系统的工作原理：便携式终端由个人携带，可以为用户实现定位、导航以及遇险报警等功能，当用户开启报警按钮时，用户所在位置的GPS数据信息通过GPRS网络发送到监控平台，并在数字矢量地图中显示出用户的位置，便于用户得到及时救助。
2 便携式终端的设计与实现
2.1 终端的硬件结构
　　便携式终端直接与用户交互，完成数字地图" title="数字地图">数字地图显示及定位、导航及报警信号的发送任务，硬件结构由如下几个部分组成：ARM处理器、显示模块、GPS模块、GPRS模块、存储模块和报警模块等，如图2所示。

2.1.1 ARM处理器
　　ARM处理器是整个便携式终端的核心，需要处理大量的数据及运算。为适应系统的整体性能，选用三星公司的S3C2410处理器。S3C2410基于ARM 920T内核，频率为203MHz，具有MMU虚拟内存管理单元，搭配第三方公司生产的接口板，可扩充串口、网卡、USB接口、LCD接口、JTAG接口等，方便系统的调试和运行。
2.1.2  GPS模块
　　GPS数据接收模块采用ROCKWELL公司的JUPITER接收器，它具有12个并行通道和高灵敏度RF部分，可快速捕捉卫星信号，在开阔空间，冷启动约1分钟，定位精度小于15m，并提供自动存储功能，可以在掉电时将当时信息固化在芯片内部。
2.1.3  GPRS模块
　　通用分组无线业务GPRS（General Packet Radio Service）是在 GSM基础上发展起来的一种分组交换的高效数据传输方式。相对于低传输速率" title="传输速率">传输速率的GSM(916Kb/s)，GPRS具有最高可达17 112Kb/s的传输速率。GPRS具有“永远在线”的优点，按照数据流量计费，计费方式更符合用户需要。此外，GPRS支持TCP/IP协议，用户可以直接访问 Internet站点。它还可以提供一系列交互式业务：点对点面向连接的数据业务、点对点无连接型网络业务、单点对多点业务等^[1]。
　　本设计采用西门子公司的MC39终端，它支持GPRS/GSM两种网络方式，硬件接口采用标准的RS232串口，通过它向GPRS模块发送AT命令，可以对GPRS模块进行初始设置和实现网络连接、数据传送等功能。
2.2  终端的软件设计
　　便携式终端的软件设计主要分为嵌入式操作系统的移植、Microwindows和PPP拨号程序的移植、嵌入式GIS程序以及报警和通信模块设计。
2.2.1  嵌入式操作系统和Microwindows的移植
　　众所周知，Linux系统是一款免费、开源的操作系统，具有极强的稳定性和可移植性，用户可以根据自己的需要随意更改源代码，使其适应不同的应用。
　　Linux移植到嵌入式平台一般分为下面几个步骤：下载源码、建立交叉编译环境，配置编译内核，制作文件系统，下载、调试内核。
　　Microwindows起源于NanoGUI项目，是由Gregory Haerr组织的一个开放源代码项目，也是嵌入式系统" title="嵌入式系统">嵌入式系统中广为使用的一种图形用户接口(GUI)。它采用了类似GAL层和IAL层的设计思想，使用分层结构设计方法，可移植性非常好。另外，它还提供了多种应用程序接口（API）。考虑到开发成本和移植的相对简单性，本设计采用Microwindows作为便携式终端的GUI。
　　Microwindows是一个可配置的软件包，可以针对嵌入式系统的不同需求进行配置、裁剪、正确的配置是成功移植Microwindows的关键。配置内容包括基本发行包的设置，各种字体的选择和各种图像处理包的安装等。配置完成后，就可以进行下一步的编译工作了。
　　如果编译成功，在mwsrc/bin目录下会产生Nano-X的服务器程序nano-X、Nano-X窗口管理器程序nanowm和一些演示程序；在mwsrc/lib目录下会产生libmwin.a、libnano-X.a等Microwindows/Nano-X API函数库，用户可以利用这些函数库来开发自己的应用。
2.2.2 PPP拨号程序的移植及建立GPRS无线通信链路
　　PPP（Point to Point Protocol）是专门为解决Modem拨号上网的问题而设计的。PPP 在连接过程中所处的主要状态有死亡、建立、认证、网络和终止^[2]。当链路" title="链路">链路是死亡时没有物理层连接，成功建立物理连接后链路变成建立，这时LCP 选项商议开始，如果成功则进入认证。如果在LCP 阶段要求了认证， 此时就可以检查PEER的标志，然后进入网络阶段，采用相应的NCP协议配置网络层。在完成数据传输后，链路进入终止阶段，并返回死亡。PPP链路建立简要流程如图3所示。

　　PPP拨号程序移植成功后，就可以利用脚本程序拨号上网了，下面是它的一个简单示例^[3]：
　　/dev/ttyS0             　　　　//指定设备端口号为ttyS0即串口0
　　115200                 　　　　//设置设备波特率
　　connect "/usr/sbin/chat" 
    　　　　　　　　　　　  　　　　//向无线模块发送命令并提供登陆信息
　　/usr/sbin/pppd           　　 //调用pppd拨号程序
　　AT+CGDCONT=1,"IP","cmnet"
    　　                     　　 //设置APN：cmnet
　　ATD*99***1#            　　//拨号*99***1#
2.2.3  嵌入式GIS绘图引擎的设计
　　地图显示是GIS系统最基本的一个功能，实现的关键是了解GUI提供的接口,从地图文件中取得图层相关数据,然后用图形工具显示出来。在本设计中，利用Microwindows提供的Nano-X API实现。
　　Nano-X使用Xlib类型的窗口，绘图时使用窗口的标识值，它采用客户/服务器模式，客户端向服务器端发送绘图请求，服务器端调用图形库对应函数实现最终的绘制命令。服务器端为各种类型的绘图元素分配资源，以后所有的绘图操作都在服务器端完成。所以在运行客户应用程序前必须先启动服务器进程Nano-X。Nano-X的服务模式如图4所示。

　　下面是绘图程序的框架，API的入口点是标准C语言函数Main( )：
　　Main(…)                                  //程序入口
　　{
　　GrOpen();       　　　　　　　　　          //与服务器端建立连接
　　gid=GrNewGC();          　　　　　　　　　　//创建图形上下文
　　wid=GrNewWindowEx(…);        　　　　　　  //创建窗口
    GrSelectEvents();            　　　　　　  //选择要处理的事件
　　GrMapWindow(wid);                          //显示窗口
　　GrMainLoop(NxEventHandler);                //捕获事件
　　}
2.2.4  报警及数据通信模块的设计
　　报警及数据通信程序采用TCP套接字的客户/服务器模式实现，客户和服务器分别对应便携终端和监控中心，其基本流程如下：运行客户端程序，读取GPS数据信息并存储于本地缓存器，通过GPRS无线链路与具有独立公网IP的监控中心建立SOCKET连接，实现数据的无线传输。
3 监控平台设计
　　作为个人GIS助理系统的重要组成部分，监控平台应能够实时接收便携式终端用户所发送的位置信息，完成接收报警、发送指令等功能。在硬件方面需要有一台具有公网独立IP的X86体系结构的计算机，运行Windows操作系统，在软件结构上主要分为GPS数据接收及解析、GIS功能模块、位置信息显示以及报警系统四大模块，如图5所示。

　　工作原理如下：GPS数据通过无线链路传送到监控中心后，首先经过数据解析程序解析成人们容易理解的时间、经纬度、速度等信息，同时调用GIS模块，绘制数字地图，并将解析后的位置信息显示在地图上。如果此时用户发生意外并发出报警信号，监控人员就可以及时准确地掌握事故发生位置，快速提供帮助。
　　监控平台的软件采用Delphi编写，所采用的数字地图由中科大GPS实验室具有独立知识产权的数字地图生产平台制作。图6是监控平台软件的截面图。

　　本文介绍的个人GIS助理系统在中科大校园的测试中取得了良好的效果，它利用GPRS网络作为网络传输途径，充分发挥通用分组无线业务传输速率高、系统延时小的特点，但该系统也受到了移动通信信号强弱的限制，在实际测试中，如果遇到信号盲区，数据传输就会延误，使得监控平台端的数字地图上信息显示发生滞后。
　　另外，便携式终端采用了ARM嵌入式系统，它具有强大的运算能力以及良好的可移植性，用户可方便地加入自己的应用以及后续开发工作，为系统功能的进一步完善提供了途径。