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I A Dis s ert at i on Submi t t e d to Zhe j i ang Un i ver s i t y for the Degre e of Mas ter of Engi neer ing Author: 兰h垒翌g』i金 一 ● 5upervl S0r: Chen Qi Associate——P——rofes...s..o.....—r— Subject: College: gQ!!金g皇Q£ Submitted Date: 』垒垒:至Q!至 ⅢY六20八60四1 5 1峨 I浙江大学硕}学位论文 摘要 摘要 近几年来,随着智能移动设备在生活中的普及,移动GIS应用得到快速发展,需求也越来越广泛。
在移动操作系统种类繁多且更新换代速度非常快的背景下,以往以单个应用作为整体的设计模式,开发效率相对低下,也不易实现软件的跨平台复用。
而当前针对移动GIS跨平台开发的研究还比较少,对常用GIS功能平台化的技术也总结不多。
本文针对这种情况,设计并实现了移动跨平台GIS开发包。
本文首先分析总结了当前移动GIS开发的发展现状,并比较了国内外几家移动GIS开发平台的优缺点,总结出了移动6IS开发包应该具有跨平台~致性、支持不同应用开发、常用功能平台化等特点。
针对这些目标,将整个开发包分成了移动定位模块、空间数据模型、空间数据组织、数据存取模块、地图表现、网络分析等模块。
对每个模块所涉及的技术进行研究分析,并给出了各个模块的基本实现。
其次,为适应网络分析的多样性,本文提出了一种基于启发式斛思想的通用路径规划算法框架,支持目标规则、权值更新规则、结果规则的定制,能方便地实现多数网络分析的情况。
最后,对本文的开发包的功能特性进行了展示,并且介绍了几个基于此开发包的跨平台应用实例。
结果表明基于本文开发包的应用,开发效率较高,且跨平台复用性好。
关键词: 跨平台GIS开发包, 空间索引,地图表现,路径规划算法框架浙江大学硕十学位论文 Abstract Abstract Recently,as smart devices become popular in daily lives,mobile GIS applicationsdevelop rapidly,and their demands are growing fast.A wide range ofmobile operatingsystems are available and upgrading continuously.The development efficiency oftraditional design mode,which aims at a single application as the whole,is relativelybw and appiication reuse on different mobile operating systems is difficult.However,research on cross-platform mobile GIS SDK is quite few,and there are not manysummaries on how to relLse commonly used GIS features.To solve those problems,this paper designs and implements a cross—platform GIS SDK. Firstly,this paper analyzed and summarized the current status ofthe mobile GISdevelopment,analyzed the advantages and disadvantages of several domestic andforeign mobile GIS SDKs,and concluded that CroSS—platform mobile GIS SDK shouldbe cross-platform consistent,able to support different GIS applications,easy toimpiement commonly-used features and SO on.To achieve those objectives,this paperdivided the whole SDK into modules such as Location Module,Spatial DataOrganization Module,Data Access Module,Map Representation Module and NetworkAnalysis Module.The author researched and analyzed technologies related to eachmodule and,at last,imp lemented each module. Secondly,in order to adapt to d ifferent network analysis,a general algorithmframework for path-planning based on heuristic A幸algorithm Was proposed.Itsupported customization on Target Rule,Weight Rule,and Result Rule,thus fittedmost network analysis situations. Lastly,functions and features of this SDK were showed and several app licationsbased on it were demonstrated.Results showed GIS application based on this SDKwas developed more efficiently and had good cross—platform reusability.Keywords:Cross-Platform GIS SDK,Spatial Index,Map Representation,Path-Planing Algorithm Framework浙江大学硕十学位论文 目录 目录 摘j要………………………………….…………….………………………………….….……….……………..i Abstract…………………………………………………………………………………………………………ii 第l章绪论…………………………………………………………………………l 1.1课题背景……………………………………………………………………l 1.1.1移动GIS应用发展现状………………………………………………l 1.1.2项目研发背景…………………………………………………………2 1.2国内外研究状况……………………………………………………………3 1.2.1商业化产品现状………………………………………………………3 1.2.2
开源软件………………………………………………………………5 1.2.3学术研究………………………………………………………………6 1.3本文工作与创新……………………………………………………………7 1.4本文的内容安排……………………………………………………………8 第2章移动跨平台GIS开发包的技术研究与总体设计…………………………9 2.1 GIS相关技术概述………………………………………………………….9 2.1.1 OGC标准介绍…………………………………………………………9 2.1.2通用数据交换格式…………………………………………………..1l 2.1.3拓扑网络构造相关技术…………………………………………….1 3 2.2移动操作系统开发特性分析……………………………………………。
17 2.2.1 Andro id…………………………………………………………………………………….1 7 2.2.2 iOS…………………………………………………………………………………………..1 8 2.2.3 Windows Mobile………………………………………………………l 8 2.2.4开发包语言选择…………………………………………………….1 8 2.3移动跨平台GIS开发包的设计目标…………………………………….19 2.3.1从用户体验角度………………………………………………………19 2.3.2从应用类型方面…………………………………………………….20 2.3.3从数据类型方面…………………………………………………….20 2.3.4从数据来源方面…………………………………………………….2l 2.4移动跨平台GIS开发包的组成………………………………………….2l 2.5本章小结…………………………………………………………………..23 第3章基本模块…………………………………………………..24 3.1移动定位模块……………………………………………………………..24 3.1.1定位信息获取分析………………………………………………….24 3.1.2坐标转换分析……………………………………………………….25 3.1.3实现………………………………………………………………………………………..26 3.2空间数据模型…………………………………………………………….27 3.2.1空间数据建模……………………………………………………….27浙浙江大学硕十学位论文 目录 5.3同类平台特性对比……………………………………………………….58 5.4应用服务示例……………………………………………………………..58 5.4.1车载导航项目……………………………………………………….59 5.4.2智能导游项目……………………………………………………….59 5.4.3周边生活电子助手………………………………………………….60 5.5本章小结………………………………………………………………….6l 第6章总结与展望………………………………………………………………..62 6.1总结……………………………………………………………………………………………….62 6.2展望……………………………………………………………………………………………….62 参考文献……………………………………………………………………………一64 致谢…………………………………………………………………………………………………………….67 111浙江大学硕十学位论文 图目录 图目录图2.1 SFS中定义的几何对象二维模型……………………………………………。
1l图2.2平面扫描线算法示意…………………………………………………………14图2.3双扫描线算法的端点示例……………………………………………………15图2.4 GlS开发包组成………………………………………………………………..22图3.1位置信息获取方式……………………………………………………………25图3.2坐标转换系统类图……………………………………………………………26图3.3空间数据模型…………………………………………………………………28图3.4空间索引的继承体系及树系空间索引的实现。
……………………………32图3.5文件储存管理与缓存设计……………………………………………………34图3.6地图表现的类图实现………………………………………………………..36图4.1十字路口的传统GIS描述……………………………………………………40图4.2两条道路相接时16位二进制转向编码…………………………………….40图4.3珠式路口描述,a为十字路口的蛛式路口描述…………………………….4l图4.4基于A宰的通用算法框架与执行流程………………………………………48图4.5三个规则定制实例……………………………………………………………49图4.6几个功能实例………………………………………………………………一5 l图5.1应用开发基本流程……………………………………………………………53图5.2地理数据发布…………………………………………………………………55图5.3拓扑数据发布…………………………………………………………………55图5.4三大平台显示效果……………………………………………………………56图5.5地图基本操作效果……………………………………………………………56图5.6矢栅数据显示…………………………………………………………………57图5.7车载导航机项目效果…………………………………………………………59图5.8智能导游GIS功能示例………………………………………………………60图5.9实时路况显示…………………………………………………………………..6l IV浙江大学硕十学位论文 表目录 表目录表1.1
开源GIS库集锦………………………………………………………………..6表2.1三大平台支持的开发语言对比………………………………………………19表3.1 Geometry部分接口示例……………………………………………………..28表3.2图层的相关属性……………………………………………………………..35表3.3各风格所对应的属性………………………………………………………..36表4.1路口属性………………………………………………………………………43表4.2路段属性……….:…………………………………………………………….43表4.3规则组合实现不同功能示例…………………………………………………50表5.1移动GIS开发平台特性对比………………………………………………..58 V浙江大学硕十学位论文 篼I章绪论 第1章绪论1.1课题背景 GIS(Geographic Information System)是专门用采集、贮存、管理、分析和表达空间数据的信息系统,移动GIS是GIS在移动设备如PDA,智能手机,Pad上的应用。
移动GIS应用将地理信息(GIS)、位置信息(GPS)和无线互联网一体化,在移动设备位置可变的环境下,通过无线网络技术,向大众提供GIS服务,其主要优点在于能够随时随地为用户提供方便,快捷和可靠的位置相关服务。
1.1.1移动GIS应用发展现状 移动GIS的早期研究始于20世纪90年代初,当时国外一些对野外作业进行管理的部门,为了便于与外出作业的人员与部门进行通信和管理,开发出移动GIS系统。
1992年,ProcisSottware公司开发了商业的移动GIS。
早期GIS用于电力、工程施工、水气管道布局,主要是取代野外使用的图纸。
90年代中后期,随着计算机软硬件技术发展,电子移动终端性能不断提升,设备中开始集成GPS接收模块,使得基于位置的服务开始发展起来。
1996年美国联邦通信委员会向移动运营商下达指令,要求给手机用户提供911紧急呼叫服务,并能根据呼叫定位呼叫者位置,以便及时提供帮助。
2000年美国取消对GPS卫星的民用干扰信号,GPS民用定位精度达到6.2米,已经满足实用水平,从此出现了基于GPS定位的移动GIS应用热潮。
经过二十年的发展,移动GIS技术已经成功地应用到人们生活和社经济发展的各个方面。
按照GIS业内标准,民用移动GIS应用可分三大类:传统行业应用、城市管理、面向大众的应用。
传统行业如国土、环资、林业、水利,移动GIS应用模式已经相对成熟。
国土部门办公人员进行野外数据数据采集…,采用GIS结合位置信息进行土地的规浙江大学硕十学位论文 第1幸绪论划和管理;环资部门移动执法【21,对地区环境进行监测和记录;林业部门对珍贵树木收集位置信息,对违规采伐实时取证,监控火灾【3】;在水利行业,用移动GIS辅助水利普查、水利监管和水利养护,移动G1S可以便捷地查找水利设施的位置,并利用设备的拍照功能,记录包括地理位置信息的图片,可以方便的进行监管。
在城市管理中,移动GIS也发挥日益重要的作用。
巡查人员带上移动GIS设备,可以方便的记录公共设施的损坏、紧急突发事故、违规违法现场等141,并实时回传管理调度中心,能帮助管理部门快速作为处理安排。
同时,对于管理中心下达的指令,也能借助GIS系统快速到达指定位置。
面向大众的应用包括的范围较广,有普适性很强的应用如查找周边信息、基于位置的游戏以及短信位置通知等,目前HTC等某些手机支持同款手机收发位置信息,结合里面的GIS地图,可以快速找到同伴的位置。
也有相对专业一点的应用,如车载导航、景区电子导游等。
车载导航相对比较成熟,但在新的技术背景下,用户对适时动态导航提出了新要求。
据中国GIS协会数据,我国GIS产业规模近几年来以每年30%的速率增长,2010年产业规模已达1000亿元,该机构估计,未来5年产业增速在25%左右,到2015年产业将达5000亿规模。
移动GIS是GIS行业目前主要应用之一,将成GIS产业的强劲增长点。
1.1.2项目研发背景 智能软件实验室从2000年就开展了GIS项目的研究和开发,在GIS领域的研究有着深厚的积累,形成了自己的GIS桌面开发平台,并成功开发了多个实践项目。
在移动平台上的GIS开发开始于2007年,最初基于windows CE系统开发车载导航系统,之后2009年基于Windows Mobile开发了智能导游机,2011年开发了基于Android移动执法。
目前还有不少移动GIS项目正在筹备开发。
前人在移动GIS开发方面的研究,给后续应用开发提供了保贵的经验,但一直没很好地提供一个移动GIS的开发平台。
由于以往的开发基本都基于WindowsCE的内核,难以适应现在品类繁多的移动操作系统;此外,以往以应用作为目 2浙江大学硕十学位论文 第l幸绪论标的开发方式,各模块功能接口层次不够清晰,
代码相互之间依赖严重,不同应用之间相似功能
代码难以复用,使应用开发效率大打折扣;以前应用设计的针对面比较狭窄,例如只支持本地数据应用等。
上述问题的解决,需要设计一个跨平台的移动GIS开发包,将移动GIS的基本功能从应用中提取出来进行平台化,并扩展常用功能。
这正是本文将研究和解决的问题。
1.2国内外研究状况1.2.1商业化产品现状1.2.1.1 ArcGIS Mobile ArcGIS Mobile是2007年美国环境系统研究所公司(Environmental SystemsResearch Institute。
Inc.简称ESRI公司)从ArcGIS 9.2开始推出的移动GIS开发框架,使用ArcGIS Mobile可用于PocketPC智能手机和平板电脑上创建和部署专业移动移动应用嘲。
它的出现把ArcGIS Server应用扩展到了移动领域。
ESRI公司于2008年6月推出了ArcGIS Mobile 9.3,它主要的优点是基于微软最新的.NET Compact Framework平台,能够提供开发定制支持和强大的数据同步应用,可被用于在智能手机、UMPC等智能设备上创建和部署专业移动GIS应用。
这些应用支持与ArcGIS Server的无线同步、GIS数据复制和野外在线编辑。
除了支持在线应用外,ArcGIS Mobile也支持离线应用,这种灵活的模式使ArcGISMobile应用在移动环境下有着非常好的伸缩性。
在ArcGlS 9.3产品系列中,ArcGIS Mobile开发包是作为ArcGIS Server产品的一个扩展模块发布的。
ArcGISMobile SDK是一个基于Mierosott.NETFramework的构建高性能移动GIS应用的软件开发包,它主要包含一套用于移动GIS开发的控件。
基于ArcGIS Mobile的移动GIS系统,通过与GPS、无线网络以及移动数据库等技术的结合,可以实现以下丰富的功能: (1)查询浏览空间数据和属性信息,显示影像地图和街景图片等。
(2)接收GPS信号并定位、获取位置坐标、记录轨迹、路线导航和监控追踪等。
3浙江大学硕十学位论文 第l幸绪论 (3)fi邑够编辑点、线、面等空间要素,能够与服务器实现无线同步和实时交互。
(4)支持多种空间数据格式,可以访问WMS、WFS等符合OGC标准的数据源。
(5)基于移动数据库技术,能实现丰富的数据应用和数据管理。
以上多种功能的组合,可以使移动GIS应用于各种领域,如城市网格化管理、环境监测、农林调查、车辆监控等。
ESRI公司于2010年9月推出了新一代ArcGIS Mobile 10。
在原来WindowsMobil平台的基础上升级支持Windows Phone 7,并增加了对新平台iOS的支持。
ESRI公司于2011年3月发布了针对Android平台的开发包,Arcgis API ForAndroid v1.0,目前Es对公司正在开发ArcGIS Android应用程序。
用户使用此API可以用Java语言构建多种应用程序,这些程序能运用ArcGIS Server提供的强大制图、地理编码、地理处理和自定义功能,并可以部署到Android设备中。
此API包括一个Eclipse集成开发环境的插件,并提供丰富工具、文档和示例,使开发者易于使用。
1.2.1.2 MapX_lobile MapX是美国Maplnfo公司基于ActiveX技术的可编程控件,它使用与MaplnfoPmfessional相同的地图数据格式,并实现了大多数Maplnfo Professional的功能。
MapX Mobile是可以在移动设备上开发的MapX平台,它提供开发用户地图应用软件所需要的软件工具。
用MapX Mobile开发的应用软件支持Windows CE操作系统的移动设割6】。
MapX Mobile能通过ADO与Microsott SQL Server和Pocket Access数据库进行连接,既支持不依赖服务器的本地应用,也支持通过无线连接显示来自MapXtreme的地图信息。
MapX Mobile能方便的建立专题图,并可以显示格网和阴影,允许开发者表现出高质量地图。
开发包内置自定义坐标系和转换投影接口,可以使不同坐标系和投影的图层在同一的坐标系中显示。
MapX Mobile可以采用ActiveX所支持的开发语言如VB、VC进行开发,但它依赖于WindowsCE平台,不支持Android和lOS平台。
1.2.1.3 eSuperMap 4浙江大学硕十学位论文 第l窜绪论 eSuperMap是国内领先GIS服务商一北京超图地理信息技术有限公司于2002年推出的。
在当时市场上同类产品多数的GIS嵌入式应用功能不强且用户不能进行自己扩充和定制的情况下,eSuperMap在提供强大GIS功能同时给予了用户开发自己专用嵌入式GIS系统的方便,算是真正意义上的移动G1S开发平台。
eSuperMap产品结构清晰,功能强大,二次开发比较灵活。
除基本的地图操作,如地图放大、缩小、漫游等常规的GIS功能外,还支持许多特色功能的定制,例如,可以设定地图旋转时文字是否旋转,路径分析时可以制定自己的路径寻优规则与模型。
多家公司基于eSuperMap开发了自己的应用系统【71,如日本超图开发出了广岛旅游观光自导游系统,日本三菱公司、日本PasoMap公司开发出了出租汽车监控导航系统,北京超图亦开发出了嵌入式测绘系统esmSuperMap等等。
最新的eSuperMap 6具有如下特点: ◆开发方便灵活,支持各种主流的开发环境; ◆独特的紧凑空间数据结构,节省存储空间: ◆具备与大型服务式GIS和WebGIS服务平台的整合能力; ◆基于实时路况和交通规则的动态路径分析。
分析结果随路口交通规则和 路况变化而实时更新; ◆离线编辑数据入库功能,完成数据采集和编辑的新增数据可以自动更新 至数据库,减少内业人员的工作量。
eSuperMap最初是针对Windows CE系统设计,目前支持到Windows Mobile 6, 不支持Android操作系统和iOS操作系统。
1.2.2
开源软件 与商业GIS开发平台的蓬勃发展相比,
开源GIS开发平台相对比较沉静。
不同于商业GIS软件要考虑到各种用户群,
开源软件不用背负易用性,数据兼容,不同平台差异等问题的包袱。
开发者一般由对技术狂热的GIS产品爱好者和各研究机构的学术研究人员。
因此
开源GIS软件开发台功能覆盖范围虽不如商业开发平浙江大学硕士学位论文 第l章绪论台那么全面,但单.
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