移动地理信息系统GIS关键技术

移动地理信息系统GIS关键技术应用引言地理信息系统（GIS）是一门综合性的技术，它涉及到地理学、测绘学、计算机科学与技术等学科。它的概念和基础是地理和测绘，技术支撑是计算机技术，应用领域是地理、规划与管理等许多行业和部门。自从20世纪60年代以来，GIS已被各行业所应用。特别是近20年来，伴随计算机技术的迅速发展，GIS取得一次一次重大进步，如空间数据的管理、网络GIS、三维GIS等技术。在这些应用过程中，数据的实时更新至关重要。野外数据的传统采集和编辑一直是耗时并且容易出错的工作，需要依赖于纸制地图或传统测量手段，野外数据编辑是通过绘制草图，并做标示来实现。这些野外编辑的数据还要回到办公室通过被手工输入和编译才能进入GIS数据库。这种作业模式导致GIS数据不能经常更新，且精度很难保证，给GIS分析和决策结果带来极大的不可靠性。当突发事件发生时，如何在最快的时间内做出响应，进行实时的救援应急，并实时掌握现场情况，都需要移动GIS。因此，随着移动互联网的飞速发展和不断进步，人们对地理空间信息的4A（anytime，anywhere，anybody，anything）服务的需求日益显现。1．移动GIS的概念与特点移动GIS是一种应用服务系统，其定义有狭义与广义之分。狭义的移动GIS是指运行于移动终端（如PDA）并具有桌面GIS功能的GIS，它不存在与服务器的交互，是一种离线运行模式。广义的移动GIS是一种集成系统，是GIS、GNSS（卫星导航定位系统）、移动通信、互联网服务、多媒体技术等的集成。移动GIS具有以下特点：1）移动性：运行于各种移动终端上，与服务端可通过无线通信进行交互实时获取空间数据，也可以脱离服务器与传输介质的约束独立运行，具有移动性。2）动态（实时）性：作为一种应用服务系统，应能及时地响应用户的请求，能处理用户环境中随时间变化的因素的实时影响，如交通流量对车辆运行时间的影响，能提供实时的交通流量影响下的最优道路选择等。3）对位置信息的依赖性：在移动GIS中，系统所提供的服务与用户的当前位置是紧密相关的，比如“我在哪儿？”“我附近是什么？”“我怎么才能到达目的地？”所以需要集成各种定位技术，用于实时确定用户的当前位置和相关信息。4）移动终端的多样性：移动GIS的表达呈现于移动终端上，移动终端有手机、掌上电脑、车载终端等，这些设备的生产厂商不是惟一的，他们采用的技术也不是统一的，这就必然造成移动终端的多样性。移动GIS包括如下技术的综合：移动硬件设备和野外个人电脑、全球定位系统（GNSS）、地理信息系统软件（GIS）、可以接入到网络GIS的无线通讯设备。移动终端设备及GIS应用软件是移动GIS的必备要素，它的最终目标是“实现随时（anytime）随地（anywhere）为所有的人（anybody）和事（anything）提供实时服务（4A服务）”，把复杂的地理信息变成能够充分利用和享受的信息。2．移动GIS关键技术2.1移动终端移动GIS终端设备必须便携、低耗，适合于户外应用。并且可以用来快速、精确定位和地理识别。由于需求的多样性，产生了设备的多样性，这些设备包括便携电脑、个人数字助理（PDA）、智能手机、GNSS接收机等。在移动GIS/办公中，位置信息是基础。研制便携性好、重量轻、野外防护功能强、定位功能强大的GNSS接收机，是移动终端的关键技术。移动终端兼容具备卫星导航定位、加载行业应用软件、通讯和数据传输等基本功能。1）卫星导航定位系统GNSS定位技术已应用在各行业应用，休闲车载导航终端，高精度测量，国民经济各行业数据采集等。全球各国家地区开始建立CORS（连续运行参考站）以及区域增强系统（SBAS），利用差分技术，精度可以达到亚米乃至厘米级。不同厂家对芯片的研发与处理技术不同，会造成性能的不同。如GNSS与通讯的干扰性设计，要求高；非专业厂家天线设计不好，会导致与其它功能的冲突，造成性能的下降。利用内置GNSS，在野外实时获得点位坐标。根据作业需求，选择不同精度的GNSS接收机以及具备不同附属功能的接收终端。2）移动通信系统移动通信系统是连接用户终端和应用服务器的纽带，它将用户的需求无线传输给地理信息应用服务器，再将服务器的分析结果传输给用户终端。其核心技术为无线接入技术，按目前广泛使用的技术可分为两类：一是基于蜂窝的接入技术，如GSM、CDMA、GPRS等；二是基于局域网的技术，如蓝牙（BlueTooth）、无线局域网（WIFI）技术。移动通信技术正处在从2G向3G演进过程中，传输速度提高，网络容量增大，覆盖面拓宽，保密性加强，使得海量的空间信息得以快捷、安全地无线传输。3）智能终端根据操作系统的不同，目前PDA（个人数字助理）的操作系统主要分为三类，WindowsMobile，Palm，Linux。其中WindowsMobile是与个人电脑操作系统相似的人机界面，界面友好，可操作性强，能够安装行业软件或者便于行业客户的开发，因此为大多数移动GIS终端选用。野外作业环境恶劣，为保障野外正常作业，移动终端需要具备较好的工业防护性（防尘防水IP45），以及强光下清晰作业。4）拓展功能针对业务需要，对于通话、拍照、录音等功能可以进行扩展。移动地理信息系统GIS关键技术应用22.2嵌入式软件2.2.1软件结构及主要功能面向行业应用数据采集以及应急联动、移动办公，移动端软件系统应包括卫星导航定位功能、移动数据采集、移动GIS/办公以及数据传输功能。1、卫星导航定位描述卫星状态，辅助数据的采集，并对采集的数据以及已有数据进行导航。2、移动数据采集针对不同业务模式，数据采集功能有所侧重。如行业数据采集的不定期更新（管线资源、电力杆塔、移动人手井、污染源信息等）以及遥感影像纠正GCP坐标的采集，主要确定基础位置信息以及简单属性；对于移动办公，还需进行多媒体数据的采集（图像、录音、视频等），丰富GIS的属性，作为办公的凭证。在地形复杂处，无法利用卫星定位系统获得点位坐标，可以利用外接设备的连接，辅助测量。同时在不同的行业应用中，可以连接各种不同的传感器，进行行业数据的采集。3、移动GIS/办公1）数据加载与输出由于移动终端，在性能远低于个人计算机，对图形的缩放、查询、分析等功能的效率都较低，此时需要设计适合于PDA的高效数据结构。遥感影像的处理利用影像金字塔算法，不同级别显示不同的内容，提高显示速度；矢量数据可以通过数据分割，在移动终端中快速显示与编辑。将已有数据（遥感影像、矢量以及其它历史数据）通过数据线下载到移动终端，在野外进行数据的采集。通过叠加以及分析，将数据进行更新。2）数据编辑分为两类：已有点位坐标在野外进行属性的更新；保持原有属性，对坐标进行野外更新。3）空间分析与查询查询待调查数据，距离分析提供了在地图上丈量距离的功能，通过确定哪些地图要素与其它要素相接触或相邻，确定地图要素间邻近或邻接的功能。在GIS的空间操作中，涉及到确定不同地理特征的空间接近度或临近度的操作就是建立缓冲区。缓冲分析就是在点、线、面实体(或称缓冲目标)周围建立一定宽度范围的多边形。通过缓冲区分析，可以辅助调查及救灾工作的展开，对受影响区域做出响应的处理措施，建立警示来疏散人群以免事故的蔓延，预测灾害范围，及时防范以降低灾害扩大。4）数据传输分上传与下载。利用GNSS采集数据后，现场工作人员通过GPRS将数据传送到信息中心的空间数据服务器上，同时服务器又可以将经过处理的有用数据传回移动GIS终端，以满足外出采集数据所必需的基本数据内容。2.2.2开发平台软件系统采用EmbeddedVisualC++或者VisualStudio.net开发平台，基于Windows开放组件与用户终端机SDK（软件开发包，终端免费提供）二次开发，面向数据采集与移动办公需求，设计业务模块，构建软件功能。开发移动GIS与一般的GIS不同的是，移动GIS应用程序运行在资源紧缺的PDA设备，应尽量减少资源的消耗，提高效率。移动地理信息系统GIS关键技术应用33．移动GIS应用基于野外的工作在许多GIS应用中非常常见，很多行业需要数据的不断更新，以及对野外采集的数据进行现场分析、判断。如自然资源调查和维护、自然资源地图绘制、矿藏探查、事故报道和调查、野外巡视、野外火情绘图、财产损失评估等。1）实时信息的查询及快速及时救援、反馈首先根据GPS定位获得自己的位置，通过搜索地图数据库查询用户所需地点。用户可以在一定的半径之内查询有关旅馆、银行等公用设施的信息。比如救援队伍在赶往救灾现场的途中，可以通过无线通讯GSM/GPRS登入应急指挥中心服务器，立即获得灾害现场信息、实时交通信息、天气预报及灾害预测等信息，便于救援人员有更充裕的时间准备及研究救援战术，同时也能取得应急指挥中心实时发布的事件信息、救援信息、指令信息、决策信息等，实时记录处置过程中的领导指示和各种反馈信息。2）方便的数据采集当外出采集数据的时候，由于没携带大的存储设备，而且所采集的空间数据又非常大，此时，就可以通过移动GIS把采集到的空间数据直接传到空间数据服务器上。同时，服务器又可以经过处理将有用的数据再传到移动GIS的终端上，以满足外出采集数据所必需的基本数据内容。这样，就形成了由终端到服务器及由服务器到终端的数据采集模式，方便了外出数据采集。3）移动办公利用移动GIS的通信以及扩展功能的丰富性，可以在室外办公时，将发生事件向监控中心进行汇报，中心快速做出响应，进行现场的维修。同时对维修前后的情况进行备案。4．结束语嵌入式GIS将在人们周围频繁出现，成为像手表、移动电话一样不可或缺的日常必需品，它与无线通信技术的结合，将极大地方便人们的生活。未来几年，直接面向公众的GIS应用将大范围展开。与卫星定位相结合的导航、搜救、物流配送将形成巨大的产业，从营业网点的布设、交通路线的规划，乃至父母对儿童管控，凡此种种无一能够离开GIS的支持。