GPS消息處理通用命令處理類

(1)綜合運用以前學到的控制語句、繼承、封裝、接口等知識，完成具有實際運用功能的程序。

(2)通過運用學過的知識進一步的鞏固和掌握學到的知識。

實驗內(nèi)容

使用GPS GATE軟件模擬GPS衛(wèi)星發(fā)出的GPS信號，編寫程序?qū)�GPS GATE發(fā)出的信息進行接收、解析、處理。將處理好的信息按照固定的格式存儲至文件中（經(jīng)度、緯度、時間、速度、高度）。

下面是主要用到的GPS信息的格式：

1. GPS/TRANSIT Data(RMC)推薦定位信息 (在項目中就使用了這個報文的定位數(shù)據(jù))

$GPRMC,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),(11),(12)*hh(CR)(LF)

(1)UTC時間，hhmmss（時分秒）格式
(2)定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位
(3)緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）
(4)緯度半球N（北半球）或S（南半球）
(5)經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）
(6)經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）
(7)地面速率（000.0~999.9節(jié)，前面的0也將被傳輸）

(8)地面航向（000.0~359.9度，以真北為參考基準，前面的0也將被傳輸） (9)UTC日期，ddmmyy（日月年）格式
(10)磁偏角（000.0~180.0度，前面的0也將被傳輸）
(11)磁偏角方向，E（東）或W（西）
(12)模式指示（僅NMEA0183 3.00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效）

(13) hh(CR)(LF) hh是前面從第一個數(shù)據(jù)到最后一個數(shù)據(jù)的校驗和，(CR)(LF)是回車換行，表示一個字符串的結(jié)束。

具體示例：

$GPRMC,121212.456,A,3232.1234,N,12121.3322,W,0.15,305.12,121299, ,*22

 

2. GPS Fix Data(GGA)GPS定位信息

$GPGGA,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),M,(10),M,(11),(12)*hh(CR)(LF)

(1)UTC時間，hhmmss（時分秒）格式
(2)緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）
(3)緯度半球N（北半球）或S（南半球）
(4)經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）
(5)經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）
(6)GPS狀態(tài)：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算
(7)正在使用解算位置的衛(wèi)星數(shù)量（00~12）（前面的0也將被傳輸）
(8)HDOP水平精度因子（0.5~99.9）
(9)海拔高度（-9999.9~99999.9）
(10)地球橢球面相對大地水準面的高度
(11)差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空）
(12)差分站ID號0000~1023（前面的0也將被傳輸，如果不是差分定位將為空）

(13) hh(CR)(LF) hh是前面從第一個數(shù)據(jù)到最后一個數(shù)據(jù)的校驗和，(CR)(LF)是回車換行，表示一個字符串的結(jié)束。

具體示例：

$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F

校驗和是指這一行的所有非數(shù)字字符，按照"字母、空格、句點、正號= 0；負號=1"的規(guī)則換算成0和1后，將這一行中原來的全部數(shù)字加起來，以10為模計算后所得的和。校驗和可以檢查出90%的數(shù)據(jù)存儲或傳送錯誤。按十進制加起來的個位數(shù)字的校驗和，用于精確糾正誤差。

 

使用異常處理，對接收信息的過程中可能產(chǎn)生的異常進行處理。（選作）編寫C#Winfrom 程序，能夠?qū)⒔馕龅降臄?shù)據(jù)軌跡繪制到相應(yīng)的地圖上。

詳細設(shè)計

    該實現(xiàn)主要是實踐我在前文《談?wù)勎姨幚懋惓５囊话惴椒ā分刑岢龅囊恍┯^點，以及一些面向?qū)ο笤O(shè)計的思想，和一些設(shè)計模式的運用。

    在看到這個問題的時候，首先要對需求進行分析。該問題的數(shù)據(jù)流程比較清晰，見Figure 1。

Figure 1 數(shù)據(jù)流

    從個人經(jīng)驗來講，我認為在指令的解析部分可以抽象出一個比較通用的方式，我們把GPS指令文本流替換為二進制流，將單條指令文本替換為單條指令的二進制信息。

Figure 2 通用數(shù)據(jù)流

    我做的抽象框架如所示Figure 3 類視圖所示。

Figure 3 類視圖

    首先我們應(yīng)當有一個類來處理整個問題，稱之為CommandProcessor。它負責從外部設(shè)備接收數(shù)據(jù)、并且將處理后的消息通過事件的方式向外部提供。該類還應(yīng)當能夠?qū)�單條指令從流中取出來，因而我在這個類中提供了一個虛的方法GetSingleCommandString()，并且進行了一個通用的簡單實現(xiàn)、即每行為一條指令。這里參數(shù)都用string來表示了，用string來表示二進制數(shù)據(jù)也沒太大問題，但對于純文本的數(shù)據(jù)處理起來則比較方便。

    在將命令分出來之后，我們需要將一條單獨的指令轉(zhuǎn)換為一個強類型的命令。我們用ICommand來表示一個被分析后的命令，則問題就是如何由一個string產(chǎn)生一個ICommand。

    根據(jù)面向?qū)ο笤O(shè)計的一些原則，數(shù)據(jù)與實現(xiàn)應(yīng)都放在一個類當中。那么對于特殊的Command，它自身才知道如何對它對應(yīng)的string進行分析。我們在ICommand中定義Parse(string s)方法對string進行分析。

    ICommand的定義如下，關(guān)于DoCommand()方法在后文將有說明。

 01
publicinterfaceICommand
02
    {
03
  
04
        ///

05
        /// If it is right command,return true
06
        ///

07
        ///
08
        ///
09
        boolParse(stringstr);
10
        voidDoCommand();
11
    }
    那么如何找到string->ICommand的對應(yīng)關(guān)系呢？

    比較簡單的實現(xiàn)是我們維護一個ICommand的列表，然后用窮舉的方式調(diào)用Parse方法，直到該方法返回true。如果沒有方法返回true，則表示該string是一個未知的命令。這樣實現(xiàn)是比較OO，在編程階段添加ICommand比較方便。缺點是效率比較低，而且還需要維護一個已經(jīng)實例化ICommand的列表。而有這樣一個列表，在多線程編程時就會產(chǎn)生一些同步問題。在編程時需要在Parse(string s)方法中先對傳入的string做一個初步檢測，如果非該指令則立即返回false。而在當前的設(shè)計中，沒法對子類重寫Parse方法內(nèi)的內(nèi)容進行約束，如果實現(xiàn)不好則會更大的造成效率的降低。

    我現(xiàn)在的實現(xiàn)是，引入一個ICommandFactory對象，那么這個問題就成為了string->ICommandFactory->ICommand的問題了，由于實現(xiàn)接口ICommandFactory與ICommand都是同一開發(fā)者實現(xiàn)的，該開發(fā)者可以分析string的特殊性，在實現(xiàn)ICommandFactory接口的類中找到string->ICommand的關(guān)系。還有一個優(yōu)點是，我們完全可以在自己定義的CommandFactory中實現(xiàn)在上一段提到的方法。以下是該部分具體的實現(xiàn)代碼。

publicinterfaceICommandFactory
2
{
3
///

4
/// return an ICommand object from a string.
5
///

6
///
7
///
8
ICommand Parse(stringstr);
9
}

//實現(xiàn)該接口的一個具體示例

01
publicclassGPSCommandFactory : ICommandFactory
02
    {
03
        publicIUnityContainer UnityContainer { get; set; }
04
  
05
        privateICommand Parse(stringstr)
06
            where C : ICommand
07
        {
08
            var cmd = UnityContainer.Resolve();
09
            if(!cmd.Parse(str))
10
            {
11
                thrownewInvalidCommandStringException(str, null);
12
            }
13
            returncmd;
14
        }
15
  
16
        #region ICommandFactory Members
17
  
18
        publicICommand Parse(stringstr)
19
        {
20
            try
21
            {
22
                stringcommand;
23
                command = str.Substring(0, str.IndexOf(','));
24
                switch(command)
25
                {
26
                    case"$GPRMC":
27
                        returnParse(str);
28
                    case"$GPGGA":
29
                        returnParse(str);
30
                }
31
                thrownewInvalidCommandStringException(str, null);
32
            }
33
            catch(ArgumentOutOfRangeException ex)
34
            {
35
               …
36
            }
37
        }
38
  
39
        #endregion
40
    }

    在解決完命令分析的問題之后，最后的一個問題是如何將分析出的命令應(yīng)用的問題。在這個設(shè)計中，我通過事件來通知其他類。

    在前文給出ICommand的描述中給出了一個DoCommand()方法。我們可以在需要應(yīng)用的項目中重寫該方法，做出相應(yīng)的動作。這樣就完全的實現(xiàn)了多態(tài)，在接收到CommandReceived事件的消息后直接調(diào)用DoCommand()方法就好了，不需要對Command類型進行顯示分析。當然，我們需要借助IOC容器來進行這樣的實現(xiàn)。這里不闡述IOC容器的具體功能，有興趣Google下就好啦。當然這樣實現(xiàn)也許還是有一些復(fù)雜性的，我們需要對每一個Command類進行重寫，然后更改IOC容器的映射關(guān)系。

    還有一種實現(xiàn)是使用is操作，對ICommand對象進行測試，然后將ICommand中的信息進行利用。下面給出第二種實現(xiàn)方法的一個示例。

01
voidCommandProcessor_CommandRecevied(objectsender, CommandEventArgs e)
02
{
03
    Invoke(newThreadStart(delegate()
04
    {
05
        if(e.Command isGPGGACommmand)
06
        {
07
            ProcessCommand((GPGGACommmand)e.Command);
08
        }
09
        if(e.Command isGPRMCommand)
10
        {
11
            ProcessCommand((GPRMCommand)e.Command);
12
        }
13
    }));
14
 
15
    //throw new NotImplementedException();
16
}

     這樣一個基本的命令分析器的Library工程就基本寫完了。然后就應(yīng)當著手解決GPS消息的問題了。在前面的示例中已經(jīng)貼了一些實現(xiàn)。

    分析GPS的消息，很容易的發(fā)現(xiàn)每條命令是以$\.+?, 方式開始的，我們可以根據(jù)這樣的特性實現(xiàn)ICommandFactory，這里再貼一下主要的實現(xiàn)代碼
1
stringcommand;
2
command = str.Substring(0, str.IndexOf(','));
3
switch(command)
4
{
5
case"$GPRMC":
6
returnParse(str);
7
case"$GPGGA":
8
returnParse(str);
9
}
     然后就可以產(chǎn)生Command了。我們根據(jù)要求建立了兩個Command，分別是GPRMCommand和GPGGACommmand。然后根據(jù)對應(yīng)的命令格式重寫Parse()方法。而消息分割正好是每行一條命令的方式，因而就無需重寫CommandProcessor的GetSingleCommand方法了。然后就完了，不需要寫什么了，基本的東西都已經(jīng)在我們之前談到的項目中定義好了。

    具體視圖如下：

Figure 4 GPS類視圖

如果您有興趣，可以在這里下載代碼，如果有問題歡迎與我聯(lián)系：）

http://loningproject.googlecode.com/svn/trunk/cnblogs/gps.7z