面向多源数据融合的移动GIS的设计与实现

盛喜玉，张小垒，韩 勇，陈 戈

（中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛266100；中国海洋大学海洋信息技术教育部工程研究中心，山东青岛266100）

面向多源数据融合的移动GIS的设计与实现

盛喜玉，张小垒，韩 勇，陈 戈

（中国海洋大学信息科学与工程学院，山东青岛266100；中国海洋大学海洋信息技术教育部工程研究中心，山东青岛266100）

对Android嵌入式操作平台的移动GIS进行了探索；研究了系统架构设计和关键技术，包括地理空间表达的矢量数据结构和栅格数据结构,适合嵌入式系统特点的三维景观电子地图的渲染和显示；通过获得HTTP网络服务，实现与服务器端的数据通信，并将系统应用于校园移动拼车服务平台。

移动GIS；矢量数据；栅格数据；移动通信

随着3G时代的到来，GIS技术将虚拟现实与移动互联网搭配应用产生移动电子地图。通过对空间地理信息进行渲染和对直观的图形进行可视化表达，不仅有助于人们发现隐含在数据中的相互联系和规律，为人们获取特定的信息提供了一种有效的手段，而且通过实现二维平面与三维立体的图形处理及应用，提供给用户一个随时随地如同真实世界一般的互动式环境，协助用户了解真实的环境，因此移动电子地图将成为GIS面向应用领域的重要发展方向。

1 移动GIS的概念

移动GIS是集GPS、移动计算和GIS为一体，借助无线通信网络、通信技术，完成多媒体信息融合的空间数据传输和应用。当用户使用移动GIS系统时，他所面对的数据不再是毫无意义的，而是把客观世界抽象模型化了的空间数据。用户可以利用它观测现实世界模型各方面的内容，并进行程序分析和取得预测信息，从而用于管理和决策，这才是GIS的真正内涵[1]。

2 移动GIS电子地图的系统架构

2.1 系统功能设计

1）地图渲染：支持自定义瓦片地图渲染，图层叠加；

2）地图浏览：支持地图的放大、缩小和平移；

3）地图坐标：支持获取地图坐标；

4）地图查询：支持属性查询、空间查询以及两者的混合查询；

5）地图编辑：支持地图的点、线、面几何图形标记；

6）数据融合：支持矢量数据与栅格数据的融合；

7）GPS定位追踪：支持获取手持终端的GPS定位数据和轨迹追踪，实现GPS定位监控；

8）网络数据通信：支持3G网络接入因特网，与服务器端的HTTP网络通信。

2.2 系统架构

该系统包括移动客户端开发和服务器端开发。移动客户端的开发是基于 Android GUI系统框架，运用Java结合XML技术实现地图GIS功能，运用JSON和HTTP技术实现与服务器的网络通信。服务器端的开发是运用Ajax技术和ASP.NET搭建后台，处理HTTP请求，建立数据库，使多源数据在数据库中合理地存储和管理。系统架构图如图1所示。

图1 系统框架图

3 移动GIS的关键技术

本系统主要用于Android平台的自定义瓦片地图的渲染和地图操作。地图显示系统与其他地图平台的区别在于它实现了矢量地图和三维景观地图的渲染和地图操作，多源数据的兼容以及与服务器端的无线网络通信。

3.1 地理空间数据表达

空间数据模型是移动GIS中的空间数据表达的有效方式，它包含了实体和实体间的相关关系。本文采用矢量数据和栅格数据2种相对成熟的数据结构。矢量数据结构是以点、线、面结合属性数据描述地理要素，每个地理要素的空间位置由一系列有顺序的（x，y）二维坐标精确描述，通过拓扑关系描述实体之间的空间关系。栅格数据结构是指将空间分割成规则的网格，在各个网格上给出相应的属性值来表示地理实体的一种数据表达形式[2]。根据行列号顺序，利用分辨率参数（行数和列数）计算当前栅格单元的行列号。如图 2所示的方式逐行顺序记录栅格单元，当前栅格单元的平面坐标（x，y）的计算方法为：

图2 栅格单元坐标计算示意图

3.2 三维景观电子地图的渲染和显示

Android系统通过Skia图形图像引擎渲染实现各图形要素的显示输出。Skia库是Android的图形、图像、动画、svg、文本等多方面2D图形库系统的底层实现，它相当于Android中图形系统的引擎，通过JNI从Skia底层库向Java上层提供图形功能接口，并且结合Surface实现各种UI元素的功能。Skia图形图像引擎系统结构如图3所示。

图3 Skia引擎系统结构

坐标系统是GIS图形显示、数据组织分析的基础[3]。本系统采用欧氏空间坐标系对应屏幕窗口坐标系，实现了经纬度与欧氏坐标系的相互转化，将经纬度信息以相对坐标的形式显示在屏幕窗口[4]。通过二维数组mMap[][]存储栅格单元编号，该数组的索引号是栅格区域行列号的唯一标识符，数组第一维表示x，第二维表示y。具体实现方法是：首先将地图信息转成XML文件，实际上XML文件中存储的是二维数组信息；再将地图切割出来，通过双重循环遍历每一个地图瓦片，利用程序的切割方法把每一个瓦片切割出来显示在屏幕中。如果地图底图较大，根据瓦片栅格单元的行列号找到其所在原始文件的x、y坐标，监听屏幕触摸事件并计算移动距离，从而算出正确的显示位置。系统融合自定义瓦片地图和属性数据实现的三维景观地图效果如图4所示，图中三维效果实际是一种假三维[5]，它是由三维模型生成的固定视角静态渲染图片，对被遮挡、看不见或位于次要位置的物体可以省略、简化，三维场景中的点线面地理元素信息图层，在模型制作时分层制作，三层模型叠加形成校园三维景观地图，它是本系统的核心部分。

3.3 无线网络通信技术

Android的一个优势是有丰富的和网络应用集成的应用程序，给用户带来了更好的3G体验[6]。本系统采用HttpClient4.0，将Apache视为开源Web服务器，创建HttpClient以及Get/Post、HttpRequest对象等，执行HTTP操作。当需要实时获取最新数据时，一般的HTTP通信都只是一次性获取网络数据，本系统开辟了一个新的线程控制视图的更新，把获取网络数据的代码写到线程中，但是Android中更新视图不能直接在线程中进行，因此系统使用 H and ler来实现实时更新网络数据。H and ler的工作原理是它作为主线程（UI线程）的子线程，可以给主线程发送数据从而更新主线程的UI逻辑，H and ler会向主线程发送消息并以队列的形式排列着配合等待主线程更新UI逻辑，并且H and ler子线程的耗时操作也不会阻塞主线程。

4 系统的实现

本文所采用的开发平台为IntelCore2Duo2.53GHz，主内存为2G，显卡采用的是GeForce8600GT，显存为256 M，操作系统为Windows7。

在开发平台上，采用Eclipse IDE for JavaDevelopers (GALILEO版本)开发环境，SQLServer2005数据库以及JavaScript和XML技术，Ajax技术分别进行移动应用程序开发以及应用程序与服务器的数据交互，实现系统功能，并以中国海洋大学为实例对系统性能进行了检验。系统采用内存为200 M的Android 2.2.1智能手机为实验平台，三维景观地图为中国海洋大学崂山校区，总面积为122hm2，使用3DSMax建模并渲染为景观地图，通过Mappy地图编辑工具切割成自定义瓦片，使用一种轻量级数据交换格式--JSON格式，通过获取HTTP通信方式完成Android平台与服务器的数据交换。实验结果表明，达到了期望的效果。本系统应用在校园移动拼车服务平台，实现的部分功能界面如图4所示。

图4 校园拼车服务平台三维景观地图操作

5 结 语

本文针对Android平台研究了适用于嵌入式系统结构和计算环境的移动GIS系统架构，考虑到GIS数据的数据量大和复杂的特点，通过Skia图形图像引擎渲染实现了空间数据和属性数据的集成显示，通过无线通信进行移动终端与服务器的数据通信，并在校园移动拼车服务平台实验加以验证。本系统还有改进的空间，一方面要减少使用GIS数据时所占用的内存；另一方面要提高计算速度以满足复杂的空间检索需求[7]。

[1] 刘明德,林杰斌.地理信息系统GIS理论与实务[M].北京:清华大学出版社,2006

[2] 刘湘南,黄方,王平,等.GIS空间分析原理与方法[M].北京:科学出版社,2005

[3] 房经宝,陈戈,崔方方，等.基于WebGIS的路径导航系统的研究与实现[J].微计算机信息，2011,4:188-189

[4] 邬伦,刘瑜,张晶，等.地理信息系统[M].北京:科学出版社,2001

[5] 纪菲,张小垒,韩勇,等.基于电子政务的三维电子景观地图技术[J].地理空间信息,2009,7(2):118-120

[6] 杨丰盛.Android应用开发揭秘[M].北京:机械工业出版社,2011

[7] 张永志,崔小宝.移动GIS的关键技术问题和发展趋势探讨[J].电脑知识和技术,2009,8(5):6454-6455

Design and Implementation of Mobile Geography Information System Based on Oriented Multiple Data Integration

by SHENG Xiyu

Mobile GIS based on android embedded system platform was searched in this paper.It studied the system structuring and Gordian technique,including the vector data structure and grid data structure of geographical spatial expression,rendering and operating of 3D landscape electronic map.And it realized data communication with server-side by acquiring HTTP web service.The system is applied in the Campus Mobile Carpool Service Platform.

mobile GIS,vector data structure,grid data structure,mobile communication

2012-02-16

项目来源：科技部中小企业技术创新基金资助项目（11C26216113750）；无锡市科技局创新基金资助项目（CBE11101）。

P208

B

1672-4623(2012)03-0048-03

盛喜玉，硕士，主要从事移动GIS和移动数据通信方向的研究。