基于PDA的個人移動導航系統(tǒng)的設計
[導讀]基于PDA的個人移動導航系統(tǒng)的設計
摘 要：簡略分析了嵌入式地理信息系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、技術背景、特點及應用，提出了基于PDA的個人移動導航系統(tǒng)的邏輯設計框架、實現(xiàn)原理及應用模式。
關鍵詞：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；個人輔助導航系統(tǒng)
引 言
信息技術的重點正由技術轉(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)字設備，集計算、電話、傳真和網(wǎng)絡等多種功能于一身，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、語音輸入設備等。使用移動計算技術，特別是移動GIS，能夠遠距離傳輸圖形等數(shù)據(jù)，工作人員能夠在偏遠的山區(qū)通過移動設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)硬件技術不成熟，另一方面是國內(nèi)嵌入式軟件開發(fā)技術剛興起不久。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備上提供地理信息以及位置信息服務的Smart InHand產(chǎn)品；北京慧圖公司提供的一種可運行于掌上電腦、進行移動制圖和GIS應用的野外地質(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定位與導航、距離量算、用戶標注、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，來達到系統(tǒng)操作效率的最高化。它是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物，是硬件與軟件的綜合體。這一點就決定了它必定是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。有關的基本概念如下：
嵌入式設備，是指將一獨立功能設備A在保持其原有功能的前提下，以某種通信協(xié)議為基礎連接到另一臺獨立功能設備B上，從而使B兼有A的功能。嵌入式設備通過WAP 協(xié)議、藍牙技術和無線家用協(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，無線網(wǎng)絡是移動用戶和有線網(wǎng)絡之間最有效的橋梁，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：廣域蜂窩網(wǎng)絡(wide area cellular networks)、高速無線局域網(wǎng)絡(High Bandwidth LocalArea Wireless Technologies)、無線個人區(qū)域網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡。
信息家電，是將計算機數(shù)字化技術、現(xiàn)代通信技術融入傳統(tǒng)的家用電器之中，使之智能并具備網(wǎng)絡信息終端的功能，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)絡型三大類。目前已推出的IA產(chǎn)品有：網(wǎng)絡電視、智能移動電話、智能掌上裝置、網(wǎng)絡可視電話等等。
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：計算機系統(tǒng)(硬件與軟件)、地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應用人員與組織機構。
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)設計與開發(fā)層次上的應用，是一個軟硬件混合的系統(tǒng)，它是導航、定位、地圖查詢和空間數(shù)據(jù)檢索的一種理想解決方案。
個人移動導航系統(tǒng)的設計
系統(tǒng)邏輯結(jié)構設計
個人移動導航系統(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。邏輯設計如圖1所示。
圖1 個人移動導航系統(tǒng)邏輯設計圖
系統(tǒng)功能模塊的設計
該系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。
圖2 個人移動導航系統(tǒng)功能模塊
信息查詢設計
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、線、面等空間目標組成的可檢索圖層，層內(nèi)空間目標通過關鍵字與屬性信息相關聯(lián)。屬性信息利用關系數(shù)據(jù)庫管理。
信息查詢設計的思路是“一幅地圖對應一個數(shù)據(jù)庫，一個專題層對應一張數(shù)據(jù)表，一個空間目標對應一條屬性記錄，一個字段對應空間目標的一個索引或媒體索引”，如圖3所示。
圖3 信息查詢設計圖
系統(tǒng)物理結(jié)構設計
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。文件是由記錄組成的，結(jié)構組織的復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，在該結(jié)構基礎上進行索引，這種方法速度快，但占用額外的空間。
系統(tǒng)應用模式
根據(jù)不同成本及條件，提供兩種應用模式：
(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，使地圖信息成為大眾生活的一部分。信息卡可設計成與手機、PDA相兼容的形式。
(2) 高級階段———客戶/服務器模式(Client/Server Mobile Map) 。
“客戶/服務器”模式是在數(shù)字移動產(chǎn)品(如智能手機、PDA、掌上電腦等) 廣泛普及且能日益增強、無線網(wǎng)絡傳輸條件日益成熟的條件下，利用網(wǎng)絡的虛擬空間實現(xiàn)移動用戶、空間信息、無線網(wǎng)絡無縫集成，最終使移動用戶可以在任何時間、地點、通過任何媒體得到任何內(nèi)容的信息。
關鍵詞：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；個人輔助導航系統(tǒng)
引 言
信息技術的重點正由技術轉(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)字設備，集計算、電話、傳真和網(wǎng)絡等多種功能于一身，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、語音輸入設備等。使用移動計算技術，特別是移動GIS，能夠遠距離傳輸圖形等數(shù)據(jù)，工作人員能夠在偏遠的山區(qū)通過移動設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)硬件技術不成熟，另一方面是國內(nèi)嵌入式軟件開發(fā)技術剛興起不久。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備上提供地理信息以及位置信息服務的Smart InHand產(chǎn)品；北京慧圖公司提供的一種可運行于掌上電腦、進行移動制圖和GIS應用的野外地質(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定位與導航、距離量算、用戶標注、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，來達到系統(tǒng)操作效率的最高化。它是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物，是硬件與軟件的綜合體。這一點就決定了它必定是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。有關的基本概念如下：
嵌入式設備，是指將一獨立功能設備A在保持其原有功能的前提下，以某種通信協(xié)議為基礎連接到另一臺獨立功能設備B上，從而使B兼有A的功能。嵌入式設備通過WAP 協(xié)議、藍牙技術和無線家用協(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，無線網(wǎng)絡是移動用戶和有線網(wǎng)絡之間最有效的橋梁，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：廣域蜂窩網(wǎng)絡(wide area cellular networks)、高速無線局域網(wǎng)絡(High Bandwidth LocalArea Wireless Technologies)、無線個人區(qū)域網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡。
信息家電，是將計算機數(shù)字化技術、現(xiàn)代通信技術融入傳統(tǒng)的家用電器之中，使之智能并具備網(wǎng)絡信息終端的功能，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)絡型三大類。目前已推出的IA產(chǎn)品有：網(wǎng)絡電視、智能移動電話、智能掌上裝置、網(wǎng)絡可視電話等等。
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：計算機系統(tǒng)(硬件與軟件)、地理數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應用人員與組織機構。
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)設計與開發(fā)層次上的應用，是一個軟硬件混合的系統(tǒng)，它是導航、定位、地圖查詢和空間數(shù)據(jù)檢索的一種理想解決方案。
個人移動導航系統(tǒng)的設計
系統(tǒng)邏輯結(jié)構設計
個人移動導航系統(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。邏輯設計如圖1所示。
圖1 個人移動導航系統(tǒng)邏輯設計圖
系統(tǒng)功能模塊的設計
該系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。
圖2 個人移動導航系統(tǒng)功能模塊
信息查詢設計
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、線、面等空間目標組成的可檢索圖層，層內(nèi)空間目標通過關鍵字與屬性信息相關聯(lián)。屬性信息利用關系數(shù)據(jù)庫管理。
信息查詢設計的思路是“一幅地圖對應一個數(shù)據(jù)庫，一個專題層對應一張數(shù)據(jù)表，一個空間目標對應一條屬性記錄，一個字段對應空間目標的一個索引或媒體索引”，如圖3所示。
圖3 信息查詢設計圖
系統(tǒng)物理結(jié)構設計
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。文件是由記錄組成的，結(jié)構組織的復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，在該結(jié)構基礎上進行索引，這種方法速度快，但占用額外的空間。
系統(tǒng)應用模式
根據(jù)不同成本及條件，提供兩種應用模式：
(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，使地圖信息成為大眾生活的一部分。信息卡可設計成與手機、PDA相兼容的形式。
(2) 高級階段———客戶/服務器模式(Client/Server Mobile Map) 。
“客戶/服務器”模式是在數(shù)字移動產(chǎn)品(如智能手機、PDA、掌上電腦等) 廣泛普及且能日益增強、無線網(wǎng)絡傳輸條件日益成熟的條件下，利用網(wǎng)絡的虛擬空間實現(xiàn)移動用戶、空間信息、無線網(wǎng)絡無縫集成，最終使移動用戶可以在任何時間、地點、通過任何媒體得到任何內(nèi)容的信息。
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