安曉飛，李治洪，李虹霖

（1. 華東師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 地理信息科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200241）

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，面向移動(dòng)客戶端的GIS應(yīng)用已成為一種趨勢(shì)。Google、百度、高德等互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)商迅速推出了基于移動(dòng)應(yīng)用的地圖API。專業(yè)的GIS軟件公司如ESRI也推出了移動(dòng)GIS的開發(fā)包。目前，利用Google地圖等API開發(fā)的移動(dòng)地圖應(yīng)用主要利用其已有的數(shù)據(jù)和功能，開發(fā)面向公眾的服務(wù)。由于數(shù)據(jù)和功能上的原因，不適用于開發(fā)面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的移動(dòng)GIS應(yīng)用。本文討論一種面向?qū)I(yè)領(lǐng)域、基于Android的移動(dòng)GIS技術(shù)框架和關(guān)鍵技術(shù)。

1 技術(shù)框架

本文討論的移動(dòng)GIS技術(shù)框架分為服務(wù)器端和客戶端兩部分。服務(wù)器端使用自主研發(fā)的Web地圖服務(wù)器（GeoServer），通過HTTP協(xié)議提供地圖瀏覽、查詢分析、專題制圖等功能接口。該地圖服務(wù)器采用了對(duì)象池技術(shù)，當(dāng)客戶端發(fā)出一個(gè)地圖請(qǐng)求時(shí)，GeoServer從對(duì)象池中調(diào)用一個(gè)空閑的地圖引擎實(shí)例（MapServer），來完成地圖的查詢分析任務(wù)。MapServer實(shí)例的數(shù)量和啟動(dòng)，可根據(jù)服務(wù)器資源自動(dòng)調(diào)整，因此響應(yīng)速度非?？靃1,2]（圖1）。

客戶端主要包括2個(gè)部分：地圖視圖（MapView）與通訊模塊。MapView是一個(gè)可重用的可視化容器組件，負(fù)責(zé)地圖顯示和處理與用戶的交互，如地圖縮放和查詢操作。MapView繼承自ViewGroup類，封裝了ImageView和ZoomControls兩個(gè)子View，用戶只需將MapView加入到已有的布局(Layout)，并調(diào)用相應(yīng)類的成員方法[3]，就可以開發(fā)相關(guān)的地圖應(yīng)用。

通訊模塊主要負(fù)責(zé)向GeoServer地圖服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并處理服務(wù)器返回的請(qǐng)求結(jié)果。用戶在MapView上的每一次操作，都會(huì)通過后臺(tái)線程(Background Thread)向服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，當(dāng)收到服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)后，后臺(tái)線程向主線程（UI Thread）發(fā)送消息（Message），由MapView負(fù)責(zé)地圖內(nèi)容的更新，從而實(shí)現(xiàn)地圖縮放、平移等效果?？蛻舳思胺?wù)器端的整體框架如圖1。

圖1 移動(dòng)客戶端GIS框架圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 地圖服務(wù)器通信協(xié)議和接口

目前，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，移動(dòng)客戶端和服務(wù)器端的通信方式主要有基于Socket和HTTP協(xié)議2種方式[4]。由于地圖的請(qǐng)求和交互操作不需要時(shí)刻保持監(jiān)聽，因此我們選擇HTTP通信方式。

GeoServer針對(duì)常用的地圖操作請(qǐng)求，設(shè)計(jì)并提供了相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問接口，客戶端只需要按照相應(yīng)的請(qǐng)求格式，使用HTTP協(xié)議，以GET/POST方式向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，并處理返回的響應(yīng)結(jié)果即可[5]。常用的請(qǐng)求接口如表1。

表中xxx為主機(jī)名，8080為端口號(hào)。Webmap接口用來提供地圖瀏覽服務(wù)；querymap接口提供地圖的查詢服務(wù)；參數(shù)map是所請(qǐng)求地圖的名稱；zoom表示地圖的縮放范圍，通過改變zoom的值實(shí)現(xiàn)地圖的放大和縮??；maptool表示當(dāng)前的地圖操作模式，如平移、縮放、查詢地圖等；參數(shù)return表示返回?cái)?shù)據(jù)的格式（如json）。

表1 GeoServer常用的地圖操作請(qǐng)求接口

由于HTTP是一種無狀態(tài)協(xié)議，每次發(fā)出的請(qǐng)求都被視作一個(gè)獨(dú)立的連接。同時(shí)，由于性能上的考慮，我們采用共享地圖服務(wù)實(shí)例的方式，所以進(jìn)行查詢或連續(xù)縮放地圖等操作時(shí)，需要有一個(gè)機(jī)制來保存用戶的地圖狀態(tài)。我們是通過Cookie技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)?shù)貓D客戶端在第一次連接服務(wù)器時(shí)，從頭文件中獲取一個(gè)SessionID，示例代碼如下：

String cookieValue=httpcon.getHeaderField("Set-Cookie");

sessionID=cookieValue.substring(0, cookieValue.indexOf(";"));

在后續(xù)的每次請(qǐng)求中，我們?cè)賹essionID以Cookie的方式返回給地圖服務(wù)器：

httpcon.setRequestProperty("Cookie", sessionID);

這樣就能保證在初始化一個(gè)地圖實(shí)例后，sessionID作為服務(wù)器端和客戶端的令牌（token）和關(guān)鍵字,輔助服務(wù)器來唯一標(biāo)識(shí)各客戶端地圖的狀態(tài)?？蛻舳撕头?wù)器端HTTP通信的具體流程如圖2所示。

圖2 實(shí)現(xiàn)地圖功能的HTTP通信流程

2.2 移動(dòng)客戶端多線程應(yīng)用框架

當(dāng)?shù)貓D客戶端第一次啟動(dòng)時(shí)，Android會(huì)啟動(dòng)一個(gè)相應(yīng)的主線程，負(fù)責(zé)處理與UI相關(guān)的事件，如用戶的按鍵事件、觸摸屏幕的事件以及屏幕繪圖等。主線程通常又叫作UI線程。

在移動(dòng)客戶端地圖應(yīng)用中，有許多非常耗時(shí)的任務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)訪問、復(fù)雜計(jì)算、圖片下載等。為了避免UI線程的阻塞，提高交互的流暢性，通常以新建并開啟后臺(tái)線程的方式，異步處理容易導(dǎo)致阻塞的任務(wù)[6]。

后臺(tái)線程主要負(fù)責(zé)請(qǐng)求地圖數(shù)據(jù)并通知UI線程來更新地圖內(nèi)容。我們?cè)O(shè)計(jì)并使用Handler對(duì)象作為信使(Courier)，負(fù)責(zé)消息的發(fā)送、消息內(nèi)容的處理等工作，后臺(tái)線程就是通過傳進(jìn)來的Handler對(duì)象發(fā)送消息。主線程收到消息后進(jìn)行地圖更新操作。代碼框架如下：

private class BackgroundThread extends Thread {

@Override

public void run() {

switch(operateType){

…………//根據(jù)地圖操作類型處理與Geoserver服務(wù)器的通信

}

//處理完成后使用Handler發(fā)送消息

Message msg = new Message();

msg.what = COMPLETED;

handler.sendMessage(msg);

}

}

UI線程收到后臺(tái)通信模塊發(fā)過來的消息后，就處理消息，即更新地圖。主要代碼如下：

private Handler handler=new Handler(){

@Override

public void handleMessage(Message msg) {

if(msg.what==COMPLETED){

if(myBitmap==null){

Toast.makeText(mContext, "沒有獲得地圖數(shù)據(jù)，請(qǐng)檢查網(wǎng)絡(luò)

連接或重新啟動(dòng)嘗試", Toast.LENGTH_LONG).show();

}else{

//接收到數(shù)據(jù)，更新地圖

mapContainer.setImageBitmap(myBitmap);

}

}

super.handleMessage(msg);

}

};

2.3 Android觸摸操作及手勢(shì)識(shí)別

在移動(dòng)設(shè)備上操作地圖，必須支持觸摸和手勢(shì)。與地圖相關(guān)的觸摸和手勢(shì)主要有：雙擊實(shí)現(xiàn)地圖的放大、兩點(diǎn)觸控縮放地圖以及通過滑動(dòng)來平移地圖等。

2.3.1 兩點(diǎn)觸控縮放地圖

Android應(yīng)用開發(fā)框架已經(jīng)封裝好了相應(yīng)的觸摸事件，用戶在不同的View控件上觸摸產(chǎn)生的Touch消息將被TouchListener獲取并進(jìn)行處理。我們可以在地圖容器控件中設(shè)置setOnTouchListener處理器進(jìn)行監(jiān)聽，然后在onTouch()方法中處理相應(yīng)操作，從而實(shí)現(xiàn)地圖的縮放、平移等。代碼框架如下：

mapContainer.setOnTouchListener(new OnTouch Listener(){

@Override

public boolean onTouch(View v, MotionEvent event) {

mapContainer=(ImageView)v;

switch(event.getAction()& MotionEvent.ACTION_MASK){

case MotionEvent.ACTION_DOWN:

//記錄第一次touch的位置坐標(biāo)

break;

case MotionEvent.ACTION_POINTER_DOWN:

eventDistance=calcDistance(event);

break;

case MotionEvent.ACTION_MOVE:

if(touchState==ZOOM){

float dist=calcDistance(event);

if(dist>eventDistance){

operateType=MAPZOOMIN;//當(dāng)兩點(diǎn)距離增大時(shí)放大地圖

}else{

operateType=MAPZOOMOUT;//當(dāng)兩點(diǎn)距離縮小時(shí)縮小地圖

}

new WorkThread().start();

}

break;

}

return true;

}

});

在onTouch方法中，當(dāng)監(jiān)聽到MotionEvent.ACTION_DOWN時(shí)，通過event參數(shù)獲取觸摸的兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，并計(jì)算出初始的距離。當(dāng)MotionEvent.ACTION_MOVE時(shí)，即當(dāng)兩指移動(dòng)時(shí)，再計(jì)算出當(dāng)前兩點(diǎn)距離，如果距離變大，則放大地圖，反之則縮小地圖。

2.3.2 手指滑動(dòng)平移地圖

當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)聽一個(gè)滑動(dòng)事件時(shí)，參數(shù)e1、e2分別為滑動(dòng)的初始位置和終點(diǎn)位置，velocityX和velocityY分別代表在x、y兩個(gè)方向上的滑動(dòng)速率。通過計(jì)算和變換，MapView把初始位置和終點(diǎn)位置的坐標(biāo)傳給后臺(tái)線程，然后由后臺(tái)線程向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求。示例代碼如下：

public abstract boolean onFling (MotionEvent e1,MotionEvent e2,

float velocityX, float velocityY){

if(e1!=null&&e2!=null){

x1=(int)e1.getX();

y1=(int)e1.getY();

x2=(int)e2.getX();

y2=(int)e2.getY();

operateType=MAPFLING;//把地圖操作類型設(shè)置為滑動(dòng)平移地圖

new BackgroundThread().start();

}

return true;

}

2.3.3 連擊放大地圖

當(dāng)連續(xù)兩次點(diǎn)擊屏幕時(shí)會(huì)觸發(fā)該方法。我們通過重寫onDoubleTap事件監(jiān)聽器，并在方法體中啟動(dòng)相應(yīng)的后臺(tái)線程，向服務(wù)器發(fā)出操作參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)擊位置為中心的放大地圖功能。

public boolean onDoubleTap (MotionEvent e){

Projection p=new Projection();

//將點(diǎn)擊處的屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地理坐標(biāo)

GeoPoint geoPoint=p.fromPixels((int)e.getX(),(int)e.getY(),

width,height,zoomValue,centerX,centerY);

centerX=geoPoint.getLongitude();

centerY=geoPoint.getLatitude();

operateType=MAPDOUBLETOUCH;//將地圖操作類型設(shè)置為雙擊放大地圖

new BackgroundThread().start();

return super.onDoubleTap(e);

}

3 功能實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 客戶端地圖開發(fā)包調(diào)用流程

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android移動(dòng)客戶端GIS應(yīng)用框架，并形成了一個(gè)移動(dòng)地圖開發(fā)包。用戶可以基于該開發(fā)包進(jìn)行二次開發(fā)，搭建基礎(chǔ)的地圖應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息查詢、地圖定位、專題制圖等功能。客戶端工具包的調(diào)用流程如下：

1）首先獲取由上述幾個(gè)核心類打包生成的geomapapi.jar；

2） 在Eclipse下新建Android項(xiàng)目，添加libs文件夾，并把geomapapi.jar拷到libs文件夾下；

3）在新建的Activity中引入所需的類：

import com.any.geomap.MapView;

import com.any.geomap.GeoPoint;

import com.any.geomap.Projection;

4）在AndroidManifest.xml文件中添加訪問網(wǎng)絡(luò)的權(quán)限：

5）在layout文件夾下的main.xml布局文件中，添加MapView：

android:id="@+id/myMapView" />

6）在新建的Activity中初始化MapView并調(diào)用相關(guān)方法[7]，代碼如下：

public class GeoMapAPI extends Activity {

MapView mapView;

@Override

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

setContentView(R.layout.main);

mapView=(MapView)findViewById(R.id.myMapView);

mapView.getMap("gzmap");//顯示地圖，地圖工作空間名為gzmap

mapView.enableGesture();//允許使用手勢(shì)操作

}

}

3.2 應(yīng)用案例

我們基于這個(gè)移動(dòng)地圖開發(fā)包，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)可在安卓移動(dòng)平臺(tái)上運(yùn)行的上海港政地理信息系統(tǒng)移動(dòng)版原型（圖3）。上海港政地理信息系統(tǒng)是一個(gè)基于Web的用來管理上海港各岸線段、碼頭、泊位的地理信息系統(tǒng)。移動(dòng)版原型系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了地圖平移縮放、點(diǎn)查詢及Info查詢、要素的定位顯示、圖層控制等功能。

圖3顯示的位置是長(zhǎng)江口和黃浦江，藍(lán)色線狀要素表示岸線，綠色的多邊形狀標(biāo)識(shí)是泊位，點(diǎn)狀標(biāo)記是燈塔。用戶可以通過菜單里的相應(yīng)操作實(shí)現(xiàn)地圖基本功能，還可以使用右下角的控件實(shí)現(xiàn)地圖的縮放、通過雙擊地圖來放大地圖、滑動(dòng)屏幕實(shí)現(xiàn)地圖的平移。用戶可以點(diǎn)擊地圖上某個(gè)位置來查詢岸線和碼頭的信息，也可以根據(jù)岸線或泊位的名字來查詢以及在地圖上定位查詢結(jié)果并高亮顯示。

圖3 上海港政地理信息系統(tǒng)移動(dòng)版

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