耿 晴，范 偉，孫續(xù)錦，劉 平

(1.湖北省測繪成果檔案館，湖北武漢 430071;2.洪湖市勘察測繪院,湖北洪湖 433200)

面向智能移動設備的GIS服務

耿 晴1，范 偉2，孫續(xù)錦1，劉 平1

(1.湖北省測繪成果檔案館，湖北武漢 430071;2.洪湖市勘察測繪院,湖北洪湖 433200)

隨著嵌入式技術的發(fā)展，智能移動設備正成為無線接入的重要方式。通過智能移動設備來提供GIS服務是亟待解決的關鍵問題。分析了智能移動設備的特點，總結了其發(fā)展趨勢；設計了面向智能移動設備的GIS服務體系，并對其結構進行了闡述。

智能移動設備；無線網絡；地理信息系統

作為利用地理空間數據來提供各種服務的系統，GIS得到了越來越廣泛的應用[1-4]。在對地理空間的相關數據進行采集、分析、整理和存儲后，形成了地理空間信息的數據庫；在該數據庫的基礎上，GIS能夠提供動態(tài)和靜態(tài)的地理空間數據服務[5]。利用 GIS能夠進行資源與環(huán)境的調查與管理，應急系統的地理數據分析,數字城市的建設等多個方面的工作。在以往的工作中，通過傳統的計算機網絡，尤其是因特網，GIS為生產和生活提供了極大的助力。

網絡是GIS應用的關鍵基礎設施。隨著網絡技術的發(fā)展，無線網絡正在成為網絡中的熱點。以3G為代表的第三代移動通信網絡和WiFi等無線網絡技術，正使得移動網絡成為網絡接入的主流[6]。因此，網絡接入設備也隨之發(fā)生了變化，從傳統上的個人電腦等設備過渡到移動設備，尤其是智能移動設備。與傳統的網絡接入設備不同，移動智能設備在系統硬件性能、網絡帶寬等方面均有較大的限制；同時，移動智能設備的用戶對于數據獲取的速度具有更高的要求，即對數據實時性的要求更強。這就使傳統的GIS服務面臨著一個新的挑戰(zhàn)，即如何為智能移動設備提供地理空間數據服務。要解決這一問題，需要融合GIS服務與移動計算，將GIS本身的服務能力與智能移動設備的特點結合在一起，形成適合于智能移動設備的GIS服務。

傳統的GIS服務，其出發(fā)點是GIS本身；而面向智能移動設備的GIS服務則是在GIS基礎上，要將智能移動設備帶來的約束納入到系統設計關鍵因素當中。因此，本文在分析智能移動設備的特點及其發(fā)展趨勢的基礎上，提出了面向智能移動設備的GIS服務體系，為移動互聯網時代的GIS服務構建系統基礎結構。

1 智能移動設備特點及其發(fā)展趨勢

隨著半導體技術的進步，嵌入式處理器的性能不斷得到提升，正在從單核時代向雙核/多核時代發(fā)展[7]，且功耗也在不斷地得以優(yōu)化。嵌入式系統的性能不斷提升，功能不斷豐富，使得它的應用更加廣泛，尤其是在移動計算領域。移動設備正在從傳統類型發(fā)展為智能移動設備，具備了更為強大的計算能力。智能移動設備的應用，為傳統信息化提供了一個新的發(fā)展方向[8]。

1.1 智能移動設備的特點

智能移動設備是在傳統移動設備的基礎上發(fā)展而來的，典型的移動設備是手機。傳統的手機一般具備了手機操作系統，但是功能較為簡單，人機交互的友好度有限，受限于操作系統，往往不支持多任務的并行。這就使得手機等傳統移動設備上的功能較為簡單，且受到處理器計算能力的限制，對于較為復雜的計算任務缺少相應的處理能力。而智能移動設備得益于嵌入式技術的進步，有了新的發(fā)展，具備了新的特點。

首先，智能移動設備的硬件性能得到了極大的提高。嵌入式處理器性能的提高，大大增強了智能移動設備的計算能力，能夠處理復雜的計算任務。片上系統SoC的出現，使得智能移動設備的硬件功能更為豐富，為軟件提供了基本的支撐環(huán)境。其次，智能移動設備具備了嵌入式智能操作系統，如iOS、Android和WindowsPhone7等。這些操作系統功能更強大，具有更為適合的人機交互方式，并且對應用軟件的管理實現了智能化，便于用戶安裝、使用和管理系統。再次，大量面向智能移動設備的應用軟件的出現，以其豐富的軟件功能，使用戶更樂于使用智能移動設備。最后，由于網絡的發(fā)展，3G和WiFi等無線接入方式能夠提供較高帶寬的數據服務，使系統的更新、軟件的下載和數據的交換可以直接通過網絡來進行。

同時，智能移動設備仍然有一定的資源限制。雖然智能移動設備的硬件條件在不斷改善，但與傳統的桌面電腦相比，其硬件設施仍然是相當有限的。智能移動設備是一種便攜式設備，其設計的要求之一就是要具有較小的體積和較輕的重量，這也是所有嵌入式系統的基本要求。這就使得智能移動設備的計算任務處理能力受到了限制。更為重要的是，體積的限制使得智能移動設備的顯示尺寸顯得較為有限。

1.2 智能移動設備的發(fā)展趨勢

移動設備智能化是移動設備發(fā)展的總趨勢，這主要體現在智能移動設備上述4個特點的不斷發(fā)展上。從硬件的角度看，智能移動設備的硬件性能將得到進一步的提高，其處理器將逐漸發(fā)展為以多核嵌入式處理器為主流，具備更為豐富的周邊設備，具有更大的屏幕和多種的無線通信接口。智能移動設備的硬件將逐步接近于一般的桌面計算機。從軟件的角度看，已有的智能操作系統均在進行不斷地改進，操作系統將變得更為強大，以便于對硬件和軟件的管理。同時，傳統的桌面軟件將逐步的向智能移動設備遷移，形成更為完善的智能移動設備軟件環(huán)境。從網絡環(huán)境看，下一代的無線網絡技術正在快速地發(fā)展當中，國際上已經出現了少數的新一代無線寬帶網絡的實驗網。新的無線網絡技術將提供更高的帶寬，接入速度更快，接入形式更為方便，這將使得智能移動設備之間以“云”的形式連接成為可能。由此可以看出，智能移動設備將成為主流的終端設備，而為智能移動設備提供 GIS服務，也已經成為當前研究的熱點。

2 面向智能移動設備的GIS服務體系

智能移動設備是處于不斷的移動當中，通過無線網絡來進行通信的，這就意味著對于智能移動設備的用戶來說，獲取其地理位置信息和相關的地理空間數據是非常必要的。這就需要GIS的支持，與傳統的GIS服務不同，智能移動設備本身具有一定的約束，因此，需要根據智能移動設備的特點來設計新的GIS服務體系。

2.1 智能移動設備對GIS服務的要求

面向智能移動設備的GIS服務需要將智能移動設備的計算能力考慮在內。由于GIS是對地理空間數據進行處理，雖然智能移動設備的計算能力能夠支撐較為復雜的計算，但仍不能滿足GIS的要求。如果在數據分析和數據生成等方面仍然采用面向桌面計算機的方法，會導致智能移動設備對地理空間數據的處理速度變慢，處理結果的生成具有較大的延遲。而智能移動設備對數據實時性的要求較高，因此，面向智能移動設備的GIS服務要盡可能地減少數據處理的復雜程度。

面向智能移動設備的GIS服務需要將智能移動設備的顯示能力考慮在內。桌面計算機的顯示設備往往具有較高的分辨率和較大的顯示區(qū)域，因此在設計傳統的GIS時，往往對顯示的限制考慮較少。而通常智能移動設備的顯示設備，如智能手機，盡管其顯示區(qū)域已經得到了擴展，但是仍然非常有限，不足以與桌面計算機的顯示區(qū)域相提并論。這就使得面向智能移動設備的GIS服務在進行處理結果的顯示時，既要考慮到移動智能設備顯示的區(qū)域，又要考慮到顯示的分辨率。

面向智能移動設備的GIS服務需要將智能移動設備的網絡傳輸能力考慮在內。傳統因特網的網絡傳輸速度較為穩(wěn)定，能夠提供足夠的帶寬來傳輸大量的地理空間數據。此外，接入網絡的桌面計算機也處于固定的物理位置，不存在網絡切換的問題。而無線網絡環(huán)境盡管已經具備了相對較為完全的基礎設施，但其網絡特點決定了智能移動設備必然存在網絡切換的問題；同時，由于無線網絡的帶寬仍然是有限的，比如3G的網絡帶寬仍遠小于固網的帶寬。因此，GIS服務需要考慮無線網絡的帶寬和穩(wěn)定性約束。

面向智能移動設備的GIS服務需要將智能移動設備的能耗考慮在內。桌面計算機是通過穩(wěn)定的電源進行供電，一般可以不考慮能耗問題。而智能移動設備往往是采用電池供電，電池能夠提供的能量是有限的，存在待機時間的問題。而GIS服務需要大量的計算和數據的傳輸，對電能的消耗較大，傳統的GIS服務往往不考慮這一問題。在進行面向智能移動設備的 GIS服務體系設計時，就需要將能耗約束納入到設計約束條件當中。

2.2 面向智能移動設備的GIS服務體系設計

面向智能移動設備的GIS服務體系，其最大的特點之一就是由智能移動設備帶來的移動性。在該移動GIS服務體系中，可以將空間定位技術與GIS進行結合。通過空間定位技術來獲取智能移動設備的當前位置，然后根據當前位置由GIS進行地理空間數據的獲取、分析和處理，并向用戶提供最終的處理結果。智能移動設備無論是通過3G網絡進行接入還是通過其他方式進行接入，都可以獲得其位置信息，從而可以利用GIS來為其提供各項服務。

由于智能移動設備的移動性和資源的限制，GIS服務的提供不能采用集中處理的方式，同時也不能完全依賴于智能移動設備的處理能力。移動GIS服務體系中，地理空間數據將進行分布式的存儲，對數據的處理也將采用分布式的處理方式。對于面向智能移動設備的GIS服務體系，其服務對象本身就具有移動、分布的特點，因此，GIS服務體系本身也需要進行相應的優(yōu)化和改善。在該體系中，智能移動設備之間的計算能力共享是潛在的發(fā)展方向。

面向智能移動設備的GIS服務體系中關鍵技術的優(yōu)化。移動GIS服務體系是為移動分布式的用戶提供GIS服務。受限于智能移動設備的特點，傳統GIS服務的關鍵技術不能完全適用于新的設備，需要進行關鍵技術的優(yōu)化。首先是地理空間數據的傳輸技術優(yōu)化。根據各種不同的無線網絡環(huán)境，針對性地進行帶寬優(yōu)化，既充分考慮數據處理的需求，也充分考慮對帶寬的合理利用。其次是地理空間數據的處理算法優(yōu)化。在面向智能移動設備的GIS服務體系中，數據處理分成2個部分，一部分是位于智能移動設備端的數據處理；另一部分是位于服務器端的數據處理，然后數據處理結構進行合并，形成最終的處理結果。最后是地理空間數據的顯示算法優(yōu)化。其基本優(yōu)化思想是進行圖像分割和漸進化的顯示，滿足智能移動設備在顯示區(qū)域和分辨率等方面的約束條件。除此之外，還需要進行更多的優(yōu)化，來提高服務效率。

面向智能移動設備的GIS服務體系中應用領域的擴展。傳統的GIS服務具有較強的專業(yè)性，往往是面向專業(yè)用戶。而在面向智能移動設備的GIS服務體系中，GIS服務不單面向專業(yè)用戶，還面向不同應用領域的各種用戶。該GIS服務體系提供了一個基礎的智能移動GIS服務支撐環(huán)境，可以面向不同的行業(yè)和用戶進行GIS服務定制。

2.3 面向智能移動設備的GIS服務體系結構

根據面向智能移動設備的GIS服務體系的設計思路，其體系結構如下圖1所示。該體系結構由4個部分構成，分別是智能移動設備、分布式地理信息服務系統、地理信息服務支撐平臺和地理信息數據庫。這4個部分通過無線移動網絡連接在一起，共同構成一個完整體系。

智能移動設備是該體系結構中的終端接入設備，既包括了接入所使用的終端硬件設備，也包括了安裝在移動智能設備中的GIS服務軟件。用戶通過移動智能設備進行接入，通過GIS服務軟件來獲取數據并可按照權限進行地理空間數據的管理和系統維護。

分布式地理信息服務系統是根據各個行業(yè)的 GIS應用特點而進行定制的行業(yè)化GIS服務系統。該系統是根據面向應用的特點，為其提供地理信息數據的子集，然后以該子集為基礎，來提供面向特定行業(yè)的移動分布式GIS服務。不同的智能移動設備在接入后，會根據其行業(yè)標識，來訪問不同的分布式地理信息服務系統，從而實現分領域的GIS服務。

圖1 面向智能移動設備的GIS服務體系結構

地理信息服務支撐平臺是基本的地理信息服務提供者，同時它也是地理信息數據安全性的重要保障。對地理信息數據庫的訪問，都需要通過該支撐平臺來進行。地理信息服務支撐平臺從地理信息數據庫獲取實時的地理信息數據，維持分布式地理信息服務系統的更新，保證分布式地理信息服務系統的有效性。該支撐平臺為地理信息數據庫提供了一個保護層，使得來自網絡的惡意訪問無法直接到達地理信息數據庫，從而保證數據庫的安全性。地理信息數據庫存儲了基本的地理信息數據，是各項GIS的服務的數據源。

3 結 語

智能移動設備的不斷發(fā)展使其正逐漸成為網絡接入的主要方式，由此也產生對移動環(huán)境下GIS服務的需求。傳統的GIS服務往往是針對桌面計算機，主要從GIS本身的特點進行設計，具有較為復雜的特點，對智能移動設備的特點和網絡環(huán)境缺乏所導致的約束條件缺乏必要的改進和優(yōu)化。本文以提供高效的移動GIS服務為目標，首先分析了智能移動設備的特點及其發(fā)展趨勢；然后在此基礎上，總結了面向智能移動設備的GIS服務體系設計要求，并進行了針對性的設計；最后給出了新的GIS服務體系結構。該服務體系從整體上進行了綜合性的設計，具有基礎性、層次化的特點，適合于移動網絡環(huán)境。在未來的工作中，將開展進一步的實驗驗證，并進行改進和優(yōu)化。

[1] 張曉瑞,周國艷.GIS在城市規(guī)劃中的應用[J].地理空間信息,2009(6):64-66

[2] 李玉華,邱儒瓊.GIS與三維仿真技術在堤防工程管理中的應用[J].水利信息化,2011(2):43-46

[3] 何建農,林建新.基于Internet的農用地分等信息系統開發(fā)應用[J].測繪科學,2005,30(4):84-85

[4] 范亞楠,羅亦泳,張立亭,等.基于WebGIS的濟南市旅游信息系統設計與實現[J].湖北農業(yè)科學,2009,48(12):3155-3158

[5] 趙庚星.地理信息系統的應用及發(fā)展研究綜述[J].山東農業(yè)大學學報,1997,28(3):370-374

[6] 李琪林,王敏毅,周明天.面向開放移動網絡環(huán)境的新一代中間件技術研究[J].計算機科學,2010,37(3):76-78,132

[7] 蔣建春,汪同慶.一種異構多核處理器嵌入式實時操作系統構架設計[J].計算機科學,2011,38(6):298-303

[8] 謝丹銘,陸蕓蕓,王志偉,等.雙平臺智能地圖系統設計[J].計算機工程,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，工程師，主要從事測繪新技術的應用及測繪資料檔案的研究與管理。