基于开源框架的MobileGIS设计及实现

龚玉利，冷文浩，冯 鑫

(1.江南大学物联网工程学院，江苏无锡214122;2.中国船舶科学研究中心，江苏 无锡214082)

0 引 言

随着地理信息系统(GIS)技术的发展，目前国内外市政、规划、国土资源、环保等行业都普遍引入了GIS技术作为信息化平台的支撑［1］。由于GIS一般涉及到海量的地理信息数据，因此对计算机设备要求比较高，所使用的软件和硬件设备不能方便地移动作业。然而，在实际应用中，很多行业都需要到野外现场作业［2］。比如，对市政管道的例行检查，对道路磨损状况的勘察等等，这些都要求GIS能够便于携带，能够缓存现场结果或通过无线网络技术实时与市政数据库进行数据同步等［3］。此外，这种巡检往往是有多人同时进行，需要能够保证多人之间的协同作业［4］。因此对于市政、规划、国土资源、环保等行业以及工厂企业的用户，都管理着海量的数据资源，他们需要有一种可方便携带，具有较高移动性的轻量级地理信息系统提供野外作业支持。

1 系统设计

1.1 系统架构

基于GML和WebServices的移动巡检地理信息系统，是常规地理信息系统的一个扩展系统，如图1所示，它包括服务端和终端两部分。常规地理信息系统通过调用移动巡检地理信息系统服务端提供的接口WebServices，为移动巡检地理信息系统提供地理信息数据和历时巡检业务数据，获取移动巡检地理信息系统新增或修改的巡检业务数据。移动巡检地理信息系统服务端部署在服务器上，通过Internet与常规地理信息系统通信;服务端还提供管理移动巡检地理信息系统终端的用户、巡检工程项目等信息的管理功能。移动巡检地理信息系统终端部署在移动设备上，通过无线网络或Internet与移动巡检地理信息系统服务端通信。作为地理信息系统，终端可以在巡检地理对象发生变化时，修改地理对象的空间数据。此外，其特征功能是可以通过调用移动巡检地理信息系统服务端WebServices，下载巡检工程项目相关的地理信息数据和巡检业务数据，并提交新增和修改的巡检业务数据。终端与GPS结合完成地理对象精确定位，与图像采集设备结合完成巡检结果图像采集。

图1 系统框架图

1.2 导航检测算法

为了更好的检测巡检人员的巡检效果，在GPS定位中，需要将巡检人员巡检的轨迹点跟地图上的道路进行匹配［5］，根据相互匹配的结果来衡量巡检的效果［6］，将导航算法应用到轨迹点的匹配［7］，该导航检测算法具体如下:

(1)轨迹点投影到道路检测算法

定义1 轨迹点为L经过过滤以后，只有P1，P2符合过滤条件，从L分别向P1P2、P2P3作垂直线。道路延长线上坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)分别为 P1，P2的坐标，L 的坐标为(X0，Y0)，如图 2 所示。

步骤1 由定义中的点的坐标根据点到直线的距离，可以得如下:

步骤2 由式1－3可以求得直线的斜率k和截距b，则点L到直线P1P2的距离表示为:

步骤3 轨迹点与道路匹配的点M(Xm，Ym)为:

步骤4 若垂足在道路的延长线上，L⊥P1P2，同时L⊥P3P2的延长线，如图3所示。

由点到直线的距离理论，L必投影到P2P3上，但是这与实际不符，因而对于垂足在延长线上时，取点到线段的两个端点中距离小的那个值作为点到线段的距离:

步骤5 在算法的设计中，通过判断构成的三角形是否为钝角三角形来确定投影点是否在道路延长线上。如图4所示，判断构成的三角形为钝角如下:

图2 投影点在道路上

图3 投影点在道路延长线上

在图3中，取LPB为轨迹点L到道路段P2P3的距离，比较LPA和LP2的长度，取min(LPA，LP2)为点到线段的距离。从图3中看出，轨迹点应该投影到P1P2上。

(2)轨迹点匹配和算法执行

轨迹点的匹配检测，投影进行前，先将重复点和原路返回的点删除。然后将所有的轨迹点投影到道路段上，根据这些投影点从巡检开始到最后巡检完毕的的道路段都可以进行匹配。对已经匹配的道路段求其长度和，即可以求得当前巡检的总长度，进而可以得到巡检道路的巡检执行情况。

图4 判断投影点是否在延长线上

2 移动巡检系统的实现

本系统在实际应用部署时，包含常规地理信息系统、移动地理信息系统两大模块。其中，移动巡检地理信息系统可看做是常规地理信息系统的一个移动扩展，它是一个主要满足野外现场作业中的巡检功能的移动地理信息系统。移动巡检地理信息系统包含服务端和终端。三者之间不仅可以通过Internet互联网实现通信，而且部署在移动设备上的终端系统还可以通过设备的无线网络与服务器端通信。同时，考虑到野外作业的实际情况，在无网络信号的条件下，终端可缓存现场巡检结果，直到网络信号恢复后，按需提交到服务端。

在常规地理信息系统端、移动巡检地理信息系统服务端和移动巡检地理信息系统终端，有不同形式数据库系统提供数据支持。常规地理信息系统端一般保存着海量的地理信息数据，如一个城市甚至一个国家的市政道路，管网等数据，因此一般部署ORACLE等大型数据库支持。移动巡检地理信息系统服务端一般仅保存一个或多个巡检项目的地理信息数据，因此可以部署中小型数据库支持。而移动巡检地理信息系统终端，一般仅保存该巡检员所负责小区域内的地理信息数据，因此可采用地理标志语言(GML)文件来系统保存数据。MobileGIS实现操作中的一般流程为:

(1)在移动巡检地理信息系统服务端，通过系统提供的管理功能，则可以管理移动巡检客户信息、项目信息、巡检员信息、巡检员任务分配等;

(2)数据导入到移动巡检地理信息系统服务端后，巡检人员可以登录部署在移动设备商的移动巡检地理信息系统终端;

(3)巡检人员在出发去野外执行巡检任务前，首先通过与服务端联网，指定巡检区域，下载此区域内道路信息和与之相关的巡检业务数据;

(4)在终端界面进行操作，选择地图上某一对象，可对移动巡检地理信息系统终端进行巡检数据录入，如图5所示为一市政道路的巡检，基于导航检测算法的图形中可以看出轨迹点与实际的道路基本重合，进而可以规划出某次巡检的路径和巡检路程。

3 结束语

本文扩展了地理信息系统在移动设备上的应用，对于市政、规划、国土资源、环保等行业基于移动设备的野外作业提供了很好的支持，常规地理新系统通过调用移动巡检地理信息系统服务端提供的接口，为移动巡检地理信息系统提供地理信息数据和历时巡检业务数据。

图5 基于导航检测算法的道路巡检

本系统框架的一个特色是，常规地理信息系统端核心数据库只有常规地理信息系统才能访问。移动地理信息系统服务端只是移动地理信息系统和核心地理信息系统数据传输的桥梁，它仅提供一系列的数据交换WebServices接口，所有数据交换过程均由常规地理信息系统主导完成，从而保证核心数据库的数据安全，可以方便快捷地将道路、管道、绿化等设施的现场巡检结果保存上报，并支持多客户端协同作业，具有非常实用的推广意义。

［1］ 丁聪颖.基于J2EE MVC的webGIS及其空间数据索引的研究［D］.上海:上海交通大学，2007:9－13.

［2］ 罗英伟.基于GML的WebGIS应用研究［J］.计算机工程2002，(7):7－8.

［3］ 赵君，张明.WebGIS实现技术分析及互操作模型［J］.计算机应用研究，2003，(2):4－12.

［4］ 刘晖.基于GPRS和WAP 2.0的手机 Mobile WebServer的实现［J］.通信技术，2008，(10):91－93.

［5］ 严寒冰，刘迎春.基于GIS的城市道路网最短路径算法探讨［J］.计算机学报，2000，23(2):210－213.

［6］ 李茂桂.基于GPS和GIS的智能巡检系统研究与实现［D］.长沙:中南大学，2010:43.

［7］ 洪华军.基于开源框架的GIS设计与实现［D］.无锡:江南大学，2011:50－52.