基于PDA的個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計
[導(dǎo)讀]簡略分析了嵌入式地理信息系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)背景、特點(diǎn)及應(yīng)用，提出了基于PDA的個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)的邏輯設(shè)計框架、實現(xiàn)原理及應(yīng)用模式。
摘 要：簡略分析了嵌入式地理信息系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)背景、特點(diǎn)及應(yīng)用，提出了基于PDA的個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)的邏輯設(shè)計框架、實現(xiàn)原理及應(yīng)用模式。
關(guān)鍵詞：嵌入式地理信息系統(tǒng)；嵌入式地圖；移動地理信息系統(tǒng)；移動地圖；移動計算；個人輔助導(dǎo)航系統(tǒng)
引 言
信息技術(shù)的重點(diǎn)正由技術(shù)轉(zhuǎn)向信息，即轉(zhuǎn)向?qū)π畔⒌奶幚?、集成、有效利用和快速獲取。地理信息系統(tǒng)是實現(xiàn)地理信息獲取、管理、可視化、分析、輸出等的高效手段。PDA是最近迅速崛起的新興電子消費(fèi)性產(chǎn)品，即智能電腦工具，是供人們溝通、連接和互動的移動數(shù)字設(shè)備，集計算、電話、傳真和網(wǎng)絡(luò)等多種功能于一身，并且，這些功能都能通過無線方式實現(xiàn)。
移動計算是國際上最近幾年發(fā)展起來的新科技，但已獲得了長足的發(fā)展，在硬件方面有手執(zhí)鼠標(biāo)、語音輸入設(shè)備等。使用移動計算技術(shù)，特別是移動GIS，能夠遠(yuǎn)距離傳輸圖形等數(shù)據(jù)，工作人員能夠在偏遠(yuǎn)的山區(qū)通過移動設(shè)備將獲得的最新測量結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)中心，也可以獲取數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。在國外，在Mobile GIS技術(shù)的前沿，分別有：AutoDesk公司提供了AutoDesk OnSite的“移動訪問”模塊；ESRI提供了ArcGis 軟件產(chǎn)品ArcPad； InterGraph提供了自己的移動解決方案IntellWhere。
國內(nèi)PDA產(chǎn)品相對來說還處于起步階段，一是由于國內(nèi)硬件技術(shù)不成熟，另一方面是國內(nèi)嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)剛興起不久。但也有一些比較好的產(chǎn)品問世，比如：北京靈圖軟件公司推出的在移動信息設(shè)備上提供地理信息以及位置信息服務(wù)的Smart InHand產(chǎn)品；北京慧圖公司提供的一種可運(yùn)行于掌上電腦、進(jìn)行移動制圖和GIS應(yīng)用的野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(TopMap CEGenius)；臺灣“英瑞得信息”公司設(shè)計出支持GPS全球定位系統(tǒng)專用軟件“WalkMap地圖隨身走”等等。這些產(chǎn)品都具備一些共有的基本功能，如圖形顯示、資料查詢、GPS定位與導(dǎo)航、距離量算、用戶標(biāo)注、路徑選擇、語音提示、人性化界面等。
嵌入式地理信息系統(tǒng)的一些基本概念
嵌入式系統(tǒng)的含義在于結(jié)合微處理器或微控制器的系統(tǒng)電路與其專屬的軟件，來達(dá)到系統(tǒng)操作效率的最高化。它是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，是硬件與軟件的綜合體。這一點(diǎn)就決定了它必定是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。有關(guān)的基本概念如下：
嵌入式設(shè)備，是指將一獨(dú)立功能設(shè)備A在保持其原有功能的前提下，以某種通信協(xié)議為基礎(chǔ)連接到另一臺獨(dú)立功能設(shè)備B上，從而使B兼有A的功能。嵌入式設(shè)備通過WAP 協(xié)議、藍(lán)牙技術(shù)和無線家用協(xié)議，可以使訪問者能處于移動之中。
嵌入式操作系統(tǒng)是一種實時的、支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件。比較常用的有Windows CE、Linux、Palm OS、EPOC等。
無線通信技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)是移動用戶和有線網(wǎng)絡(luò)之間最有效的橋梁，也是移動通信的最有效載體。目前，有以下幾種類型的無線網(wǎng)絡(luò)：廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò)(wide area cellular networks)、高速無線局域網(wǎng)絡(luò)(High Bandwidth LocalArea Wireless Technologies)、無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。
信息家電，是將計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)融入傳統(tǒng)的家用電器之中，使之智能并具備網(wǎng)絡(luò)信息終端的功能，可以主動發(fā)布、獲取和處理信息。信息家電的產(chǎn)品大致可分為個人型/移動型產(chǎn)品、家庭式/娛樂式/視聽式及企業(yè)型/網(wǎng)絡(luò)型三大類。目前已推出的IA產(chǎn)品有：網(wǎng)絡(luò)電視、智能移動電話、智能掌上裝置、網(wǎng)絡(luò)可視電話等等。
地理信息系統(tǒng)，可以簡單定義為采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。它由3個部分組成：計算機(jī)系統(tǒng)(硬件與軟件)、地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用人員與組織機(jī)構(gòu)。
嵌入式地理信息系統(tǒng)，是集成GIS功能的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，是系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)層次上的應(yīng)用，是一個軟硬件混合的系統(tǒng)，它是導(dǎo)航、定位、地圖查詢和空間數(shù)據(jù)檢索的一種理想解決方案。
個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計
系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計
個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)包括移動端軟件“移動地圖瀏覽器”和桌面端軟件“移動地圖集成工具”。兩端以數(shù)據(jù)為紐帶，相互支持，溝通了用戶與制圖者之間的信息。邏輯設(shè)計如圖1所示。
圖1 個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)邏輯設(shè)計圖
系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計
該系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。
圖2 個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)功能模塊
信息查詢設(shè)計
信息查詢針對專題層而言，專題層是疊加在背景地圖上，由點(diǎn)、線、面等空間目標(biāo)組成的可檢索圖層，層內(nèi)空間目標(biāo)通過關(guān)鍵字與屬性信息相關(guān)聯(lián)。屬性信息利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理。
信息查詢設(shè)計的思路是“一幅地圖對應(yīng)一個數(shù)據(jù)庫，一個專題層對應(yīng)一張數(shù)據(jù)表，一個空間目標(biāo)對應(yīng)一條屬性記錄，一個字段對應(yīng)空間目標(biāo)的一個索引或媒體索引”，如圖3所示。
圖3 信息查詢設(shè)計圖
系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)文件管理層次
因為對數(shù)據(jù)庫的一切操作都要落實到對文件的存取，因此文件組織是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。文件是由記錄組成的，結(jié)構(gòu)組織的復(fù)雜程度取決于文件的使用方式。
索引的建立
檢索的一種方法是順序索引，找到需要的數(shù)據(jù)就取出來，這種方法不需要占用額外的空間，編程簡單，但速度較慢；另一種方法是建立空間索引結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行索引，這種方法速度快，但占用額外的空間。
系統(tǒng)應(yīng)用模式
根據(jù)不同成本及條件，提供兩種應(yīng)用模式：
(1) 初級階段———地圖信息卡(Map Flash Card) 。
“地圖信息卡”模式是在用戶對空間信息普遍需求而網(wǎng)絡(luò)寬帶相對滯后的條件下，利用信息卡的廉價、方便、有效的特點(diǎn)，使地圖信息成為大眾生活的一部分。信息卡可設(shè)計成與手機(jī)、PDA相兼容的形式。
(2) 高級階段———客戶/服務(wù)器模式(Client/Server Mobile Map) 。
“客戶/服務(wù)器”模式是在數(shù)字移動產(chǎn)品(如智能手機(jī)、PDA、掌上電腦等) 廣泛普及且能日益增強(qiáng)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸條件日益成熟的條件下，利用網(wǎng)絡(luò)的虛擬空間實現(xiàn)移動用戶、空間信息、無線網(wǎng)絡(luò)無縫集成，最終使移動用戶可以在任何時間、地點(diǎn)、通過任何媒體得到任何內(nèi)容的信息。
關(guān)鍵詞：嵌入式地理信息系統(tǒng)；嵌入式地圖；移動地理信息系統(tǒng)；移動地圖；移動計算；個人輔助導(dǎo)航系統(tǒng)
引 言
信息技術(shù)的重點(diǎn)正由技術(shù)轉(zhuǎn)向信息，即轉(zhuǎn)向?qū)π畔⒌奶幚?、集成、有效利用和快速獲取。地理信息系統(tǒng)是實現(xiàn)地理信息獲取、管理、可視化、分析、輸出等的高效手段。PDA是最近迅速崛起的新興電子消費(fèi)性產(chǎn)品，即智能電腦工具，是供人們溝通、連接和互動的移動數(shù)字設(shè)備，集計算、電話、傳真和網(wǎng)絡(luò)等多種功能于一身，并且，這些功能都能通過無線方式實現(xiàn)。
移動計算是國際上最近幾年發(fā)展起來的新科技，但已獲得了長足的發(fā)展，在硬件方面有手執(zhí)鼠標(biāo)、語音輸入設(shè)備等。使用移動計算技術(shù)，特別是移動GIS，能夠遠(yuǎn)距離傳輸圖形等數(shù)據(jù)，工作人員能夠在偏遠(yuǎn)的山區(qū)通過移動設(shè)備將獲得的最新測量結(jié)果傳送給數(shù)據(jù)中心，也可以獲取數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。在國外，在Mobile GIS技術(shù)的前沿，分別有：AutoDesk公司提供了AutoDesk OnSite的“移動訪問”模塊；ESRI提供了ArcGis 軟件產(chǎn)品ArcPad； InterGraph提供了自己的移動解決方案IntellWhere。
國內(nèi)PDA產(chǎn)品相對來說還處于起步階段，一是由于國內(nèi)硬件技術(shù)不成熟，另一方面是國內(nèi)嵌入式軟件開發(fā)技術(shù)剛興起不久。但也有一些比較好的產(chǎn)品問世，比如：北京靈圖軟件公司推出的在移動信息設(shè)備上提供地理信息以及位置信息服務(wù)的Smart InHand產(chǎn)品；北京慧圖公司提供的一種可運(yùn)行于掌上電腦、進(jìn)行移動制圖和GIS應(yīng)用的野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(TopMap CEGenius)；臺灣“英瑞得信息”公司設(shè)計出支持GPS全球定位系統(tǒng)專用軟件“WalkMap地圖隨身走”等等。這些產(chǎn)品都具備一些共有的基本功能，如圖形顯示、資料查詢、GPS定位與導(dǎo)航、距離量算、用戶標(biāo)注、路徑選擇、語音提示、人性化界面等。
嵌入式地理信息系統(tǒng)的一些基本概念
嵌入式系統(tǒng)的含義在于結(jié)合微處理器或微控制器的系統(tǒng)電路與其專屬的軟件，來達(dá)到系統(tǒng)操作效率的最高化。它是將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，是硬件與軟件的綜合體。這一點(diǎn)就決定了它必定是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。有關(guān)的基本概念如下：
嵌入式設(shè)備，是指將一獨(dú)立功能設(shè)備A在保持其原有功能的前提下，以某種通信協(xié)議為基礎(chǔ)連接到另一臺獨(dú)立功能設(shè)備B上，從而使B兼有A的功能。嵌入式設(shè)備通過WAP 協(xié)議、藍(lán)牙技術(shù)和無線家用協(xié)議，可以使訪問者能處于移動之中。
嵌入式操作系統(tǒng)是一種實時的、支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件。比較常用的有Windows CE、Linux、Palm OS、EPOC等。
無線通信技術(shù)，無線網(wǎng)絡(luò)是移動用戶和有線網(wǎng)絡(luò)之間最有效的橋梁，也是移動通信的最有效載體。目前，有以下幾種類型的無線網(wǎng)絡(luò)：廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò)(wide area cellular networks)、高速無線局域網(wǎng)絡(luò)(High Bandwidth LocalArea Wireless Technologies)、無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。
信息家電，是將計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)融入傳統(tǒng)的家用電器之中，使之智能并具備網(wǎng)絡(luò)信息終端的功能，可以主動發(fā)布、獲取和處理信息。信息家電的產(chǎn)品大致可分為個人型/移動型產(chǎn)品、家庭式/娛樂式/視聽式及企業(yè)型/網(wǎng)絡(luò)型三大類。目前已推出的IA產(chǎn)品有：網(wǎng)絡(luò)電視、智能移動電話、智能掌上裝置、網(wǎng)絡(luò)可視電話等等。
地理信息系統(tǒng)，可以簡單定義為采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)。它由3個部分組成：計算機(jī)系統(tǒng)(硬件與軟件)、地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用人員與組織機(jī)構(gòu)。
嵌入式地理信息系統(tǒng)，是集成GIS功能的嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品，是系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)層次上的應(yīng)用，是一個軟硬件混合的系統(tǒng)，它是導(dǎo)航、定位、地圖查詢和空間數(shù)據(jù)檢索的一種理想解決方案。
個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計
系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計
個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)包括移動端軟件“移動地圖瀏覽器”和桌面端軟件“移動地圖集成工具”。兩端以數(shù)據(jù)為紐帶，相互支持，溝通了用戶與制圖者之間的信息。邏輯設(shè)計如圖1所示。
圖1 個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)邏輯設(shè)計圖
系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計
該系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。
圖2 個人移動導(dǎo)航系統(tǒng)功能模塊
信息查詢設(shè)計
信息查詢針對專題層而言，專題層是疊加在背景地圖上，由點(diǎn)、線、面等空間目標(biāo)組成的可檢索圖層，層內(nèi)空間目標(biāo)通過關(guān)鍵字與屬性信息相關(guān)聯(lián)。屬性信息利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理。
信息查詢設(shè)計的思路是“一幅地圖對應(yīng)一個數(shù)據(jù)庫，一個專題層對應(yīng)一張數(shù)據(jù)表，一個空間目標(biāo)對應(yīng)一條屬性記錄，一個字段對應(yīng)空間目標(biāo)的一個索引或媒體索引”，如圖3所示。
圖3 信息查詢設(shè)計圖
系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)文件管理層次
因為對數(shù)據(jù)庫的一切操作都要落實到對文件的存取，因此文件組織是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)。文件是由記錄組成的，結(jié)構(gòu)組織的復(fù)雜程度取決于文件的使用方式。
索引的建立
檢索的一種方法是順序索引，找到需要的數(shù)據(jù)就取出來，這種方法不需要占用額外的空間，編程簡單，但速度較慢；另一種方法是建立空間索引結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行索引，這種方法速度快，但占用額外的空間。
系統(tǒng)應(yīng)用模式
根據(jù)不同成本及條件，提供兩種應(yīng)用模式：
(1) 初級階段———地圖信息卡(Map Flash Card) 。
“地圖信息卡”模式是在用戶對空間信息普遍需求而網(wǎng)絡(luò)寬帶相對滯后的條件下，利用信息卡的廉價、方便、有效的特點(diǎn)，使地圖信息成為大眾生活的一部分。信息卡可設(shè)計成與手機(jī)、PDA相兼容的形式。
(2) 高級階段———客戶/服務(wù)器模式(Client/Server Mobile Map) 。
“客戶/服務(wù)器”模式是在數(shù)字移動產(chǎn)品(如智能手機(jī)、PDA、掌上電腦等) 廣泛普及且能日益增強(qiáng)、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸條件日益成熟的條件下，利用網(wǎng)絡(luò)的虛擬空間實現(xiàn)移動用戶、空間信息、無線網(wǎng)絡(luò)無縫集成，最終使移動用戶可以在任何時間、地點(diǎn)、通過任何媒體得到任何內(nèi)容的信息。
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