【摘要】隨著嵌入式操作系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，嵌入式地理信息系統(tǒng)已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)領域研究的熱點之一。嵌入式地理信息系統(tǒng)開發(fā)在測繪、智能交通、海事、國防、公安等領域都有無限廣闊的應用前景。文章針對地理信息系統(tǒng)在社會生產(chǎn)生活各領域得到廣泛應用的現(xiàn)狀，探討了嵌入式地理信息系統(tǒng)的設計，在給出了系統(tǒng)構成框架的基礎上，完成了系統(tǒng)的總體軟硬件設計，并針對其中的關鍵技術—空間數(shù)據(jù)的組織結(jié)構進行了設計，給出了數(shù)據(jù)組織方案，對于進一步提高嵌入式地理信息系統(tǒng)的設計及其應用水平具有一定借鑒和指導的意義。

【關鍵詞】地理信息系統(tǒng)；嵌入式；研究；實現(xiàn)

1.嵌入式地理信息系統(tǒng)的研究

隨著GIS的快速發(fā)展，人們對空間數(shù)據(jù)的需求也日益增大，把GIS與嵌入式技術融合在一起，形成一個嵌入式的地理空間集成平臺，是當前GIS研究領域的一個重要趨勢。與傳統(tǒng)GIS技術相比較，嵌入式GIS具有跨平臺、開發(fā)好、易集成、易滲透和融合好等特點而且價格低，為地理信息技術融入其它信息技術提供了良好的技術基礎。但是現(xiàn)實中，GIS空間數(shù)據(jù)量非常大，所需存儲空間也很大，這與嵌入式設備有限的系統(tǒng)資源形成矛盾，因此針對嵌入式設備的特點并結(jié)合GIS應用程序的需求設計嵌入式GIS平臺是非常必要的。典型的嵌入式GIS應用由嵌入式硬件系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式GIS軟件組成。

（1）嵌入式GIS存在的問題；隨著GIS的快速發(fā)展，人們對空間數(shù)據(jù)的需求也日益增大把GIS與嵌入式技術融合在一起形成一個嵌入式的地理空間集成平臺是當前GIS研究領域的一個重要趨勢。與傳統(tǒng)GIS技術相比較，嵌入式GIS具有跨平臺、開發(fā)好、易集成、易滲透和融合好等特點，而且價格低，為地理信息技術融入其它信息技術提供了良好的技術基礎。但是現(xiàn)實中GIS空間數(shù)據(jù)量非常大，所需存儲空間也很大這與嵌入式設備有限的系統(tǒng)資源形成矛盾，因此針對嵌入式設備的特點并結(jié)合GIS應用程序的需求設計嵌入式GIS平臺是非常必要的。典型的嵌入式GIS應用由嵌入式硬件系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式GIS軟件組成。

（2）主流的嵌入式系統(tǒng)類型，如今主流的嵌入式系統(tǒng)有Linux、Windows CE、Windows Mobile、uClinux、uCOS-II、VxWorks等十幾種。其中Linux的開發(fā)和研究是目前嵌入式操作系統(tǒng)領域的熱點之一。其源代碼開放內(nèi)核小巧靈活、穩(wěn)定高效、易于裁剪，這使 Linux很適合嵌入式系統(tǒng)的應用。Google的開發(fā)人員根據(jù)實際需要自行定制 Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核為使之更為精簡實用。由Google公司研發(fā)推出的開源平臺Android 完美的支持Google Map與Google Earth的API開發(fā)，是當前市場上最適合結(jié)合地理信息系統(tǒng)知識進行移動開發(fā)的平臺。地理信息系統(tǒng)工具的基于Android平臺研發(fā)雖然目前十分火熱，但功能卻十分單調(diào)，沒有一款可以集電子地圖、數(shù)字地球、電子羅盤和GPS定位等功能的集成式軟件。GIS軟件很多國外的有AutoCAD Map3D、ArcGIS、Maplnfo等，國內(nèi)的有MapGIS、SuperMap等。

（3）實現(xiàn)高效的嵌入式GIS數(shù)據(jù)模型設計，數(shù)據(jù)是GIS的核心，如何設計一個合理高效的數(shù)據(jù)模型是嵌入式GIS開發(fā)的關鍵。我們開發(fā)的嵌入式GIS系統(tǒng)采用改進的GDF數(shù)據(jù)模型。主要的改進包括：減少模型的復雜度（比如去掉坐標表，在幾何對象表中直接存儲坐標等）增加注記要素層等。嵌入式GIS數(shù)據(jù)模型中，地理信息按圖幅和圖層進行存儲和管理。首先，地理信息在縱向上分為若干圖層，每個圖層存儲相同類型的空間數(shù)據(jù)。同時，地理信息在橫向上按照圖幅進行分幅存儲。圖層和圖幅的關系是平等的，一個圖層可以包含多個圖幅，同時一個圖幅又可以分為多個圖層。圖幅和圖層的定義信息分別由圖幅描述表和圖層描述表進行記錄。圖幅和圖層之間的每一個交叉（即某個圖幅的某個圖層，或某個圖層中的某個圖幅） 對應相應的空間數(shù)據(jù)表，存儲該圖幅在該圖層的空間數(shù)據(jù)（包括屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)） ?？臻g數(shù)據(jù)表包括若干地理要素空間數(shù)據(jù)表，分為點要素空間數(shù)據(jù)表、線要素空間數(shù)據(jù)表、面要素空間數(shù)據(jù)表和復合要素空間數(shù)據(jù)表4種類型。同時每個空間數(shù)據(jù)表還對應一個空間索引表，存儲空間數(shù)據(jù)的空間索引值。在嵌入式GIS開發(fā)中，我們采用矢量形式存儲GIS空間數(shù)據(jù)以節(jié)省存儲空間?？紤]到目前PDA的存儲能力，對矢量數(shù)據(jù)采用分塊處理的方式。把一幅地圖切割成m×n （m行×n列） 的矩形塊，空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)都以圖幅塊為單位存儲。為了調(diào)用GIS數(shù)據(jù)時能迅速找到對應的圖幅塊，還應對圖幅塊建立索引機制。某一圖幅塊的索引應包含圖幅塊的范圍，點、線、面數(shù)據(jù)的數(shù)量，并給出圖幅塊在數(shù)據(jù)文件中的詳細地址。根據(jù)地址可以找到并讀出該圖幅塊的所有數(shù)據(jù)。

（4）嵌入式GIS數(shù)據(jù)結(jié)構的研究開發(fā)原則；嵌入式GIS工作在實時、多任務的環(huán)境下，圖形顯示與瀏覽、信息查詢、拓撲關系、空間分析等是數(shù)據(jù)結(jié)構設計必須要考慮的因素，因此嵌入式GIS數(shù)據(jù)結(jié)構的設計原則主要有：1）圖形結(jié)構簡單，冗余度小，電子地圖主要包含點、線、面等空間對象，簡單的圖形結(jié)構具有數(shù)據(jù)量小、運行速度快、圖形裁減方便等特點冗余度小將使信息查詢、路徑搜索的速度提高，也將減少數(shù)據(jù)的存儲空間；2）拓撲關系簡單，在移動GIS中，電子地圖的拓撲關系用于路徑搜索、最優(yōu)路徑規(guī)之，簡單明了而又實用的拓撲關系將縮短路徑搜索的時間。3）空間信息查詢與分析速度快，空間信息查詢主要包括單個空間對象的查詢和多個空間對象的查詢，良好的數(shù)據(jù)結(jié)構將使空間查詢和空間分析的速度快捷，結(jié)果準確。4）開放的數(shù)據(jù)接口，嵌入式GIS的數(shù)據(jù)結(jié)構應具有良好的數(shù)據(jù)接口，使之能夠兼容更多己定型的數(shù)據(jù)。

2.嵌入式地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1軍事國防領域

武器控制，從火炮控制高炮指揮儀到導彈控制（彈上計算機），從坦克、轟炸機、艦艇、雷達、電子對抗等軍事電子裝備到軍事通信及軍事指揮系統(tǒng)。

2.2野外數(shù)據(jù)采集

野外地質(zhì)調(diào)查與地理調(diào)查，可運行于嵌入式計算機、進行移動制圖。作為一種低成本的數(shù)據(jù)采集方案，嵌入式GIS軟件平臺將賦予嵌入式計算機矢量和柵格數(shù)據(jù)一體化顯示和數(shù)據(jù)庫管理的能力，通過可選的GPS 接收機，還可以進行實時定位。

2.3智能汽車領域

隨著無線通信與全球定位技術的日益成熟和廣泛應用，集通信、信息、導航、娛樂和各類汽車安全電子系統(tǒng)于一體的車載盒會成為下一代和未來汽車的發(fā)展方向。

3.總結(jié)

嵌入式系統(tǒng)正處在一個飛速發(fā)展和激烈競爭的時代，在未來的幾年里這種發(fā)展和競爭將達到白熱化的程度，研究和開發(fā)嵌入式GIS軟件平臺具有廣闊的市場應用前景和深遠的實際意義。嵌入式設備性能的提高、無線通信技術、Internet技術的發(fā)展必然會給嵌入式GIS帶來新的變化。其實可以看出，現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)與計算機的結(jié)合已經(jīng)相當?shù)木o密了，現(xiàn)代地理信息幾乎無處不在的和計算機打交道，而且要想獲得好的圖形及線路指導，好的數(shù)據(jù)結(jié)構及算法也是必不可少的。通過學習這門現(xiàn)代地理信息技術概論，使我更加了解了我們專業(yè)的重要性，更加熱愛自己的專業(yè)，也對地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)有了一個概念性的理解。