基于WindowsCE平台的嵌入式GIS开发与应用_张强

外部连接部分可分为源数据导入、导航定位 数据接收、通讯系统连接3个部分。 1)源数据的导入。由于嵌入式GIS软件具

有自身独立的数据格式,所以在嵌入式GIS中应 设计一个数据导入接口,将格式转换后的数据载 入系统中,以满足系统的需要。

2)导航定位数据的接收。导航定位部分采 用定位/导航的方式,将导航定位系统(如GPS) 的接收机与掌上设备物理连接,把接收机接收到 的导航定位数据,通过相应的接口传输到掌上设 备中,按照相应格式读取定位数据,并将定位数据 转换到空间矢量数据所在的坐标系中,最后通过 地图匹配,实现移动目标点的定位。

3)通讯系统的连接。通讯部分接口分为发

送部分和接收部分。发送部分即将用户信息(如 当前的位置信息)通过无线通讯或卫星通讯发送 回服务中心和传递给其他相关的用户,接收部分 则是接收通信系统接收服务中心或其他相关用户 发布的信息,以便实时、快速、准确地传递各种信 息。

3.2 GIS部分

GIS是整个嵌入式GIS的核心部分,作为系 统的主要软件模块,其主要功能包括:

1)电子地图功能。包括地图显示、浏览、图

层管理等。在GIS常见的地图显示、放缩、漫游 等功能的基础上,针对掌上设备的特点,采用图层 管理、地图制图综合和地图符号图式化等方法,使 系统具有精练的内核和快速的浏览速度,满足用 户实际应用的需要。

2)路径分析功能。包括路径规划与途径道

路的属性查询、轨迹跟踪及记录与回放等。根据 图幅内交通层的属性及特征,运用最优路径的算 法,找出用户从出发点及途经点到目标点的多点 最优路径,还可根据需要实时显示及查询途经道 路和地物的属性。同时为了了解用户的行动,可 对用户的行动路线进行记录及回放。 3)查询检索功能。包括兴趣目标信息分类

查询、地名查询及定位等。根据用户的需要,用户 可在整个图幅范围内对目标点进行分类查询,以 找到自己感兴趣的点目标位置,而且可根据所了 解的地名,在整个图幅范围内进行精确及模糊查 询,并对搜索后的目标进行定位。

4)导航定位功能。包括移动目标点的定位、

自动实时动态导航及示警等。根据接收到的卫星 定位数据,对用户当前位置进行精确定位,并可根 据需要,在给定的阈值下,利用矢量数据的空间拓 扑关系,通过地图匹配的方法,将接收到的定位数 据匹配到图幅的交通线上,对移动目标进行定位 或实时动态导航;同时,在动态导航的过程中,在 给定的阈值范围内,当偏离前进方向时能进行语 音示警,以便用户确认站立点,修正前进方向。 5)信息标注功能。即兴趣地物信息标注。

对用户感兴趣的目标点的位置在图上进行标注, 并对其属性进行详细的记录。在通讯设施完备的 条件下,根据需要,还可通过通讯系统将标注信息 实时传输到服务中心及相关用户,以对下一步的 行动提供依据。

4 嵌入式GIS的应用

嵌入式GIS作为一个独立的GIS,可以满足

用户对当前地理位置信息获取的需求,而且在大 多数情况下,它是很多集成的移动导航定位系统 中必不可少的用户终端部分。鉴于嵌入式GIS 功能的可裁减性及系统的可集成性比较高,嵌入 式GIS在与其它技术集成后,加上行业的特征, 能满足多种行业的需要。常见的集成方式是将嵌 入式GIS、WebGIS、GPS或其它定位系统和通讯 系统集成起来,以形成一个满足移动用户对地理 环境及位置信息需求的导航定位系统。它能满足

公安、消防、交通、旅游、医疗、保险、邮政快递、野 外测量、勘探、搜救及军事等领域的地理位置信息 获取、目标移动调度及信息互动等特征需求,与行 业的特点结合紧密,具有广泛的应用前景。在日 益兴起的智能交通系统(Intelligence Traffic Sys- tem,ITS)领域,目前正在研究和建立的各种车辆 导航系统和车载监控系统就是其典型应用。 在综合考虑用户的各种需求和我国网络通讯 建设的实际水平后,我们设计了一套以掌上设备 为开发平台、基于卫星导航定位和嵌入式地理信 息系统等技术的移动导航定位系统的设计方案, 在此方案的指导下做了一些探索性的工作,取得 了令人满意的效果。 5 结语

综上所述,目前嵌入式GIS的研究和应用正 处于一个关键的发展阶段,嵌入式GIS的实现和 应用具有广阔的发展前景,对我国的经济和国防 建设具有深远的战略意义。从技术和研究结果来 看,研究和开发基于Windows CE的嵌入式GIS

115第2期张强等:基于Windows CE平台的嵌入式GIS开发与应用 已开始进入实用阶段。

Windows CE是微软公司设计的紧凑、高效 的多平台操作系统,其基本内核只需要200 KB ROM,能在多种平台上运行,支持各种用户界面 的硬件,包括触摸屏和最高像素32位颜色深度的 彩色显示屏,支持多种串行和网络通信技术。其 最新产品Pocket PC 2002支持开发人员在平台能

力、多线程、多任务、电源管理、数据管理和同步、 串口通信、红外连接、网络通信、可扩展性等方面 进行各种开发。因为不同的应用程序和设备在通 讯方面的要求不同,Windows CE还支持广泛的 硬件设备和提供广泛的通讯技术。 1.3 导航定位技术

通常的定位技术有独立定位技术、卫星定位 技术和地面无线定位技术。目前全球的卫星导航 定位系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS以 及即将建立的欧盟的“伽利略”全球导航定位系统 等,各种与掌上设备相连的接收机也已相继出现。 1.4 网络通讯的发展

近年来网络通信技术取得了飞速的发展,特 别是宽带网络技术、IP(Internet Phone)技术、 WAP(无线通信协议)技术以及数字微波技术、卫 星中继技术和调频副载波技术的发展为空间数据 的实时传播和动态发布创造了必要的技术条件。 通信系统的建设正在向系统网络化、手段多样化、 设施智能化、技术标准化和系统化方向发展。 2 基于Windows CE平台的嵌入式GIS的开发 在Windows CE上开发GIS系统时,鉴于

GIS的自身特性和开发设备及开发平台的特点, 它与普通GIS的开发相比有很多独特的方面。 2.1 系统软硬件平台的选择

目前,掌上电脑的类型有Palm-Size PC

(PPC)、Handheld PC(H/PC)、和Pocket PC三种。 根据需要选择一种合适的掌上电脑是系统开发前 应考虑的问题。由于Windows CE中各版本之间 的兼容性不如常用的Desktop Windows系列操作 系统,所以在软件设计之前,应仔细考虑操作系统 的版本兼容性问题。同时,由于在Windows CE 平台上开发软件需要考虑处理器类型,所以在选 择掌上电脑的机型时,应选择一款Windows CE 开发平台支持的处理器。目前Windows CE系统 适用于现有的和下一代的32位微处理器,包括基 于MIPS、PowerPC、SH-3、SH-4、ARM、Stron-

gARM和XScale等功能强大的新型处理器。 2.2 Windows CE平台软件设计的注意事项 1)编码的区别

为了使Windows CE的应用程序具有广泛而 方便的移植性,Windows CE中使用Unicode编 码。与普通操作系统采用的ASCⅡ码标准不同, Unicode是用一个16位数值来表示一个字符,每 一个字符占用两个字节。 2)模仿器的使用

Windows CE的编程平台一般都带有模仿器 仿真模块(SDK),以便于程序的编译和调试,提高 软件代码编写的速度。程序设计中应注意模仿器 的使用,而且还要注意模仿器与掌上设备之间的 差别。程序在模仿器上编译通过后,最后还要在 设备上运行,以达到预先设计的效果。 3)操作方式

大部分掌上设备中,由于没有鼠标和键盘

(Handheld PC除外)等输入设备,而只有屏幕触 摸的方式,所以在操作方式上,与普通PC机有很 大不同,一个方便、简练的操作方式是嵌入式GIS 必不可少的部分之一。 4)界面显示

掌上设备屏幕的分辨率一般为320×240,对 于需要大信息量表示的GIS,应采用地图制图综 合等各种方法,在较小的屏幕上合理的显示较多 的有用信息,以满足用户使用的需要。而且, WindowsCE中一些与界面显示相关的函数与 Desktop Windows系统相比也有较大的差距,为 了使系统的界面友好、美观且操作方便,需要在这 方面花费一些时间和精力。

2.3 嵌入式GIS数据结构的设计

鉴于嵌入式GIS的开发平台和掌上设备性

能的考虑,为了提高软件的运行速度和节约设备 的内存空间,嵌入式GIS软件应该具有自身的空 间数据模型及适应该数据模型的数据结构。 由于不同来源的数据没有统一的标准,在嵌

入式GIS调用各种源数据之前,要对源数据进行 格式转换及建立必要的空间拓扑关系,以满足系 统的需要。同时,在已设计好的空间数据模型的 基础上,充分考虑掌上设备的存储空间、运行速度 及GIS所需实现的功能,设计一个精练、实用的 数据结构对于系统的实现也是非常重要的。 3 嵌入式GIS的组成和主要功能

嵌入式GIS按照其功能可分为外部连接部

分和GIS部分。

114 测绘学院学报2003年

基于Windows CE平台的嵌入式GIS开发与应用 张强,王仁礼,陈天泽

(信息工程大学测绘学院,河南郑州 450052)

摘要:介绍了嵌入式GIS技术及其发展动态,简要描述了嵌入式GIS的相关背景技术,讨论了基于Windows

CE的嵌入式GIS的设计和开发,最后介绍了嵌入式GIS的应用及其主要功能。 关 键 词:Windows CE操作系统;个人数字助理;嵌入式GIS;移动导航定位系统 中图分类号:P208 文献标识码:A

随着微型嵌入式技术迅猛发展,其产品也已 深入到人们生活的每个角落,制造工业、过程控

制、通讯、交通、航空航天、军事装备等都成为嵌入 式技术的应用领域。与此同时,在嵌入式技术的 基础上,随着网络通讯技术、移动计算技术、微型 嵌入式技术、微型RTOS(Real-time Embedded Op- erating System)及地理信息系统技术的发展,嵌 入式GIS软件的运行和开发平台得到了相应的发 展,嵌入式GIS技术也开始得到广泛的应用。 嵌入式GIS是微型嵌入式系统在空间信息中 的一种应用。微型嵌入式系统是以应用为中心、 以计算机技术为基础,软件硬件可裁剪,适应应用

系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的 微型专用计算机系统。嵌入式GIS,即把一个优 化的GIS数据引擎嵌入到小型移动设备上,占用 内存非常小,但具有很强的数据分析和显示表达 功能,可以使用空间点击以及SQL进行数据检索 与查询。嵌入式GIS软件由于其平台的特殊性, 使得嵌入式GIS软件的特征与普通的GIS软件 相比有着明显不同:嵌入式GIS软件要求固态化 存储、软件代码的高质量和高可靠性、系统的高实 时性等。目前,嵌入式GIS仍处于研究阶段。国 外比较成熟的嵌入式GIS系统有ESRI公司的 ArcPad、MapIinfo公司的嵌入式GIS控件等;在国 内,近几年从事嵌入式GIS研究和开发的人员逐 渐增多,研究的成果也相应增加,但各种嵌入式 GIS与其它相关技术的集成化程度不高,其应用 领域也仍然局限于野外数据采集等。 1 相关背景技术

信息技术日新月异的发展,使嵌入式GIS研

制和应用需要的各种设备和相关技术日渐成熟和 完善。各种掌上电脑产品的推出,实时嵌入式操 作RTOS的频频出现,微型嵌入式技术、卫星定位 技术、无线通信、卫星通信技术的日趋成熟并进入

实用化阶段,使嵌入式GIS的设计与实用化所要 求的设备及关键技术已经得到了解决。 1.1 PDA的迅速发展

PDA(Personal Digital Assistance),即个人数

字助理,是一种轻巧的掌上设备,有处理器、存取 器,带或不带键盘,手写输入,有线或无线通讯。 现在国内外的几十家生产掌上电脑的厂商都相继 推出了自己的产品,各种无线连接设备也都相继 推出。目前,掌上电脑的最新配置为:采用Pocket PC 2002操作系统、128 MB/64 MB RAM和48 MB/32 MB ROM、400 MB Intel专用处理器和 TFT LCD液晶屏幕,64 K色,320×240的分

辨率等。COMPAQ的iPAQ3970/3950、TOSHIBA 的e740和GENIO e550GX等都是较高端产品的 代表。这些都在硬件上解决了嵌入式GIS所要求 的轻便性、大容量内存、强扩展功能及方便的通信 功能等方面的问题。

1.2 RTOS的多样性及Windows CE的特征 在操作系统方面,20世纪80年代末,市场上

出现了几个著名的商业嵌入式操作系统。目前应 用广泛的操作系统包括:微软公司的Windows

CE、3COM公司的Palm OS、ATI公司的Neculeus 等。国内也开发出了Hopen(中科院凯思集团)和 CRTOS(成都电子科技大学)、Easy Embedded OS (EEOS)等嵌入式操作系统。其中,中科院计算所 自行开发的开放源码的嵌入式操作系

收稿日期:2002-09-12;修回日期:2003-01-18

作者简介:张强(1978-),男,新疆乌鲁木齐人,训练部助教,本科,主要从事嵌入式系统软硬件的研究开发。

的相关技术和所要求的设备已基本成熟,但是对 于建立一个完整实用的移动导航定位系统,还需 要数字通信系统等配套设施和体系的建立和完 善。随着相关技术的发展,嵌入式GIS的功能将 得到更进一步的扩展,该系统最终也将得到更加 广泛的应用。 参考文献:

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[7] 邬伦,刘瑜,张晶,等.地理信息系统—原理、方法和应用 [M].北京:科学出版社,2001.

The Development and Application of the Embedded GIS Based on Windows CE Operation System

ZHANG Qiang,WANG Ren-li,CHEN Tian-ze (Institute ofSurveying and Mapping,Information Engineering University,Zhengzhou450052,China)

Abstract:This paper introduces the technology and development of Embedded GIS,and describes some technological background for developing

Embedded GIS.After that,we discusses the design and exploration of Embedded GIS based on WindowsCE Operation System,and presents the application and main functions of Embedded GIS.

Key words:windows CE operation system;personal digital assistant(PDA);embedded geographical information system;mobile navigation posi- tioning system

责任编辑 李慧典 (上接第112页) 4 结束语

实验证明,文中所采用的空间影像管理方法 可以有效地管理超大空间影像对象,其分块组织 策略和金字塔模型可以实现连续多分辨率显示功 能和提供相对高的数据吞吐量,同时也为挖掘O- racle9i数据库系统的并行性能提供了基础。 参考文献:

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The Management of Massive Spatial Image Based on Oracle9i Spatial DENG Xue-qing1,ZHANG Yong-sheng1,LI Bo2,GONG Dan-chao1 (1.Institute ofSurveying and Mapping,Information Engineering University,Zhengzhou450052,China;

2.Institute ofScience,Information Engineering University,Zhengzhou450001,China)

Abstract:Based on the object model and function of Oracle 9i Spatial,this paper focuses on the new technique about management of massive spa-

tial image.Experiment evinces that the method using tile and image pyramid structure is fast and efficient.It is also the basic realization of high- speed data service.

Key words:massive spatial image;geometry;spatial query pyramid structure;multi-resolution hierarchy model 责任编辑 李慧典

116 测绘学院学报2003年