GPS新玩法

本文已刊载于《个人电脑》杂志2009年第3期,请勿随意转载

现在有车一族越来越多,而且很多人在买车后已经将自己的生活半径无限扩大,经常会利用节假日等时间通过自驾游的方式到全国各地游玩。但这就存在一个问题,到陌生的地方后,不认识路该怎么办?为此,很多人选择使用GPS(全球定位系统)进行导航。

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图1,GPS导航,这可能是我们最熟悉,也最常见的GPS应用

GPS是由美国国防部研制和维护的一套卫星导航系统,通过太空中的24颗卫星,其信号范围可覆盖地球表面除了南北极外98%的面积。接收端只要能够收到4颗卫星的信号,即可确定自己的经纬度位置、海拔高度,以及当前所在地的时间。另外整套GPS系统已经免费对全世界开放,这也就意味着,任何人,只要具有兼容的设备,即可在世界任何地点免费接收GPS信号,并进行定位和导航。同时一般民用领域的标准定位服务可实现10米左右的准确度。

关于GPS,我们最熟悉的可能就是GPS导航。在进行导航时,导航仪首先根据接收到的GPS信号实时判断自己当前的经纬度位置,然后将位置表现在带有电子地图的导航软件(GPS信号是全免费的,但导航软件和电子地图可能需要收费)中。随后导航软件就可以根据当前位置和目标位置,在结合数字化的地图,对行驶方向和目的地等信息作出判断和建议。其实除了GPS导航外,GPS还有很多其他玩法。这些才是本文要关注的内容。

准备工作

除了GPS导航仪外,还有很多不同形式的GPS设备,例如比较专业的GPS手持机,还有蓝牙GPS模块,以及GPS手机等。一般来说,作为普通用户,可能对GPS模块以及GPS手机更熟悉一些。下文主要以带有GPS功能的手机Nokia E71为例进行介绍,该手机运行了Symbian 60 v3操作系统,并通过安装各种软件扩展GPS的功能。

在继续之前需要注意,如果选择GPS模块,请尽量选择同时带有导航以及轨迹记录功能的型号,因为这两个功能都是我们下文中主要需要使用的。至于GPS手机,通常都是智能手机,可以通过安装各种软件的方式对功能进行扩展。

另外还需要了解一些有关GPS工作精度和速度的问题。因为GPS系统全部由美国国防部进行维护,因此可能因为各种原因,美国偶尔会对GPS的卫星信号进行干扰,这将导致GPS信号无法接收,或误差增大。另外天空中的云层也会对信号的接受产生干扰。同时有些已经在使用GPS的朋友可能发现,不同情况下,打开GPS设备后成功定位所需的时间可能并不相同,其实这就是GPS的冷启动、暖启动以及热启动的区别。

  • 冷启动是指设备初次使用,或因为断电等原因导致设备内存储的星历信息丢失,或关机状态下将设备移动超过1000公里距离后,导致设备内没有可用或有效的星历信息时的启动状态。这种状态定位所需的时间是最长的,往往会超过1分钟,甚至更长时间。
  • 暖启动是指设备在两个小时以上未使用,或关机后移动不超过1000公里的距离重新开机时的启动状态。这种状态定位所需的时间稍短,取决于具体的GPS硬件,通常不会超过1分钟。
  • 热启动则是指在所有参数都已知的情况下进行的启动,通常是指关机后两小时内重新开机,或关机后仅移动了很小的,可以忽略的距离的情况下。热启动后的定位速度最快,一般在15秒左右即可完成。

使用不同软硬件方案的GPS设备在上述三种状态下启动后的定位时间可能会存在一定的差异,具体时间请参考设备说明书。另外在初次使用一个GPS设备,或对设备进行冷启动后,最好能找到一个空旷的地方静止下来,等待GPS重新获得GPS的时偏、星时、位置和星历等信息。这个缓慢的过程只需要进行一次,在下次冷启动之前,设备的定位速度都将快很多。同时,对于有车一族,请注意车窗上贴的防晒膜,某些类型的防晒膜可能会导致GPS信号衰减,因此如果有必要,在车里使用时请打开车窗,或增加外置天线。

对于支持GPS的手机,目前还有一种新的应用:A-GPS。简单来说,A-GPS是指通过网络进行辅助定位的GPS。也就是说,在定位的时候,首先通过网络(GPRS、EDGE、3G)等连接到一台专用服务器,下载当前的星历信息等内容,然后利用下载的信息进行辅助定位,而不需要GPS进行冗长的冷启动或暖启动。A-GPS功能每次启动都需要联网下载数据,一般来说,每次下载的数据量不会超过90 KB,但却能有效节约定位所需的时间,因此对于手机上网包月用户,可以考虑开启这样的功能。

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图2,A-GPS功能在不同设备中可能具有不同的称呼,但含义都类似

如果手机自带GPS功能,那么可以直接使用。但如果手机没有包含这样的功能,则可以连接蓝牙GPS模块,并实现相同的用途。关于将蓝牙GPS模块和手机连接的具体操作方法,请参考模块的说明书。

在手机上,还需要安装Nokia提供的一个免费软件:Nokia Sports Tracker,几乎所有运行Symbian操作系统的手机上都可以安装该软件。这个软件可以记录轨迹,并在有必要的时候将轨迹上传到Nokia网站,这样全世界任何人都可以和别人分享自己的运动历程。

准备好GPS设备后,还需要对电脑进行一些处理,主要是安装所需的软件。

首先,必备的一个是Google Earth,这是Google发布的一个可以用于查看全球范围卫星图的软件,通过这个软件,我们可以了解自己的位置,以及记录的轨迹。

同时,如果需要将地理位置信息导入到照片中,还需要信息合并软件。这类软件比较多,例如免费的Locr,但该软件支持的地理信息数据格式很有限;另外还有共享软件RoboGEO,该软件支持的数据格式是目前最丰富的。本文将以RoboGEO为例进行介绍。当然,某些设备还可能会免费附赠类似的软件。

Google Picasa,这个软件可以让我们用更方便的方法直接在Google Earth上查看整个相册所有照片的拍摄地点。或者也可以使用微软提供的一个免费软件Microsoft Pro Photo Tools,这个软件除了可以查看照片的拍摄地点外还是一个强大的照片元数据编辑器。

做好所有准备后,开始体验GPS的新奇应用吧。

轨迹记录

对于喜欢户外运动的朋友,可能希望能够将自己每次运动的行程都完全记录下来。这样以后随时都可以了解在不同的时间曾到过哪些地方。这个应用非常适合驴友以及进行跑步、散步等户外运动的人。

在手机上启动Nokia Sports Tracker软件,首先需要对一些选项进行设置。

进入“Settings-General”栏目。如果不希望将自己的轨迹信息上传,请将“Access Point”设置为“None”;在“Measurement Unit”下可设置自己惯用的计量单位,通常选择“Metric”即可使用我们常用的公制单位;“Workout Backlight”则决定了软件运行过过程中是否一直打开背光,为了省电,建议设置成“Automatic”;“Use Automatic Keylock”选项决定了在不操作多少时间后将键盘锁定,建议根据实际需要设置一个数值,这样将手机放在口袋里之后不会导致误操作;“GPS Filtering”则设置了GPS取样记录的频率,建议设置为“High”,以便尽可能多地包含位置信息。

在“Settings-Users”栏目下,则可以设置有关用户的信息,例如姓名、年龄、性别、身高、体重等,这些信息主要用于在户外进行锻炼时使用,请根据实际情况进行设置。

最后在“Settings-Activities”栏目下,可以对进行的各种活动进行设置,该软件最多可支持六种不同的活动,有四种预设的,还有两个可以自定义的。但其实所有这些活动都可以进行更名,或设置不同活动下软件的工作方式。在这里可以根据实际情况进行设置,但有一点需要注意,可能是软件对中文的兼容性不够好,在这个软件的设置中,例如用户姓名以及活动的名称,请尽量不要使用中文,因为这样可能导致产生的轨迹文件无法在Google Earth中正常显示。

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图3,通过这些选项可以决定软件的基本属性

设置好上述内容后,可以开始使用了。假设我们需要驾车到某个地方去,同时希望记录往返的轨迹。请在软件主界面上进入“New Workout”栏目,在“Activity”选项下,选择自己定义的符合要求的活动类型;“Live Sharing”则决定了是否通过网络将活动信息实时上传到Nokia网站,如果不需要请选择“No”。决定这两个选项后,直接按下确定键,软件首先会搜索卫星并进行定位。当“Time”一栏显示的“GPS”字样变为绿色后,就表示定位已经成功。随后,只要按下“Start”键,接着该去哪就去哪,只要把手机放在可以接收到信号的地方,例如衣服口袋或汽车仪表盘上即可。

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图4,定位成功后,即可切换让软件在后台自动运行,手机的其他工作不会受到干扰

在记录过程中,按下“Options”键后可以随时将记录工作暂停(Pause)或停止(Stop),使用手机上的上下导航键,还可以在软件的不同视图之间切换,例如可以看到行进轨迹(很简单的轨迹,只是一些代表路径的线条,要配合卫星图还需要在电脑上使用Google Earth查看)、行进时间、距离、速度、海拔高度。另外还可以看到速度与时间、速度与距离、海拔与距离这三个参数之间的对应图表。

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图5、6,通过该软件可以用多种不同的形式查看记录下来的信息

记录结束后,首先需要在“Options”菜单下停止记录工作,然后进入到“Training Diary”栏目下,这里使用日历的方式列出了软件记录的所有轨迹信息,将光标移动到某一天之后还能看到当前更进一步的信息。如果希望导出特定的信息,请进入对应的日期,并进入对应的记录,随后可以看到这次记录的所有摘要数据,例如用户、活动、开始时间、历时、距离、最高以及平均速度等。

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图7,软件统计的历史活动数据

如果希望导出数据,请按下“选项”键,在“Export”菜单下,可以看到软件支持的各种导出格式。因为我们希望将导出的数据在Google Earth中查看,因此请选择“Export to Google Earth”,随后软件会将轨迹导出为.kml文件保存在手机上,通过蓝牙或数据线的方式将该文件传输到电脑里,并直接双击,即可调用Google Earth打开文件并显示。

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图8,通过Google Earth查看的记录下来的轨迹

在卫星图中,我们可以直接看到这次记录轨迹的起点和终点位置,同时可以看到海拔最高和最低点的具体位置。在图像上直接单击对应的点后,还可以看到更多详细信息,例如到起点的距离、当时速度、海拔高度等。

上文曾说过,民用级的GPS本身有10米左右的误差,而且其他一些因素也可能导致误差增大。那么在具体的应用中,这样的误差对结果到底有多少影响?让我们把卫星图放大,并挑选一个细节仔细看一看。

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图9,虽然有误差,不过都在可接受的范围内

从上图可以看出,代表记录下来的轨迹的黄色线条和代表实际公路的白色路径基本上都是吻合的,有些地方甚至实现了完全的重合,只有在一个地方产生了较大的漂移(右下角的黄色尖端位置),这是GPS的使用中偶尔会遇到的,并且每个人都有可能遇到,但影响并不大。考虑到GPS信息本身的误差,以及卫星图的坐标误差,这样的结果基本上可以满足一般人的需要。

有了这样的轨迹信息,可以做的好玩事情就多了。例如,我们可以持续记录自己每天走过的地方,这样就算若干年后,也可以随时想起某年某月某日在哪里做过什么。

或者也可以把自己的轨迹和朋友分享。例如去过某个好玩的地方,想让朋友也去看看,可朋友不知道路。这时候,不用费尽心思用语言来描述了,只要给他一个.kml轨迹文件,直接在卫星图上看,这难道不比任何语言还有说服力?

照片地理位置标记

对于摄影或旅游爱好者,这个功能有着莫大的吸引力。首先请想一想,我们每个人可能都会遇到这样的情况,在欣赏自己以前拍摄的照片时,可能只能记起某张照片是在什么城市拍摄的,但具体的地方可能完全想不起来。

其实这也是GPS一个很有趣的应用,可以给照片添加地理位置标记(Geo-Tagging)。这样我们完全不用回忆每张照片的拍摄地点,因为照片本身就可以包含GPS位置信息,误差一般不会超过10米。

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图10,处理后的照片元数据中多了有关GPS的信息,虽然无法直接读懂,但可以通过软件用更形象的方式读取

其实这个应用的位置信息获取方式和上文介绍的轨迹记录是一样的,而且原理也很简单。首先用Nokia Sports Tracker记录不同时间的位置信息,然后根据照片的拍摄时间,将记录下来的位置信息导入到照片中。只不过在导出的时候,要选择导出为“.gpx”格式,或者其他可以被合并软件支持的格式。随后用软件将位置信息合并到照片中。

在实际使用之前需要注意,因为这个应用和时间的关系非常密切,优于GPS本身可以通过卫星获得最准确的时间,因此一定还要确保相机设置了正确的时区,并且时间是准确的,最好能够精确到秒。这样合并软件才能将最贴合实际的位置信息合并到每张照片中。另外,因为信息的合并工作是在电脑上进行的,也请确保电脑和相机设置为使用同一个时区,并且时间也没有太大偏差。

通常来说,这类合并软件只能将信息合并到JPG文件中,对于RAW格式,目前的支持并不是很好。因此如果拍摄的照片使用其他格式保存,请在操作之前先转换照片格式。

准备好代表地理位置信息的.gpx文件和.jpg照片后,让我们开始吧。下列操作需要使用RoboGEO软件。

首先启动RoboGEO,在软件窗口左侧的任务列表中进行第一步操作:选择要合并的照片。在这里可以直接指定某个特定的文件夹(Select an entire folder),或者选择性的选择某几张照片(Specific images)。请根据实际需要进行操作。

随后第二个步骤需要选择位置信息的来源,因为我们已经将信息导出为.gpx格式,因此可以直接选择“From a tracklog file(来自轨迹记录文件)”,并指定要使用的.gpx文件。随后软件会自动对添加的照片和.gpx文件中的信息进行匹配,并汇报匹配的结果。通常来说,只要照片的时间是准确的,那么几乎所有照片都可以自动进行匹配。

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图11,经过匹配,每张选择的照片都被找到了相应的位置信息

随后需要将这些位置信息合并到照片中。RoboGEO支持多种形式的合并,但一般建议直接将信息写入到照片的Exif信息,也就是源数据中,这样对照片本身的画面不会有任何影响。因此在第三步请直接单击“Write the location data to the EXIF headers(将位置信息写入EXIF头)”,随后软件会进行合并工作,并对写入了信息后的照片创建副本。在检查所有信息都正确写入,并且没有其他错误后,可以用创建的副本替换原始文件。

照片信息合并好了,那么这些信息又该怎么利用?请首先打开Google Picasa,并将所有照片导入。如果照片包含地理位置信息,那么在缩略图的右下角就会显示一个十字星标。

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图12,通过Google Picasa可以直接管理照片的地理位置信息

选中要在地图上查看的照片,然后依次选择“工具-地理标记-在Google Earth中查看”,Picasa将自动启动Google Earth,并用缩略图的形式显示出每张照片的拍摄地点。

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图13,用缩略图的形式在地图上查看每张照片的拍摄地点

上面这种方法虽然可以看到照片的具体拍摄地点,但对于一个陌生的城市,如果想知道这个位置的详细信息,例如某某区,某某路,又该怎么做到?这个就需要通过微软提供的Windows Live Local服务了。但是需要注意,该服务目前还是测试版,因此对于国内的某些地区,地理位置信息可能还不是很详细,而且自动获得的地名信息都是英文的。因此这里只简单介绍应该如何进行这样的操作,并希望该服务以后能够提供更多更丰富的信息。

启动Microsoft Pro Photo Tools,将需要处理的照片都拖动到右侧窗格中,随后照片的缩略图都会显示出来。如果照片已经被合并了GPS信息,那么每个缩略图上都会有一个地球图标。对于已经包含地理信息的照片,点击将其选中,然后单击中央窗格中的“Get location text(获取位置描述)”按钮,软件就会自动联系Windows Live Local服务,并获取该照片对应地理位置的详细信息。对于目前还无法支持的更进一步详细信息,例如城市、街区,目前来看就只能用手工的方式继续输入。当然,这一切主要取决于Windows Live Local服务地图信息的丰富程度。如果是在闹市区拍摄的照片,这些信息往往会很完整;但如果是在深山老林中拍摄,可能通常只能精确到省或市。

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图14,利用记录的GPS信息,还可以反差出照片拍摄地的名称和位置

通过这个软件对照片的处理全部都会被应用到Exif元数据中,因此可以放心进行操作,不用担心软件的处理会对照片的画面质量有影响。另外对于需要管理大量照片的摄影爱好者,强烈建议多研究一下Microsoft Pro Photo Tools,限于篇幅,本文并不打算对这个软件做过多介绍,但实际上,如果已经习惯了使用元数据对照片进行归档和管理,那么这个工具可以让我们用更便利的方法直接进行批量操作,更令我们的工作如虎添翼。

最后一个问题,给照片添加了地理位置信息后,除了自己在地图上看一看之外,还有其他什么用处吗?对于风景摄影爱好者,肯定希望将一些精彩的照片与人共享,这时很多人都会选择将照片上传到一些图片共享网站。而如果照片的内容是风景,最好的地方莫过于Panoramio,因为上传到这里的照片在通过审查之后,可以直接显示在Google Earth上,供全世界人浏览。而且为了充分利用Google Earth的卫星图信息,对于上传到这里的照片,我们还可以进行定位,这样照片就可以显示在Google Earth上准确的拍摄位置上。

然而如果使用传统的方法,在上传照片后,必须手工对照片进行定位,也就是在地图上直接标记照片的拍摄位置。这样不仅准确度太低,而且大批量照片的定位也是一个麻烦的工作。但如果照片中已经包含了位置信息,则Panoramio网站会直接使用这些信息将照片显示在正确的位置上。不禁更方便,而且可以和更多人分享自己喜欢的景色。

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图15,通过Panoramio网站,上传的照片在通过审核后可以直接显示到Google Earth供查看

寻宝游戏

寻宝可能是我们每个人儿时最感兴趣的活动,童话故事里,王子历尽千难万险,最终找到了价值连城的宝藏,拯救了公主,从此和公主过上了幸福的生活,这样的故事总是会令我们激动万分。然而长大后,渐渐明白了故事就是故事,根本不会有那么多宝藏等待我们的挖掘,不过童心未泯的人们总是能找出一些娱人娱己的好办法。

这种游戏的规则是这样的:准备一个密封的防水容器,例如塑料水杯,并准备一些有意思的小玩意(值钱不值钱倒是无所谓,毕竟这种寻宝的目的并不是为了发财,而获得的快乐才是无价的)装在容器中。然后徒步或者坐车到某个地方,把“宝箱”埋在某个标志物附近。同时,请通过GPS记下当前位置的经纬度坐标。然后可以把这些坐标告诉现实中或网络上的朋友。因为民用级的GPS一般有10米左右的误差,因此单凭坐标信息通常是无法直接找到宝贝的,所以我们还可以根据埋藏宝贝的地方附近的标志物编一些谜语,让寻宝工作更有乐趣。

这种游戏目前在国外非常流行,感兴趣的朋友可以在GeoCaching网站发布自己的宝贝信息,或者浏览自己附近的宝贝埋藏。在国内,目前玩这个游戏的人并不是很多,不过有个网站集合了大量宝贝信息,感兴趣的朋友可以在这里看看(藏宝和寻宝过程中请注意自身的安全,并请注意保护环境)。

在玩寻宝游戏时候需要注意,虽然很多GPS导航软件可以直接显示当前位置的经纬度信息,然而因为不同的软件可能使用不同的坐标系,因此同一个位置,在不同软件中看到的具体位置信息可能并不相同。因此建议对于GPS手机用户,首先请通过测试找出最准确的软件:首先在手机中安装多个用于查看经纬度信息的软件(这类软件一般功能简单,没有导航功能,不包含地图,因此体积通常都很小),然后在同一个位置(例如市中心某个标志建筑物下)用不同软件查看并记录经纬度数据,然后将记录的数据在Google Earth上进行比较,并找出最准确的软件来使用。

通过实际测试,E71手机自带的“GPS数据”程序准确度尚可,该工具可以通过“功能表-GPS-GPS数据-位置”路径打开。例如下图就是用该软件记录的一个宝贝的地点,这是一个虚拟宝贝(没有埋藏实物,可能是风景,或有特殊意义的建筑物等),位于陕西省境内的秦岭山中,感兴趣的朋友可以找找看(在Google Earth软件的搜索框中输入“N 34.2651 E 107.2046”并按下回车,即可在地图上飞到这个地点。同时在这个地点还上传有照片在Panoramio网站,在读到本文的时候,这些照片可能已经通过了审核,可以直接在上述地址附近看到)。

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图16,通过发布经纬度信息即可将宝贝的埋藏地点告知他人

注意:如果在Google Earth中看不到发布在Panoramio网站的照片,请展开Google Earth窗口左下角的“Layer(图层)”窗格,并展开“Geographic Web”节点,确保选中了“Panoramio”子节点。

在熟悉了藏宝游戏后,我们都能玩出什么花样?为人父母者,可以将给孩子的礼物埋藏起来,然后用寻宝的方式让孩子自己找出来,不仅更有趣,而且这本身就是一个学习的过程,可以让孩子掌握大量实用知识。想用一种比较新颖的方式给女朋友送生日礼物吗?让她自己找吧,就算没有方向感也没关系,只要知道了经纬度,让GPS告诉她怎么走吧……这样的寻宝游戏,只要肯动脑,好玩的用处还有不少。

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