面向智能移动设备的GIS服务

耿 晴，范 伟，孙续锦，刘 平

(1.湖北省测绘成果档案馆，湖北武汉 430071;2.洪湖市勘察测绘院,湖北洪湖 433200)

面向智能移动设备的GIS服务

耿 晴1，范 伟2，孙续锦1，刘 平1

(1.湖北省测绘成果档案馆，湖北武汉 430071;2.洪湖市勘察测绘院,湖北洪湖 433200)

随着嵌入式技术的发展，智能移动设备正成为无线接入的重要方式。通过智能移动设备来提供GIS服务是亟待解决的关键问题。分析了智能移动设备的特点，总结了其发展趋势；设计了面向智能移动设备的GIS服务体系，并对其结构进行了阐述。

智能移动设备；无线网络；地理信息系统

作为利用地理空间数据来提供各种服务的系统，GIS得到了越来越广泛的应用[1-4]。在对地理空间的相关数据进行采集、分析、整理和存储后，形成了地理空间信息的数据库；在该数据库的基础上，GIS能够提供动态和静态的地理空间数据服务[5]。利用 GIS能够进行资源与环境的调查与管理，应急系统的地理数据分析,数字城市的建设等多个方面的工作。在以往的工作中，通过传统的计算机网络，尤其是因特网，GIS为生产和生活提供了极大的助力。

网络是GIS应用的关键基础设施。随着网络技术的发展，无线网络正在成为网络中的热点。以3G为代表的第三代移动通信网络和WiFi等无线网络技术，正使得移动网络成为网络接入的主流[6]。因此，网络接入设备也随之发生了变化，从传统上的个人电脑等设备过渡到移动设备，尤其是智能移动设备。与传统的网络接入设备不同，移动智能设备在系统硬件性能、网络带宽等方面均有较大的限制；同时，移动智能设备的用户对于数据获取的速度具有更高的要求，即对数据实时性的要求更强。这就使传统的GIS服务面临着一个新的挑战，即如何为智能移动设备提供地理空间数据服务。要解决这一问题，需要融合GIS服务与移动计算，将GIS本身的服务能力与智能移动设备的特点结合在一起，形成适合于智能移动设备的GIS服务。

传统的GIS服务，其出发点是GIS本身；而面向智能移动设备的GIS服务则是在GIS基础上，要将智能移动设备带来的约束纳入到系统设计关键因素当中。因此，本文在分析智能移动设备的特点及其发展趋势的基础上，提出了面向智能移动设备的GIS服务体系，为移动互联网时代的GIS服务构建系统基础结构。

1 智能移动设备特点及其发展趋势

随着半导体技术的进步，嵌入式处理器的性能不断得到提升，正在从单核时代向双核/多核时代发展[7]，且功耗也在不断地得以优化。嵌入式系统的性能不断提升，功能不断丰富，使得它的应用更加广泛，尤其是在移动计算领域。移动设备正在从传统类型发展为智能移动设备，具备了更为强大的计算能力。智能移动设备的应用，为传统信息化提供了一个新的发展方向[8]。

1.1 智能移动设备的特点

智能移动设备是在传统移动设备的基础上发展而来的，典型的移动设备是手机。传统的手机一般具备了手机操作系统，但是功能较为简单，人机交互的友好度有限，受限于操作系统，往往不支持多任务的并行。这就使得手机等传统移动设备上的功能较为简单，且受到处理器计算能力的限制，对于较为复杂的计算任务缺少相应的处理能力。而智能移动设备得益于嵌入式技术的进步，有了新的发展，具备了新的特点。

首先，智能移动设备的硬件性能得到了极大的提高。嵌入式处理器性能的提高，大大增强了智能移动设备的计算能力，能够处理复杂的计算任务。片上系统SoC的出现，使得智能移动设备的硬件功能更为丰富，为软件提供了基本的支撑环境。其次，智能移动设备具备了嵌入式智能操作系统，如iOS、Android和WindowsPhone7等。这些操作系统功能更强大，具有更为适合的人机交互方式，并且对应用软件的管理实现了智能化，便于用户安装、使用和管理系统。再次，大量面向智能移动设备的应用软件的出现，以其丰富的软件功能，使用户更乐于使用智能移动设备。最后，由于网络的发展，3G和WiFi等无线接入方式能够提供较高带宽的数据服务，使系统的更新、软件的下载和数据的交换可以直接通过网络来进行。

同时，智能移动设备仍然有一定的资源限制。虽然智能移动设备的硬件条件在不断改善，但与传统的桌面电脑相比，其硬件设施仍然是相当有限的。智能移动设备是一种便携式设备，其设计的要求之一就是要具有较小的体积和较轻的重量，这也是所有嵌入式系统的基本要求。这就使得智能移动设备的计算任务处理能力受到了限制。更为重要的是，体积的限制使得智能移动设备的显示尺寸显得较为有限。

1.2 智能移动设备的发展趋势

移动设备智能化是移动设备发展的总趋势，这主要体现在智能移动设备上述4个特点的不断发展上。从硬件的角度看，智能移动设备的硬件性能将得到进一步的提高，其处理器将逐渐发展为以多核嵌入式处理器为主流，具备更为丰富的周边设备，具有更大的屏幕和多种的无线通信接口。智能移动设备的硬件将逐步接近于一般的桌面计算机。从软件的角度看，已有的智能操作系统均在进行不断地改进，操作系统将变得更为强大，以便于对硬件和软件的管理。同时，传统的桌面软件将逐步的向智能移动设备迁移，形成更为完善的智能移动设备软件环境。从网络环境看，下一代的无线网络技术正在快速地发展当中，国际上已经出现了少数的新一代无线宽带网络的实验网。新的无线网络技术将提供更高的带宽，接入速度更快，接入形式更为方便，这将使得智能移动设备之间以“云”的形式连接成为可能。由此可以看出，智能移动设备将成为主流的终端设备，而为智能移动设备提供 GIS服务，也已经成为当前研究的热点。

2 面向智能移动设备的GIS服务体系

智能移动设备是处于不断的移动当中，通过无线网络来进行通信的，这就意味着对于智能移动设备的用户来说，获取其地理位置信息和相关的地理空间数据是非常必要的。这就需要GIS的支持，与传统的GIS服务不同，智能移动设备本身具有一定的约束，因此，需要根据智能移动设备的特点来设计新的GIS服务体系。

2.1 智能移动设备对GIS服务的要求

面向智能移动设备的GIS服务需要将智能移动设备的计算能力考虑在内。由于GIS是对地理空间数据进行处理，虽然智能移动设备的计算能力能够支撑较为复杂的计算，但仍不能满足GIS的要求。如果在数据分析和数据生成等方面仍然采用面向桌面计算机的方法，会导致智能移动设备对地理空间数据的处理速度变慢，处理结果的生成具有较大的延迟。而智能移动设备对数据实时性的要求较高，因此，面向智能移动设备的GIS服务要尽可能地减少数据处理的复杂程度。

面向智能移动设备的GIS服务需要将智能移动设备的显示能力考虑在内。桌面计算机的显示设备往往具有较高的分辨率和较大的显示区域，因此在设计传统的GIS时，往往对显示的限制考虑较少。而通常智能移动设备的显示设备，如智能手机，尽管其显示区域已经得到了扩展，但是仍然非常有限，不足以与桌面计算机的显示区域相提并论。这就使得面向智能移动设备的GIS服务在进行处理结果的显示时，既要考虑到移动智能设备显示的区域，又要考虑到显示的分辨率。

面向智能移动设备的GIS服务需要将智能移动设备的网络传输能力考虑在内。传统因特网的网络传输速度较为稳定，能够提供足够的带宽来传输大量的地理空间数据。此外，接入网络的桌面计算机也处于固定的物理位置，不存在网络切换的问题。而无线网络环境尽管已经具备了相对较为完全的基础设施，但其网络特点决定了智能移动设备必然存在网络切换的问题；同时，由于无线网络的带宽仍然是有限的，比如3G的网络带宽仍远小于固网的带宽。因此，GIS服务需要考虑无线网络的带宽和稳定性约束。

面向智能移动设备的GIS服务需要将智能移动设备的能耗考虑在内。桌面计算机是通过稳定的电源进行供电，一般可以不考虑能耗问题。而智能移动设备往往是采用电池供电，电池能够提供的能量是有限的，存在待机时间的问题。而GIS服务需要大量的计算和数据的传输，对电能的消耗较大，传统的GIS服务往往不考虑这一问题。在进行面向智能移动设备的 GIS服务体系设计时，就需要将能耗约束纳入到设计约束条件当中。

2.2 面向智能移动设备的GIS服务体系设计

面向智能移动设备的GIS服务体系，其最大的特点之一就是由智能移动设备带来的移动性。在该移动GIS服务体系中，可以将空间定位技术与GIS进行结合。通过空间定位技术来获取智能移动设备的当前位置，然后根据当前位置由GIS进行地理空间数据的获取、分析和处理，并向用户提供最终的处理结果。智能移动设备无论是通过3G网络进行接入还是通过其他方式进行接入，都可以获得其位置信息，从而可以利用GIS来为其提供各项服务。

由于智能移动设备的移动性和资源的限制，GIS服务的提供不能采用集中处理的方式，同时也不能完全依赖于智能移动设备的处理能力。移动GIS服务体系中，地理空间数据将进行分布式的存储，对数据的处理也将采用分布式的处理方式。对于面向智能移动设备的GIS服务体系，其服务对象本身就具有移动、分布的特点，因此，GIS服务体系本身也需要进行相应的优化和改善。在该体系中，智能移动设备之间的计算能力共享是潜在的发展方向。

面向智能移动设备的GIS服务体系中关键技术的优化。移动GIS服务体系是为移动分布式的用户提供GIS服务。受限于智能移动设备的特点，传统GIS服务的关键技术不能完全适用于新的设备，需要进行关键技术的优化。首先是地理空间数据的传输技术优化。根据各种不同的无线网络环境，针对性地进行带宽优化，既充分考虑数据处理的需求，也充分考虑对带宽的合理利用。其次是地理空间数据的处理算法优化。在面向智能移动设备的GIS服务体系中，数据处理分成2个部分，一部分是位于智能移动设备端的数据处理；另一部分是位于服务器端的数据处理，然后数据处理结构进行合并，形成最终的处理结果。最后是地理空间数据的显示算法优化。其基本优化思想是进行图像分割和渐进化的显示，满足智能移动设备在显示区域和分辨率等方面的约束条件。除此之外，还需要进行更多的优化，来提高服务效率。

面向智能移动设备的GIS服务体系中应用领域的扩展。传统的GIS服务具有较强的专业性，往往是面向专业用户。而在面向智能移动设备的GIS服务体系中，GIS服务不单面向专业用户，还面向不同应用领域的各种用户。该GIS服务体系提供了一个基础的智能移动GIS服务支撑环境，可以面向不同的行业和用户进行GIS服务定制。

2.3 面向智能移动设备的GIS服务体系结构

根据面向智能移动设备的GIS服务体系的设计思路，其体系结构如下图1所示。该体系结构由4个部分构成，分别是智能移动设备、分布式地理信息服务系统、地理信息服务支撑平台和地理信息数据库。这4个部分通过无线移动网络连接在一起，共同构成一个完整体系。

智能移动设备是该体系结构中的终端接入设备，既包括了接入所使用的终端硬件设备，也包括了安装在移动智能设备中的GIS服务软件。用户通过移动智能设备进行接入，通过GIS服务软件来获取数据并可按照权限进行地理空间数据的管理和系统维护。

分布式地理信息服务系统是根据各个行业的 GIS应用特点而进行定制的行业化GIS服务系统。该系统是根据面向应用的特点，为其提供地理信息数据的子集，然后以该子集为基础，来提供面向特定行业的移动分布式GIS服务。不同的智能移动设备在接入后，会根据其行业标识，来访问不同的分布式地理信息服务系统，从而实现分领域的GIS服务。

图1 面向智能移动设备的GIS服务体系结构

地理信息服务支撑平台是基本的地理信息服务提供者，同时它也是地理信息数据安全性的重要保障。对地理信息数据库的访问，都需要通过该支撑平台来进行。地理信息服务支撑平台从地理信息数据库获取实时的地理信息数据，维持分布式地理信息服务系统的更新，保证分布式地理信息服务系统的有效性。该支撑平台为地理信息数据库提供了一个保护层，使得来自网络的恶意访问无法直接到达地理信息数据库，从而保证数据库的安全性。地理信息数据库存储了基本的地理信息数据，是各项GIS的服务的数据源。

3 结 语

智能移动设备的不断发展使其正逐渐成为网络接入的主要方式，由此也产生对移动环境下GIS服务的需求。传统的GIS服务往往是针对桌面计算机，主要从GIS本身的特点进行设计，具有较为复杂的特点，对智能移动设备的特点和网络环境缺乏所导致的约束条件缺乏必要的改进和优化。本文以提供高效的移动GIS服务为目标，首先分析了智能移动设备的特点及其发展趋势；然后在此基础上，总结了面向智能移动设备的GIS服务体系设计要求，并进行了针对性的设计；最后给出了新的GIS服务体系结构。该服务体系从整体上进行了综合性的设计，具有基础性、层次化的特点，适合于移动网络环境。在未来的工作中，将开展进一步的实验验证，并进行改进和优化。

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[2] 李玉华,邱儒琼.GIS与三维仿真技术在堤防工程管理中的应用[J].水利信息化,2011(2):43-46

[3] 何建农,林建新.基于Internet的农用地分等信息系统开发应用[J].测绘科学,2005,30(4):84-85

[4] 范亚楠,罗亦泳,张立亭,等.基于WebGIS的济南市旅游信息系统设计与实现[J].湖北农业科学,2009,48(12):3155-3158

[5] 赵庚星.地理信息系统的应用及发展研究综述[J].山东农业大学学报,1997,28(3):370-374

[6] 李琪林,王敏毅,周明天.面向开放移动网络环境的新一代中间件技术研究[J].计算机科学,2010,37(3):76-78,132

[7] 蒋建春,汪同庆.一种异构多核处理器嵌入式实时操作系统构架设计[J].计算机科学,2011,38(6):298-303

[8] 谢丹铭,陆芸芸,王志伟,等.双平台智能地图系统设计[J].计算机工程,2007,33(24):268-270

Integrated Construction of3D Terrain and Its Visualization Based on ArcGIS,M apGISand Surfer

by LIU Hongwei

Because the software of Surfer has the advantages of simple operation and beautiful graphic in building contour map and visualization,the ArcGIS has great ability in space data processing,and the MapGIS is easy to edit graphics.The author gathered the advantages of the three software to construct a 3D terrain and accomplished its visualization,then used a given boundary to clip the terrain.

ArcGIS，MapGIS，Surfer，3D terrain and its visualization，graphics clipping （Page:67）

P208

B

1672-4623(2012)03-0064-03

2011-08-05

耿晴，工程师，主要从事测绘新技术的应用及测绘资料档案的研究与管理。