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基于移动GIS的GPS定位导航系统的设计与实现 | |
张烁 徐爱功 孙贵博 | |
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1 引言
随着计算机软、硬件技术的高速发展,移动Internet 与GIS 的有机结合,形成了面向手机等便携式信息终端的GIS 应用方案。与此同时,很多新的技术比如大容量存储卡,无线局域网,无线通讯,3G 网络,GPS 全球定位导航系统也渐渐的被集成到智能设备中,这使得在移动设备上实现GIS 的功能成为可能。人们通常把用户(终端设备)处于移动情况下使用的地理信息系统,称为移动GIS。
近年来,移动GIS 作为地理信息科学领域研究的热点问题,引起了很多学者们的关注。在理论上,国外学者提出了动态、可定制IMA(智能地图代理)架构[3];将电子地图转换为简单空间格式的算法;在国内,李德仁、李清泉等分析了空间信息与移动通信集成的关键技术,提出了集成系统的体系结构;刘召芹提出集成数据模型,提高了数据共享程度[5].在应用方面,由美国地理信息与分析中心(NCGIA)发起的名为Battuta 计划正处于原型系统建立和区域试验的阶段,该计划旨在研究数据采集系统中地理数据与相关技术的整合应用; 由爱尔兰都柏林大学的A.Rizzinig 和K.
Gardiner 等撰写的"移动环境管理GIS 系统:鱼类栖息地空间信息管理系统设计",结合了无线网络和移动GIS 实现了环境空间数据的移动管理,为无线网络与移动GIS 的结合提供了原型参考;在国内,南京大学的严长清等在"基于GPS-PDA 的土地变更调查数据采集系统集成设计"中采用PDA 与差分GP S 结合的方式,使移动GIS 数据采集满足了国土资源行业的需求;王悦,吴云东等在"基于移动地图学的空间信息系统"中分析了移动地图学的发展趋势,结合地图学与其他学科交叉的现状,以地图学的观点指出移动地图服务发展的关键因素。
GPS 作为移动GIS 采集地理信息数据的一个主要手段,可以通过GPS 实时获得点的位置信息,并在此基础上实现导航的功能。利用GPS 中间驱动技术(简称GPSID)设计面向移动GIS 的GPS 定位导航系统,通过一个中间层连接开发端和GPS 模块,使开发者无需直接接触硬件部分,从而降低了开发者与GPS 串口通讯的难度。通过嵌入式开发,实现智能设备GPS 的定位导航功能,以满足移动GIS 数据采集的需求。
2 PDA电子地图的设计
PDA 电子地图是指显示在智能移动设备上的地理信息数据的可视化产品,它能够根据用户不同的需求提供相应的信息。PDA 电子地图不同于传统纸质地图或电子介质地图。传统的纸质地图是绘制在硬纸或聚酯薄膜上,单层显示,内容丰富,制作复杂,更新周期长,且不考虑个人用户需求;电子介质地图,是通过计算机成图,采用单层或多层叠加显示,内容详尽,更新快,有成熟的制作标准,可以进行复杂分析操作。
目前,PDA 电子地图设计由于诸多的限制条件,无法具备上述两种地图的所有功能,PDA 电子地图设计的限制主要来源于以下几个方面:1)屏幕分辨率低;2)显示屏小;3)屏幕色彩不丰富;4)CPU 处理能力低下;5)野外环境因素:强光、雨雪、大风等的制约;6)移动设备没有鼠标,键盘输入功能也不强大。
因此,PDA 电子地图的设计需要综合考虑上述的限制条件及设备自身特点。Reichenbacher (2004)提出,PDA 电子地图的设计需要满足以下四个方面:
(1) 信息内容:PDA 电子地图所承载的信息,并不要求像传统地图那样拥有对地理信息数据的全面而细致描述,但需要所加载的图层数据能够描述出用户的需求,完成相应的任务。比如,用户是某交通部门,相应的地图设计可以在建筑物或河流方面加以简化,而突出道路数据的展示。对于要突出描述的专题信息,详尽程度也有要求,专题信息的数据质量要高,显示要清晰,精度要达到用户需求。
(2) 用户界面:PDA 电子地图的界面要简单整洁,界面元素尽量少,信息多采用整屏显示,功能项放在显示屏下方的任务栏中,以节省更多的屏幕空间,用来显示地图信息。其次,充分利用键盘和触摸笔编制系统功能快捷键,以达到简洁实用的目的。
(3) 可视化:在可视化方面,要根据不同的环境和不同的设备,对地图的设计加以调整,地图标记和符号要简单、明显,使用的标记数量不宜过多,地图背景色多以灰色等冷色调为主,对比度要鲜明,对要素类的填充图案不易过于复杂,达到显示内容清晰,显示效果良好。
(4) 技术:技术上,要充分考虑移动设备的存储量、电池电量、CPU 处理能力、显示屏大小等,通常可以对PDA 电子地图进行分层和空间数据精简处理,将PDA 电子地图分为基础图层和工作图层。基础图层作为背景层,多以影像为主;工作层为移动GIS 要操作的图层,多以矢量数据为主。
PDA 电子地图的设计,是实现GPS 定位导航和移动GIS 数据采集的关键环节,地图质量的好坏直接关系到定位导航的精度和数据采集的质量。实现移动设备的定位导航系统,离不开GPS 模块,下面将介绍一种开发基于智能设备的定位导航系统的新技术-GPS中间驱动。
3 GPS中间驱动(GPS Intermediate Driver)
GPS 中间驱动(GPS Intermediate Driver),即在开发人员和GPS 硬件设备之间建立一个中间层,开发人员无需直接访问GPS 硬件,而是通过访问中间驱动提供的API 函数,间接与GPS 通讯。GPS 中间驱动是微软公司在Windows Mobile 系列5.0 版本之后,提出的一个基于智能设备的GPS 应用程序开发理念。
GPSID 的提出拥有很高的商业价值,对于GPS 硬件制造商:GPSID 可以和应用程序无缝接合;对于应用程序提供商:它可以和任意支持GPSID 的GPS 设备进行整合。
传统的GPS 开发方式,多采用编程语言直接操作GPS 硬件部分,进行GPS 数据文件流工作,完全人为的解析NMEA 数据,来实现串口通讯;或者使用已经成型的移动GIS 软件的GPS 功能,比如,ESRI 公司的ArcPad、超图公司的eSuperMap 等。GPS 中间驱动技术,相对于传统的开发方式拥有很多优点,比如:
1)开发速度快、效率高;2)拥有友好的API 接口函数;3)兼容传统的GPS 数据文件流操作;4)可以在PC 端进行仿真模拟;5)支持多个应用程序同时访问一个GPS 设备;6)使解析NMEA-0183 数据变得简单。
GPS 中间驱动的工作流程如图1 所示: (图片) (图片) (图片) (图片) (图片) (图片) (图片) (图片) (图片) | |
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