移动GIS的元素采集分析系统的设计

刘飒，徐战亚，邵柏韬，辛后林

（1.中国地质大学（武汉）信息工程学院，武汉 430074；2.武汉中地数码科技有限公司 ）

引 言

目前国内移动GIS的发展非常迅速，涵盖了位置服务、无线服务、定位导航等众多领域[1－2]。本文利用移动GIS技术，基于尼通手持式元素分析仪（以下简称“尼通元素分析仪”）设计并实现了矿物元素的实时实地快速分析，进而实现了移动GIS在野外勘探行业的深入应用，取得了良好的应用效果。

1 移动GIS系统

1.1 移动GIS系统组成

如图1所示，移动GIS系统基于智能移动终端，集成了先进的移动计算技术、地图数据管理技术、GPS定位技术、移动互联技术[3－5]，大大拓展了GIS系统的应用领域，有效地提高了GIS信息采集和数据处理的方便性和实时性。在野外勘探领域，利用移动GIS技术，可以有效地实现野外工作者和GIS中心部门之间的数据传输[6]。

1.1.1 移动计算技术

移动计算是资源及时共享的基础。移动计算技术使得智能终端设备在无线环境下实现数据传输及资源共享[7－8]。将移动计算技术应用到空间信息服务中，将实现不受任何时间和空间局限的互动，为基于空间的作业系统提供全新的作业模式。

图1 移动GIS系统结构

1.1.2 地图数据管理技术

移动GIS把一个优化的GIS数据库引擎嵌入到小型移动设备上，占用内存非常小，因此，如何对地图数据进行有效管理，使之具有很强的显示表达能力和高性能访问功能至关重要[9]。在移动终端设备上对地图数据的管理，既包括对矢量数据、遥感影像数据的管理，又包括对用户数据的管理。

1.1.3 GPS定位技术

GPS的定位信息可通过GIS在移动终端上实时准确地反映出来。移动终端接收到GPS信息[10]，通过其本身或网络服务中心进行处理，实现地图实时定位和地理位置的可视化显示。

1.1.4 移动互联技术[11]

借助于两种无线接入方式——蓝牙和GPRS[12]，完成移动终端与服务器交换数据的过程。通过无线可以从服务器实时获取地图数据和专业数据，也可以向服务器实时传递当前移动终端的坐标数据或者采集的空间信息。这样，移动终端、无线网络、数据中心三者密切协作起来，实现数据采集人员与中心管理部门之间的通信。

1.2 移动GIS的应用集成方法

移动GIS是GIS从静态走向动态环境的重大发展，它的应用往往与具体的服务或需求紧密结合，在数据的管理和地图的操作上也非常灵活。常见的集成方式是将嵌入式GIS、遥感、GPS定位系统和无线通信集成起来，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[13]。例如，在野外数据采集中，配合电子地图、遥感影像和定位模块，移动智能终端将能更好地完成各种数据的采集分析业务。

2 尼通元素分析仪

尼通元素分析仪附有移动互联功能，能够与GPS共同在野外使用，实现实时实地的准确分析。在野外应用中，它每天可分析700个样品，并可同时分析Ni、Cu、Ti、Cr、BP、Zn等37种元素。尼通元素分析仪及其分析界面如图2所示。在勘探找矿领域中，可以利用它直接测试矿石、土壤等样品，能够在短时间内对合金或者地质矿物进行快速准确的元素分析，确定物质的基本成分，大大缩短了找矿周期，能够满足地矿行业的需求。

图2 尼通元素分析仪及其分析界面

3 系统与功能设计

3.1 系统架构设计

本系统共分为三个层次：尼通元素分析仪、嵌入式GIS设备和数据中心服务器。系统架构设计如图3所示。

图3 系统架构设计

尼通元素分析仪是本系统的主要业务数据来源，经它分析后得到的数据为元素的名称及其所占的百分比含量；嵌入式GIS设备主要负责与尼通元素分析仪和数据中心服务器进行数据通信，同时还实现元素数据的解析与管理、GPS定位以及数据的综合显示等功能；数据中心服务器负责将嵌入式GIS设备转接过来的物质成分分析结果存储，同时分析并响应各应用部门对数据处理的请求，为实际应用或快速决策提供支持。

3.2 嵌入式GIS软件设计

嵌入式GIS软件在整个框架中扮演如下角色：一是通过蓝牙和尼通元素分析仪之间进行数据交互；二是通过GPRS网络将当前GPS位置信息和元素分析结果数据发送至数据中心服务器。嵌入式GIS软件框架如图4所示。

图4 嵌入式GIS软件框架

3.3 数据中心服务器设计

数据中心服务器主要负责后台数据的管理、终端监控和数据分析应用。其所管理的数据，主要包括基础地形图数据、嵌入式设备提交的GPS轨迹数据以及嵌入式GIS设备端的物质元素分析结果数据。这些数据既可以以文件的形式放在本地，也可以通过MapGIS K9提供的数据库接口，将数据上载至商业数据库中。此外，数据中心服务器还承担着对物质元素分析结果数据的再处理，并将再处理的结果以柱状图、饼图、报表等多种形式予以呈现。

3.4 系统主要功能

如图5所示，系统提供以下主要服务功能。

地图服务：地图的平移、缩放，图层状态的设置，地图图层的编辑，如添加点、线或区要素。

GPS定位：GPS设备的打开、关闭，GPS星云图浏览，GPS快速定位，轨迹记录及保存功能。

信息查询：包括图斑查询、辖区查询、组合查询等多种查询方法。

数据分析：包括柱状图、折线图、饼状图。

拍照功能：拍照记录当前采样区域的实景信息。

无线通信：嵌入式GIS设备通过无线网络与尼通元素分析仪和数据中心服务器进行通信。

图5 系统主要功能

4 系统关键技术设计

4.1 元素数据传输与管理

尼通元素分析仪可以直观地显示采集元素名称和元素成分百分比含量，但它和嵌入式GIS设备进行数据交互时，只能通过蓝牙接收一串连续的字符流，并不能直接得到此种格式的数据。因此，需要从传来的字符串中提取出元素名称和百分比含量，这样解析后的数据才方便在嵌入式GIS设备端进行进一步的分析与处理。

另外，整幅地图的GIS空间数据量往往非常大，可以设置一个状态开关（打开、关闭或编辑），仅仅调入所需的图层数据，这样在程序内存中就只存在当前需要研究的图层区域。在本系统中，点图层与采样区域表格一一对应，图层属性结构与表中字段一一对应，定位点的数据加上相应的属性数据即可形成嵌入式GIS软件可读取的点图层数据，真正实现了空间数据的显示、编辑功能。

4.2 蓝牙与GPRS技术

本系统使用蓝牙来实现尼通元素分析仪与嵌入式GIS设备之间的数据通信。首先是搜索蓝牙设备，发现设备后要进一步知道蓝牙设备的GUID号。蓝牙设备查找流程如图6所示。得到相关设备信息后，在采集数据时建立一个接收数据的线程，进一步得到数据信息。

将数据传回服务器的实现主要是利用手机的GPRS功能向服务器发送数据，主要用到的类库为Connection Manager系列API，集中管理基于 Windows Mobile系列的设备网络连接的建立与维护[14]。首先，利用ConnMgrApiReadyEvent（）函数来确认是否有可用连接，如果有的话则利用ConnMgrEnumDestinations（）函数枚举所有可用连接，之后遍历可用连接。发起连接需要调用同步或异步连接方法（ConnMgrEstablishConnectionsync（）与ConnMgrEstablishConnection（）），一旦连接成功就可以与服务器进行通信了。移动终端界面和数据中心界面的显示结果分别如图7和图8所示。

图6 蓝牙设备查找流程

图7 移动终端界面显示结果

图8 数据中心界面显示结果—折线图和饼状图

结 语

通过与GIS结合在智能移动终端上开发了矿产元素采集分析系统，实现了地图导航、数据采集、数据分析和移动数据传输等功能。该系统使物质元素分析变得简单而且科学，可以解决长期以来矿产企业在野外采集数据后再带回实验室导致的工作效率低下的问题，对提高矿产企业的生产效率和信息化水平具有重要意义。

[1] 王攀，移动GIS及其新应用[J].测绘与空间地理信息，2006，29（5）：131.

[2] Konstantinos P Demestichas，Evgenia F Adamopoulou，John G Markoulidakis.Towards Anonymous Mobile Community services[J].Journal of Network and Computer Applications，2009（32）：116－134.

[3] 许颖，魏峰远.移动GIS关键技术及开发模式探讨[J].测绘与空间地理信息，2008，31（4）：45－47.

[4] 李成名，王继周，刘勇.移动GIS的原理、方法与实践[J].武汉大学学报：信息科学版，2004，29（11）：990.

[5] 田根，张锦，童小华.基于移动的嵌入式 GIS[J].GIS技术，2004（1）：49－52.

[6] 江柳斌.基于移动GIS的林业数据采集系统的研究与实现[D].桂林：桂林理工大学，2009.

[7] 张德干.移动计算[M].北京：科学出版社，2009.

[8] 李德仁，李清泉，谢智颖，等.论空间信息与移动通信的集成应用[J].武汉大学学报：信息科学版，2002（2）：1－8.

[9] Aphrodite Tsalgatidou etc.Mobile E－Commerce and Location－Based Services：Technology and Requirements[C]／／Proc the 9th Scandinavian Research Conference on Geographical Information Science.Espoo，Finland，2003：1－14.

[10] 黄劲松，刘峻宁，刘成宝，等.GPS信号噪声比研究[J].武汉大学学报：信息科学版，2007，32（5）：427－430.

[11] Eric Gervais，Hongsheng Liu，Doron Nussbaum，et al.Intelligent map agents－An ubiquitous personalized GIS[J].ISPRS Journal of Photogrammetry ＆ Remote Sensing，2007（62）：347－365.

[12] 李华.现代移动通信新技术——GPRS系统[M].广州：华南理工大学出版社，2001.

[13] Meng Liqiu.Egocentric design of map－based mobile services[J].The Cartographic Journal，2005，41（1）：5－13.

[14] 龙明，王青山.基于 Windows Mobile的移动GIS研究[J].测绘科学技术学报，2007，24（6）：459.