摘要：文章對(duì)基于PDA的GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，并探討了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中最短路徑分析及地圖匹配算法的優(yōu)化，希望給這方面研究起到一定指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：PDA；GIS；最短路徑；算法

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 20-0000-02

1 引言

PDA即掌上電腦，它屬于當(dāng)前發(fā)展及應(yīng)用都比較廣泛的一種移動(dòng)便攜式計(jì)算機(jī)，在其中入了Windows CE這一操作系統(tǒng)及其開(kāi)發(fā)環(huán)境，整體集信息的計(jì)算與信息于一身。另外，由于PDA可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式或者有線(xiàn)的方式連接到Internet，而且具有軟硬件擴(kuò)充的能力以及移動(dòng)性，因此作為移動(dòng)GIS理想平臺(tái)是非常合適的?；诖耍疚膶?duì)基于PDA的GIS系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的研究具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

2 基于PDA的GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)是指地圖數(shù)據(jù)，其中主要又可以分為企業(yè)、學(xué)校等信息點(diǎn)、道路、河流以及陸地等。在基于PDA的GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們選擇的為MapInfo數(shù)據(jù)模型，這一模型中屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是分開(kāi)的，其中，屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)為.TAB .DAT文件，而空間數(shù)據(jù)則先變?yōu)樽远x格式（.MAP），然后再保存到文件，這二者之間的聯(lián)系是通過(guò)ID文件這一索引機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，考慮到由于這一模型的空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不存在拓?fù)潢P(guān)系，所以要想實(shí)現(xiàn)路徑分析，則需要建立道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這方面的數(shù)據(jù)模型使用較為廣泛的是Arc-Node模型以及基于路段連接的模型。本文所為了研究的方便，所選擇的是Arc-Node結(jié)構(gòu)，其重要特點(diǎn)就是它既方便我們隊(duì)實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行表達(dá)，還可以做到其形式的簡(jiǎn)潔性。

在應(yīng)用Arc-Node這一模型的過(guò)程中，其主要的原理是使用一些折線(xiàn)段對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的道路進(jìn)行近似，換句話(huà)說(shuō)，在不影響精度的條件下，我們利用以曲代直的理念，以小段直線(xiàn)段構(gòu)成的連續(xù)折線(xiàn)段對(duì)真實(shí)道路代替，其中，小段的直線(xiàn)段被我們稱(chēng)之為Arc，而Arc端點(diǎn)則被稱(chēng)之為Node，通過(guò)這一方法，道路網(wǎng)絡(luò)將完全由Arc及Node構(gòu)成。在本系統(tǒng)中，我們先從道路圖層中進(jìn)行節(jié)路段、節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)提取，然后把其保存于NetArcs.txt、NetNodes.txt文件之中，另外，考慮到PDA的存儲(chǔ)空間有限以及系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的工作效率，節(jié)點(diǎn)以及弧段數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們只選擇必要的字段，它們的格式如下：

NetNodes.txt，這一文件主要由節(jié)點(diǎn)編號(hào)、經(jīng)度以及緯度這幾個(gè)部分構(gòu)成；NetArcs.txt，主要內(nèi)容可以分為起點(diǎn)編號(hào)、終點(diǎn)編號(hào)以及路段長(zhǎng)度。

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們規(guī)定起點(diǎn)的編號(hào)要比終點(diǎn)的編號(hào)小，換句話(huà)說(shuō)，一條無(wú)向路段只能夠被存儲(chǔ)一條，然后通過(guò)MapInfo Professional對(duì)路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)圖層進(jìn)行構(gòu)建，選擇節(jié)點(diǎn)編號(hào)當(dāng)作索引過(guò)程中的索引字段，這樣可以有效地節(jié)省存儲(chǔ)的空間。另外，系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)主要有：.ID、.gst .DAT、.TAB、MAP、.IND以及NetArcs.txt、NetNodes.txt文件。

2.2 基于PDA的GIS系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。主要可以分為嵌入式GIS以及桌面服務(wù)器軟件這兩部分，其中PDA段主要對(duì)GPS信號(hào)的接受及一些其他的操作進(jìn)行負(fù)責(zé)，而桌面服務(wù)器則主要對(duì)地圖數(shù)據(jù)設(shè)備進(jìn)行負(fù)責(zé)，這二者之間的連接是通過(guò)USB接口以及串口連接實(shí)現(xiàn)的，以下為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

（1）地圖瀏覽。通過(guò)地圖瀏覽模塊，我們可以實(shí)現(xiàn)地圖的放大、縮小、全圖查看、漫游以及圖層控制管理等，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，我們根據(jù)PDA自身的特點(diǎn)，使用了圖層管理、地圖符合圖式化以及地圖制圖綜合方法，確保了系統(tǒng)內(nèi)核的精煉以及瀏覽速度的快速，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。（2）查詢(xún)。實(shí)現(xiàn)興趣點(diǎn)定位查詢(xún)以及距離面積的測(cè)量查詢(xún)，其工作的流程是先依據(jù)信息點(diǎn)名稱(chēng)進(jìn)行查詢(xún)，然后將查詢(xún)的結(jié)果在地圖中顯示，此外，此系統(tǒng)對(duì)自定義多邊形面積測(cè)量以及連續(xù)折線(xiàn)距離測(cè)量都提供支持。（3）路徑分析。通過(guò)這一模塊，我們?cè)诘貓D上任意選擇起點(diǎn)及目的點(diǎn)，則系統(tǒng)將會(huì)給出一個(gè)最短的路徑，并將此路徑的長(zhǎng)度指出，通過(guò)這一模塊可以直觀清晰的了解最短路徑，為我們提供了極大的便利。（4）導(dǎo)航定位。通過(guò)定位/導(dǎo)航這一方式，把GPS的接收機(jī)和嵌入式設(shè)備進(jìn)行物理連接，然后通過(guò)串口將接收的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)傳輸給嵌入式設(shè)備，并依據(jù)NMEA0183等協(xié)議進(jìn)行定位數(shù)據(jù)的地區(qū)，進(jìn)而利用地圖進(jìn)行匹配，完成用戶(hù)的移動(dòng)定位。

3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

在基于PDA的GIS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，我們使用了MapX Mobile，它是基于對(duì)象鏈接嵌入技術(shù)的ActiveX控件，在EVC下對(duì)其屬性、響應(yīng)事件以及方法進(jìn)行設(shè)置就可以實(shí)現(xiàn)地圖的操作及顯示功能。具體來(lái)說(shuō)，它提供一些較為基礎(chǔ)的操作功能函數(shù)，比如對(duì)地圖進(jìn)行放大或者縮小，至于面積、距離的測(cè)量等，則需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。由于這一類(lèi)模塊的實(shí)現(xiàn)難度較低，本文不再進(jìn)行贅述，以下將分析這一過(guò)程中的所使用到的關(guān)鍵算法。

3.1 基于PDA的GIS系統(tǒng)最短路徑分析。對(duì)于不同的環(huán)境，路徑規(guī)劃，地圖網(wǎng)絡(luò)分析所使用的優(yōu)化目標(biāo)也是不同的。對(duì)于最短路徑，其主要包括“經(jīng)濟(jì)距離”最短、“純距離”最短、“時(shí)間距離”最短。此外，最短距離算法的分類(lèi)也比較多，其中，Dijkstra算法屬于最為常用的方法之一，但是這一算法在路網(wǎng)抽象方面所使用的是鄰接矩陣，其存儲(chǔ)空間及工作效率都存在著一些不足之外，因此，本文定義LinkN、LinkNi、LinkNt、LinkDist為輔助信息，主要作用是提升算法的搜索效率。經(jīng)過(guò)CFile類(lèi)對(duì)NetNodes.txt NetArcs.txt進(jìn)行讀取就能夠建立TrafficGraph路網(wǎng)。這里設(shè)V是頂點(diǎn)集合，U代表已求出的最短路徑終點(diǎn)的集合，則V-U代表了尚沒(méi)有確定的最短路徑頂點(diǎn)集合，另外，設(shè)pre[NodeMaxCount]是由起點(diǎn)f至節(jié)點(diǎn)j最短路徑的前一節(jié)點(diǎn)，則對(duì)于最短路徑算法求解的優(yōu)化為：

[1]對(duì)起點(diǎn)進(jìn)行初始化使其到其它節(jié)點(diǎn)距離為dist[NodeMaxCount]，取dist[v]等于-dist[v]；

[2]對(duì)dist[]數(shù)組進(jìn)行掃描，尋找出非負(fù)的、最小的dist[j]（j V-U），假如j=t，則路徑搜索結(jié)束，否則進(jìn)入[3]；

[3]把j并入到U中，此時(shí)dist[j]等于-dist[j]；

[4]對(duì)dist[k]（k V-U）進(jìn)行調(diào)整，分析由f出發(fā)經(jīng)j至k是否更短，進(jìn)行LinkN[j]次比較；假如LinkDistjk-dist[j]

[5]對(duì)[2][3][4]進(jìn)行重復(fù)NodeCount-1次。

3.2 地圖匹配。在本研究之中，地圖匹配算法主要是基于位置點(diǎn)匹配之上的，對(duì)于軟件的實(shí)現(xiàn)，主要又分為最近道路以及最近道路節(jié)點(diǎn)的搜索，具體算法為：

（1）在最短路徑的各路段中進(jìn)行目標(biāo)定位點(diǎn)目標(biāo)路徑的查找，具體方法是：對(duì)定位點(diǎn)到各路段之間的距離進(jìn)行計(jì)算，這一數(shù)字最小的則表示目標(biāo)路段。（2）目標(biāo)定位點(diǎn)投影匹配，對(duì)目標(biāo)路段所在邊垂足坐標(biāo)和目標(biāo)定位點(diǎn)的距離進(jìn)行計(jì)算。

通過(guò)這一過(guò)程就能夠獲取GPS定位點(diǎn)投影的坐標(biāo)，在本文的系統(tǒng)中，每間隔2處理一次$GPRMC幀數(shù)據(jù)，提取關(guān)心的字段，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，基于PDA的GIS系統(tǒng)有著很大的潛力，本文的研究雖然有一定指導(dǎo)作用，但還存在很多不足之處。因此，我們工作人員還要加強(qiáng)這方面的學(xué)習(xí)，使其獲得更廣、更深的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫名奎，王直杰，張玨.基于PDA—GPRS/GPS/GIS的移動(dòng)查詢(xún)監(jiān)控導(dǎo)航警務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2011，5.

[2]王攀.移動(dòng)GIS及其新應(yīng)用[J].測(cè)繪與空間地理信息，2010，5.