
$GPGGA,113349.950,0000.0000,N,00000.0000,E,0,00,50.0,0.0,M,0.0,M,0.0,0000*77
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,50.0,50.0,50.0*05
$GPRMC,113349.950,V,0000.0000,N,00000.0000,E,0.00,,120305,,*0E

當然、若 COM port 不是 COM4，則程式會收不到任何訊息，此時、請確定你的 GPS 所在的 COM port，假如是 COM2 則請重新執行下列命令即可。

java -classpath comm.jar;. Gps COM2

然而，要如何得知衛星定位接收器被安裝於哪一個 COM port 呢 ? 你只要選取 MS windows 中的裝置管理員，看一下連接埠(COM 和 LPT) 的項目中，GPS 在哪一個 port 上即可曉得，以下作者的電腦接上 GPS 於 COM4 後的裝置管理員畫面。

(註:裝置管理員的位置位於: 開始/控制台/系統/硬體/裝置管理員中)

結語

以 Java 撰寫衛星定位程式，其實相當簡單，然而用途卻非常大，在行動裝置普及率愈來愈高的狀況下，衛星定位的相關應用可望蓬勃發展，本文期望藉由簡單而清楚的說明，讓大家能很容易的開發出相關的應用程式，並了解衛星定位的程式設計方式。

參考文獻

Java(tm) Communications API Win32 Installation Instructions
NMEA format.
GPS tutorial

作者：陳鍾誠 E-mail:ccc@kmit.edu.tw。

本著作係採用創用 CC 「姓名標示─相同方式分享 2.5 台灣版」授權條款釋出。

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