（通信与信息系统专业论文）基于svg的手机地图系统研究与实现.pdf

摘要近年来，计算机、移动通信、网络技术的发展，为传统的电子地图研究带来了新的发展契机。传统电子地图从基于桌面p c 的单机电子地图发展到基于客户端和服务器的网络地图，现在，又朝着手机地图的方向迈进。随着手机地图的兴起，基于j 2 m e 的手机地图系统成为了研究热点之一。但是，一方面手机在内存、存储设备、c u p 等方面存在着有限性，另一方面手机地图系统需要海量的空间地理数据，这两者之间的矛盾制约了手机地图系统的发展，而w 3 c 制定的s v g 规范能很好地解决这个问题，它的子集m o b i l es v g 更是专门为存储空间、电池容量和网络带宽有限的移动设备而设计的。首先，本文概括了s v g 规范和m o b i l es v g ，研究了采用m o b i l es v g 规范对地图数据进行编码的可行性，接着介绍了一种应用于手机等低端移动设备的“有限小区域地图编码 。这种编码把地物按类别放置在i d 不同的图层上，对于地物的属性信息采用外联法，通过地物的i d 和属性表对应来获取数据。本文借助j a v a 、w t k 和e c l i p s e 开发平台，设计并实现了一个基于s v g 的手机地图系统。该系统采用一种两层半的c s 体系结构，它将一些简单功能的实现放在客户端上( 如地图平移和缩放) ，将一些复杂的操作及属性信息放在服务器上。这既有利于充分利用手机有限的资源，又能使反应速度加快。手机客户端利用j s r 2 2 6 实现s v g 地图显示、平移、缩放和地物搜索定位的功能，利用h t t p 协议与服务器进行通信，查询属性信息。在服务器端，系统利用j a v a 、d o m 4 j 开发包和j d b c 技术设计并实现生成s v g 地图的j 2 s e 程序和用来与客户端进行交互的s e r v l e t 程序。通过实验结果表明，基于s v g 的手机地图系统同传统的基于位图的手机地图系统相比，具有许多优势。例如，基于s v g 的手机地图占用的数据量更小；基于s v g 的手机地图进行缩放操作时不存在失真现象；基于s v g 的客户端解决方案，有利于解决客户端与服务器端的负载平衡问题。关键词：s v g ，手机地图，w t k ，j 2 m ea b s t r a c ti nt h er e c e n ty e a r s ，t h es t u d i e so nt h et r a d i t i o n a le l e c t r o n i cm a ph a v eb e n e f i t e dal o tf r o mt h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e r ，m o b i l ec o m m u n i c a t i o na n dn e t w o r kt e c h n o l o g y t h et r a d i t i o n a le l e c t r o n i cm a pt h a ti st h ei n d i v i d u a lo n eb a s e do nt h et a b l e t o pp ch a sd e v e l o p e di n t oal 【i 1 1 do fw e bm a pb a s e do nt h ec l i e n ta n ds e r v e r ，a n dn o wi sm o v i n gt o w a r d st h em o b i l em a p t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nm o b i l em a ps y s t e mo nt h eb a s eo fj 2 m ei sb e c o m i n gah o ts p o ta l o n gt h er i s eo fm o b i l em a p h o w e v e r ，t h e r ei sal i m i t a t i o ni nm e m o r y ，s t o r a g ed e v i c e ，c p uo fm o b i l ep h o n e ，a n do nt h eo t h e rh a n dt h e r ei san e e d o fh u g ea m o u n t so fs p a c e g e o g r a p h i cd a t af o rm o b i l em a ps y s t e m t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nt h e mw i l lr e s t r i c tt h ed e v e l o p m e n to fm o b i l em a ps y s t e m s v gp r o f i l e sc r e a t e db yw 3 cc a ns o l v et h ep r o b l e mw e l l ，a n di t ss u b s e tm o b i l es v gi sd e s i g n e ds p e c i a l l yf o rm o b i l ee q u i p m e n t ，w h i c hh a sal i m i t a t i o ni ns t o r a g ed e v i c e ，c e l lc a p a c i t ya n dn e t w o r kb a n d w i d t ha tt h eb e g i n n i n g ，t h i st h e s i ss u m m a r i z e ss v gp r o f i l e sa n dm o b i l es v g ，a n ds t u d i e st h ef e a s i b i l i t yo fc o d i n gt h em a pd a t aw i t hm o b i l es v gp r o f i l e s t h e nt h et h e s i si n t r o d u c e s “ak i n do fm a pc o d i n gw i t h i nas m a l la r e a a p p l i e dt ot h el o ws i d em o b i l ee q u i p m e n tl i k et h em o b i l ep h o n e t h i sc o d i n gp u t sd i f f e r e n tk i n do fo b j e c t so nn o tt h es a n l el a y e rw i t hd i f f e r e n ti d ，a n du s eo u t r e a c ha c tt og e tt h ed a t ab yc o r r e s p o n d i n gi do fl a y e rt oa t t r i b u t et a b l e t h i st h e s i sd e s i g n sa n di m p l e m e n t sam o b i l em a ps y s t e mb a s e do ns v ge m p l o y i n gj a v a ，w t ka n de c l i p s ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m t h es y s t e ma d o p t st h e2 5l a y e r sc sa r c h i t e c t u r e ，w h i c hp u t st h ei m p l e m e n t a t i o no fs o m es i m p l ef u n c t i o n i n gi nt h es i d eo fc l i e n t( s u c ha st r a n s l a t i n ga n dc h a n g i n gs i z eo fs v gm a p ) w h i l ep u t t i n gs o m ec o m p l i c a t e do p e r a t i n ga n da t t r i b u t i o nm e s s a g ei nt h es i d eo fs e r v e r t h u si ti so fg r e a th e l pt on o to n l yt a k ea d v a n t a g eo fl i m i t e dr e s o u r c e so fm o b i l ep h o n eb u ta l s oa c c e l e r a t et h er e s p o n s es p e e d t h ec l i e n to fm o b i l ep h o n ec a nn o to n l yd i s p l a y ，t r a n s l a t e ，c h a n g et h es i z es v gm a pa n dl o c a t et h eo b j e c t sb ym e a n so fj s r 2 2 6 ，b u ta l s oc o m m u n i c a t ew i t ht h es e r v e rb ym e a n sh t t pp r o t o c o l ，i n q u i r i n gt h em e s s a g eo f a t t r i b u t i o n a tt h es i d eo fs e r v e r ，t h es y s t e m ，e m p l o y i n gj a v a ，d o m 4 jp a c k a g e ，a n dj d b c ，d e s i g n sa n di m p l e m e n t st h ej 2 s ep r o g r a mt oc r e a t es v gm o b i l em a pa n dt h es e r v l e tp r o g r a mt oi n t e r a c tw i t hc l i e n t i nc o m p a r i s o nw i t ht h et r a d i t i o n a lm o b i l em a ps y s t e mb a s e do nb i t m a p ，t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v ei n d i c a t e dt h a tt h em o b i l em a ps y s t e mb a s e do ns v gh a sm a n ym o r ea d v a n t a g e s f o re x a m p l e s ，t h em o b i l em a pb a s e do ns v gh a ss m a l l e rd a t a ；i td o e sn o th a v ed i s t o r t i o np h e n o m e n o nd u r i n gt h ez o o m i n go p e r a t i o n ；a n dt h ec l i e n ts i d es o l u t i o nb a s e do ns v gc a ns o l v et h el o a db a l a n c ep r o b l e mb e t w e e nt h ec l i e n ts i d ea n dt h es e r v e rs i d e k e yw o r d s ：s v g ，m o b i l em 印，w t k ，j 2 m e海南大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：折研日期：z ，1 7 7 年歹月易日日期：z 棚7 年孑月肜日学位论文版权使用授权说明本人完全了解海南大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权海南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本人在导师指导下完成的论文成果，知识产权归属海南大学。保密论文在解密后遵守此规定。，：橱砷新虢韵李，u日期：五研年石月1 0 日日期：仂ot 年占爿f 汨本人已经认真阅读“c a m s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中规定享受相关论文作者签名：刁孑而碲日期：弘研年歹月口日导师签名：醐砌。7 年1 绪论1 1 研究背景及意义社会的发展，生活节奏的加快，使节省时间、提高效率成了普遍的追求。而移动通信技术、移动计算技术的高速发展，使手机已经不再仅仅作为移动通话工具而存在，它已经成为了现代生活的一个随身携带的必备品。正是由于随身携带这一特点，使得用户对手机的附) i i i i 务提出了更高的要求。根据调查显示，8 7 的互联网用户都曾经使用过在线电子地图服务来查找地点、驾车路线或是获取周边信息。手机比个人电脑携带更加方便、比p d a 拥有更庞大的客户群，因此人们期待通过手机及时查找相关地理位置信息也就成了顺理成章的事情。有了需求，也就有了市场。传统g i s ( 地理信息系统) 与移动通讯技术相结合，形成了如今g i s 最热门的应用之一移动g i s 。移动g i s 可以为人们提供多种服务，其中的手机地图服务就是一项有着巨大市场的增值业务，在市场的驱动下，手机地图服务必将得到广阔的发展空间。手机地图的空间数据部分与在线电子地图的空间数据并无太大的区别，但是面向手机的地图服务是空间信息技术、移动通信技术、移动计算技术等相结合的产物，它具有移动性、手机的多样性、客户端“极瘦与服务器端“极胖、有限带宽等特点。所以在设计和实现手机地图服务时需要对其特点进行充分的考虑，从而选择合适的地图格式和服务的实现技术，这成为系统构建的首要任务。目前g o o g l e 、百度、中国移动和中国联通等推出的手机地图业务大多基于位图格式。位图格式的图片每次放大都会产生失真现象，为了解决这个问题，一般做法是再一次对服务器发出请求，服务器再将失真部分的图片信息返回给手机客户端，这样就会增加流量，并且需要一定的响应时间。另外，位图还存在和客户不能进行交互，进行检索极为不便等缺点。因此，对于以点、线、面为主要内容、可以忽略许多地物形状细节的手机地图来说，使用矢量格式更为合适。s v g ( s e a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ，可缩放矢量图像) 口1 是互联网联盟( w 3 c ) 为适应i n t e m e t 应用的飞速发展而制定的一套基于x m l 语言的可缩放矢量图形语言描述规范。s v g 的大部分特性非常适合于无线领域的图形应用，同时无线领域要求开发更适合于移动设备上应用的s v g 形式，所以为了满足业界的需求，w 3 c 的s v g 工作小组制订了适合于移动应用领域的专用标准子集m o b i l es v g 。m o b i l es v g 作为s v g 的子集，具有矢量格式的一般特性，与位图相比，具有许多独特的优点脚：( 1 ) 具有很高的图像品质。因为是矢量图像，分辨率独立，用户可以自由的缩放图像而不会破坏图像的清晰度。这对于查看地图的细节，例如地图中的文字，是非常有用的；( 2 ) 图像中的文字独立。m o b i l es v g 图像中的文字对立与图像，查找图像中的字符在m o b i l es v g 中成可能，而这在位图中是不可思议的：( 3 ) 较小的文件尺寸。因为是使用语句完成图像，而且采用简单高效的矢量指令，使得m o b i l es v g 文档更小。另外，z i p 或h 兀p 1 1 等类似的压缩方法对于m o b i l es v g 图像有相当大的影响，通过压缩也可以进一步减小文件尺寸。基于这一显著优势，m o b i l es v g 可以作为解决目前手机带宽瓶颈的最佳方案；( 4 ) 色彩适应性更强。作为s v g 在手机上的应用，m o b i l es v g 图像具有一个1 6 0 0 万色彩的调色板，支持i c c ( 国际色彩协会) 色彩标准，支持r g b 色彩模式；( 5 ) 强交互性。由于s v g 完全支持文档对象模型( d o m ) ，因此m o b i l es v g 中的图形对象完全可以接受外部事件的驱动，以实现自身或对其它图形对象的控制；( 6 ) 支持互动和动画。m o b i l es v g 支持s m i l ( s y n c h r o n i z e dm u l t i m e d i ai n t e g r a t i o nl a n g u a g e ) ，允许用户自由地同m o b i l es v g 中的元素完成一些互动，从而完成既定目标；( 7 ) 可随意的进行漫游和缩放，而无需在服务器端生成新的位图；( 8 ) 显示控制。手机可以根据需要对m o b i l es v g 手机地图中的街道、标注和边界等地物对象进行可见性控制。另外，m o b i l es v g 之所以从众多矢量格式中脱颖而出，成为最适合制作手机地图的一种矢量格式，是因为它与其它的矢量格式相比，有着下列众多优点：( 1 ) m o b i l es v g 是专门为存储空间、电池容量和网络带宽有限的移动设备而设计的，其它矢量格式在相同情况下应用会显得太大或太复杂；( 2 ) s v g 是唯一的一种真正开放式的、不依赖供应商的2 d 矢量图形格式。s v g 不属于任何人，也没有专利权，这意味着任何人都可以无缝地创作和分享内容。作为s v g 的子集，m o b i l es v g 自然也是开放式的图形格式；( 3 ) 基于x m l 标准。x m l 是w 3 c 的推荐标准，用于结构化的信息交换，已经得到了广泛的普及和应用。m o b i l es v g 是建立在x m l 基础上的，具有明显的优势，如：广泛的国际化基础、强大的结构化能力以及对象模型等。m o b i l es v g 是基于x m l 的，因此它很容易集成到基于x m l 的应用中去；( 4 ) 灵活易用的文件格式。m o b i l es v g 文件是以文本的形式( x m l ) 存放的，不用任何图像处理工具，仅仅用记事本就可以生成或修改m o b i l es v g 图像。正是由于上述这些位图和一般矢量图形所不具有的优点，使m o b i l es v g 成为了下一代手机地图格式的首选。s u n 公司开发的j a v a 技术包括j a v a 语言和j a v a 平台。j a v a 语言已经相当成熟，而j a v a平台主要包括三个开发版本：应用于嵌入式设备的j 2 m e 开发平台、面向一般应用的j 2 s e开发平台、面向企业级应用的j 2 e e 平台。将成熟的j a v a 开发框架应用到移动系统的开发能够解决系统在稳定性、安全性、可移植性等方面的诸多问题。另夕b j a v a 是开放式的，不存在版权问题，这为系统以后的发布避免了版权的纠纷。应用m o b i l es v g 、j a v a 技术设计开发手机地图系统具有多方面的优势，为未来移动2g i s 的手机地图服务开发提出了一种开发方法。在手机地图系统的开发与设计中，应用跨平台的j a v a 技术设计系统的总体框架、应用m o b i l es v g 规范表达地图的空间数据，能够解决系统的跨平台性，提高系统客户端的响应速度，减小网络传输负担与延时。因此，开发基于m o b i l es v g 的手机地图系统具有十分重要的理论和现实意义。1 2m o b i l es v g 手机地图研究动态及发展概况1 2 1 手机地图发展概况移动通信技术、移动计算技术的迅速发展使得手机得到了迅速的普及。根据c n n i c和m i i t 数据，至2 0 0 7 年1 2 月，中国互联网用户已2 1 亿，而手机用户有5 4 7 亿，是互联网用户数的2 5 倍多。在地理信息领域里，人们的生产和生活中8 0 以上的信息和地理空间位置有关。手机和地图的融合必将彻底改变人们的生活。根据市场的需求，近几年来，g o o g l e 、百度、m a p a b c 、中国移动和中国联通等推出的手机地图业务，受到了广大客户的欢迎。手机地图业务是客户在手机上以客户端软件或w a p 形式，通过图形化界面实现定位自己或他人、搜索城市信息、规划交通路线等功能的位置业务。手机地图是地理信息系统在无线通讯网中的最新应用。地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是2 0 世纪6 0 年代提出并逐渐发展起来的一种集采集、存储、管理、分析和输出各种地理信息为一体的信息系统。它集计算机、测绘、遥感、地理学、空间科学、信息科学和管理科学于一身，是多种学科交叉的产物。随着智能终端和无线互联网的成功应用于人们的生活，同时与之配套的外围硬件，如g p s 的出现，进一步扩展了这些智能终端的应用领域。不言而喻，智能终端、g p s 、无线互联网等新的技术应用于g i s 领域，必将丰富g i s 的理论。国际g i s 界将g i s + g p s + 无线互联网的一体化的研究称为移动g i s ( m o b i l eg i s ) h 1 。手机地图服务的方式以现有技术从服务模式上可分为短信服务和手机上网服务两种引。( 1 ) 短信服务模式，主要以s m s 以及m m s 为主。s m s ( s h o r tm e s s a g i n gs e r v i c e ) 是一种在移动网络上传输简短消息的无线应用，是一种有限长度文本在移动网络上存储和转寄的过程。s m s 使用简单方便，应用非常普及，但在内容和应用方面存在技术标准的限制，只能提供文字信息，而且文字的长度有限。对于地图服务而言，用简短的文字信息很难满足用户的需求。m m s ( m u l t i m e d i am e s s a g i n gs e r v i c e ) 以w a p 无线应用协议为载体传送视频片段、图片、声音和文字。m m s 不像w a p 技术的b r o w s e r 方式需要庞大而复杂的网关，实现手段也相对简单，对客户端也没有太高的要求，而且应用较为广泛。但对于手机用户来说，它只发送图形数据，用户不能有太多的操作能力。目前m m s 所支持的图片格式多为位图格式，放大时会得到模糊、有棱角的图像，而且位图格式地图的数据量较大，不利于无线传输和移动计算。( 2 ) 手机上网服务模式，以w a p 和j 2 m e 为主。目前，手机地图业务用的都是j 2 m e 。3通过w a p 技术，手机用户几乎可以在任何地方、时间获得网络提供的服务。然而基于w a p 技术的b r o w s e r 方式访问i n t e m e t 存在着一定的缺陷：不能直接访问i n t e r n e t ，需要庞大的g a t e w a y 过滤；只能显示w m l ，不能显示复杂格式图形；在线交易增加服务器负荷，速度慢；不能访问本地存储区。j 2 m e 提供了h t t p 高级i n t e m e t 协议，使手机能以c l i e n t s e r v e r 方式直接访问i n t e m e t 的全部信息，而且还能访问本地存储区，如手机已经存有地图则不必在向服务器申请地图数据，应用程序直接访问存于手机中的数据进行计算，有效减少了数据传输量。此外有越来越多的手机支持j 2 m e ，有利与服务的大众化。j 2 m e 与w a pb r o w s e r 方式和m m s 相比较有以下优点：直接访问i n t e m e t 全部信息；不同的c l i e n t 访问各种各样的文件；最高效率的在线交互；访问本地存储区，提高效率；客户端程序可实时下载至本地执行。正是由于j 2 m e 有着众多的优点，随着手机的发展，智能手机的普及，越来越多的手机地图服务应用开始基于j 2 m e 而不是w a p 。1 2 2m o b i l es v g 国内外研究动态及发展概况作为本论文的核心技术，s v g 自1 9 9 9 年w 3 c 出台第一份草案、2 0 0 0 年正式发布建议书以来，经过近十年的发展，已经得到了各界的承认，其应用也已经从原来单纯的从事图形文件的描述发展到今天的g i s 、3 g 手机、生物信息、网络游戏等等诸多方面的应用。尤其在2 0 0 7 年和2 0 0 8 年，s v g 应用更是进入了一个高速发展时期。2 0 0 7 年9 月4 日至7 日，在日本东京召开的第五届s v g 国际会议和2 0 0 8 年8 月2 6 日至2 8 日，在德国纽伦堡召开的第六届s v g 国际会议，全世界的s v g 使用者就s v g 的使用、开发等诸多方面展开讨论，并向世界展示了s v g 在各个领域中的最新应用，从中，我们完全可以预见到s v g 的美好未来。在这几届s v g 国际会议中，我们可以看到，s v g 在p c 机上的应用已经在多个领域中蓬勃发展，如电力、w e b g i s ，气象监控、元件设计、室内设计等等，但s v g 在移动设备上的应用还不是很多，其中有一个基于s v g 的手机景区导航系统阳1 是当时的亮点。由于手机、p d a 等移动设备在内存、存储设备等方面的诸多限制，不可能实现s v g规范口1 。于是w 3 c 针对嵌入式设备开发出了m o b i l es v g 规范，m o b i l es v g 是被3 g p p 为多媒体服务采纳的一个新的图形标准，它分为两个子集：m o b i l es v gt i n y 和m o b i l es v gb a s i c 。前者主要用于手机等低端嵌入式设备，后者主要用于p d a 等高端嵌入式设备阿3 。将s v g 应用与地理空间数据的传输和表现，特别是在g i s 中的应用是目前该领域的研究热点，并且已经取得了很大的发展。但是它的子集m o b i l es v gt i n y ( s v g t ) 和m o b i l e4s v gb a s i c ( s v g b ) 应用到基于嵌入式设备移动g i s 的开发才起步不久。2 0 0 2 年3 月w 3 c公布了m o b i l es v g 规范，6 年多过去了，已经有不少公司、组织和个人开展了相关问题的研究。将s v g 应用于移动g i s 的开发，首先应解决地图数据的编码问题，目前，已经有许多软件可以把原有的m a p l n f o 、a r c l n f o 数据格式转换成s v g 形式，这就为获得更新、更准确的s v g 地图提供了有力的支持。另外，还有a d o b ei l l u s t r a t o r 等软件可以将s v g 图形保存为符合s v g t l 1 规范的文件，这样就为s v g 图像能在移动设备上得到更好的应用打下了基础。为了让m o b i l es v g 与j 2 m e 能得到更好的结合，负责制订j a v ap r o f i l e 规格的j c p 组织( j a v ac o m m u n i t yp r o c e s s ) 于2 0 0 4 年公布了一个可于行动平台上绘$ 1 j 2 d 矢量图形功能的套件( p a c k a g e ) 一s c a l a b l e2 dv e c t o rg r a p h i c sa p i 。因其j s r ( j a v as p e c i f i c a t i o nr e q u e s t )标号订为2 2 6 ，故我们j s r 2 2 6 称之呻3 。j s r 2 2 6 是由n o k i a 这家手机大厂主导制订的，其他的专家群( e x p e r tg r o u p ) 成员包括s o n y e r i c s s o n 、m o t o r o l a 、s i e m e n s 、s u nm i c r o s y s t e m s 、i b m 、t e x a si n s t r u m e n t s 、s y m b i a n 等等。在j 2 m e 开发环境上，j s r 2 2 6 规格定义了可缩放2 d 矢量图形的应用程式界面，并且必须支持s v gt i n yp r o f i l e ，并相容于s v g t1 1 。其执行平台适用于记忆体容量、屏幕大小及计算效能有限的行动装置上。j s r 2 2 6 是一套较为高阶的矢量绘图标准。此规格提供了可用来绘$ i j s c a l a b l e2 dv e c t o ri m a g e s 的a p i 套件，其中包含了s v g 格式的影像档。由于j s r 2 2 6 必须支持s v gt i n yp r o f i l e 特性的关保，j s r 2 2 6 应该具备具有延伸机制的能力。随着s v gp r o f i l e s 未来可能的发展，才能达到完全支持的效果。最后说明j s r 2 2 6这套程式界面的应用，主要项目包括地图视觉化、可缩放的图示( i c o n ) 、及其他必须符合自由缩放需求的进阶应用。附带一提，h y b r i d 这家公司目前已经开始准备发展j s r 2 2 6标准规格的相关工作了。随着j s r 2 2 6 的制定，越来越多的手机支持j s r 2 2 6 ，s v g 在手机上的应用已经进入了一个飞速发展的时期。2 0 0 8 年1 2 月，w 3 c 发布了s v gt i n y l 2 ，j p c 也抓紧了对j s r 2 2 6 的升级版j s r 2 8 7 的制定工作。相信随着s v gt i n y l 2 的成熟及手机对j s r 2 8 7 的逐步支持，s v g 在手机上的应用将会进入另一个黄金发展期。s v g 手机地图可以提供的服务将会越来越多，服务的方式也将会越来越丰富。在国内，s v g 在p c 机上的应用已经得到了很好的发展，尤其是在电力系统和w r e b g i s 方面已经有了较为成熟的产品。在移动g i s 方面，国内大多采用成熟的开发包t i n y l i n es v g 或b a t i k 对m o b i l es v g 进行开发。j s r 2 2 6 与它们相比，在移动g i s 开发方面，有着一些先天的优势：( 1 ) j s r 2 2 6 是各大手机厂商联合推出的，所以在手机出场时，j s r 2 2 6 已经嵌入到手机当中，而其它开发包都需要后期的加载：( 2 ) j s r 2 2 6 与其它开发包相比要小的多；( 3 ) j s r 2 2 6 与j p c 组织公布的其它j s r 有着天然的联系，能更好的兼容。例如，进行g p s 定位的j s r l 7 9 。正是由于这些优势，国外在移动g i s 方面的研究已经逐步转向j s r 2 2 6 。但是由于j s r 2 2 6 不支持中文，国内对s v g 在j 2 m e 手机上基于j s r 2 2 6 的应用大多停留在无文字图片、动画的阶段，对需要中文标示的s v g 手机地图的研究并不多。不过随着预期要支持中文的j s r 2 8 7 的出现，我相信国内的s v g 手机地图研究将会进入一个发展期。1 3 研究的内容及目的本文的研究工作基本上分为三个步骤：( 1 ) 首先，分析了s v g 相对于传统位图格式的优势，将s v g 引入到位图格式占主导地位的手机地图领域。分析了m o b i l es v g 规范及其子集s v gt i n y l 1 ，并对s v g 技术进行深入的学习，了解s v g 的文档结构，探讨采用m o b i l es v g 规范对地图数据进行编码的可行性及如何绘制适合手机的s v g 地图。由于手机在内存、存储设备、c u p等方面存在着有限性，而且手机地图服务不同于有线网络的地图服务，没有必要过于关注地物形状的细节，所以我们在绘制s v g 手机地图时可以简化甚至忽略掉许多地物形状的细节，从而减少地图的数据量。( 2 ) 其次，分析了传统的c s 和b s 体系结构，结合两者的优点，采用一种更适合手机等有限资源移动设备的两层半c s 体系结构，合理分配了c l i e n t 和s e r v e r 两端的运算工作量和任务。这种结构严格来说是一种三层结构，只是它把一些简单功能的实现放在了客户端，这样就避免了在每次进行一些简单操作时，手机都要和后台服务器进行无线通信，这既有利于充分利用手机有限的资源，又能加快系统的反应速度，从而达到改善用户感官体验度的目的。( 3 ) 最后，在两层半c s 体系结构的基础上细化每一层的结构及其功能模块，并编写程序代码完成这些功能。s v g 手机地图系统涉及到多种技术，其中包括体系结构设计、操作系统、文件系统、无线通信、地理信息系统、图面信息简化、地图数据压缩、j a v a 语言、m o b i l es v g 、j 2 m e及许多在手机上应用的j s ra p i ( 如：j s r 7 5 ，p d ap r o f i l ef o rj 2 m e ：j s r l7 2 ，j a x px m lp a r s e r ：j s r 2 2 6 ，s c a l a b l e2 dv e c t o rg r a p h i c sa p i 等) ，是多学科交叉、多技术融合的系统。本文设计并实现的这个基于s v g 的手机地图系统，为进一步开发能应用在一般j a v a手机上，具有l b s ( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ，基于位置服务) 、导航及多种信息咨询等延伸服务的移动g i s 系统打下基础。62 s v g 技术介绍2 1s v g 规范概述s v g 规范是万维网联盟( w 3 c ) 为适应i n t e m e t 应用的飞速发展而制定的一套基于x m l 语言的可缩放矢量图形语言描述规范。s v g 是用来描述二维矢量图形和矢量点阵混合图形的标记语言，其全称是可缩放矢量图形( s c a l a b l ev e c t o rg r a p h i c s ) 。其中，“可缩放”( s c a l a b l e ) 一词在图形图像技术上指的是它不局限于固定的分辨率和大小，譬如可在不同分辨率的屏幕上以相同的大小显示，也可以在同一个网页中以不同的大小或观全局或观细节；而在网络技术上，则指的是这一规范能够与其它规范相融合，从而能满足更广泛的用户需求，并适合于更广泛的应用方式。“矢量”( v e c t o r ) 是指规范中描述了直线、曲线、形状等几何图形是如何按指令绘制的，而无须像p n g ，j p e g 等图像格式那样逐象素进行描述。“图形”( g r a p h i c s ) 是指它提供了对矢量和矢量栅格混合图形的描述，因而填补了大多数基于x m l 的标记语言规范对复杂图形描述的空白n 引。w 3 c 对s v g 的解释是：s v g 是一种使用x m l 来描述二维图形的语言。它允许三种形式的图形对象存在：矢量图形、点阵图像和文本。各种图形对象能够组合、变换，并且修改其样式，也能够定义成预处理对象。文本是x m l 名字空间中的有效字符，这些字符能被作为s v g 图形的关键字保留在搜索引擎中。s v g 的功能包括嵌套变换、路径剪裁、透明度处理、滤镜效果以及其它扩展，同时，s v g 图形支持动画和交互，也支持完整的x m l 的d o m 接口。任何一种s v g 图形元素都能使用脚本来处理类似于鼠标单击、双击以及键盘输入等事件。并且因为同w e b 标准兼容的缘故，s v g 还能够在同一个w e b 页面罩凭着继承自x m l 的名字空间等特性来完成一系列交互操作1 。根据功能不同，s v g 的主要对象可归为基本要素对象和页面描述功能对象两大类，如图2 1 和图2 2 所示。图2 1 基本要素对象7图2 2 贝向描述功能对象2 2s v g 的特征2 2 1 基于x m l 标准x m l 是公认的拥有无穷生命力的下一代网络标记语言。与h t m l 一样，x m l 也源自s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z em a r k u pl a n g u a g e 标准通用标记语言) ，它拥有h t m l 语言所缺乏的巨大的伸缩性和灵活性。x m l 不再像h t m l 一样有着一成不变的格式，它实际上是一种元标记语言，使用者可以定义无限个标记来描述文件中的任何数据元素，从而突破h t m l 固定标记集合的约束，使文件的内容更丰富、更复杂、更容易组成一个完整的信息体系。2 2 2 由文本构成的图像s v g 最奇妙之处在于它是一种文本格式的图像。也就是说，我们可以不用任何图像处理工具，仅仅用记事本就可以生成一个s v g 图像。这对图像处理的工作者来说可能会感到不可思议。其实仔细想想也可以理解，矢量图像一般是以算法指令来描述，而s v g 就是采用了这样的指令方式。建立在文本基础上的s v g 图像中的所有的描述语句都可以直接观察到，所以非常容易进行二次修改与更新，“可升级”的特点在这里可以得到恰当的体现。2 2 3 灵活的文件格式s v g 可升级的特性不仅仅表现在二次修改方面，还表现在另外很多地方。在以前的图像中，文本都作为位图而保存于图像中，因而图像形成以后不能单独对文本进行修改；在p n g 格式中这一点有所改进，文本可作为一个独立的层存在；s v g 更灵活地扩展了图像的文件格式，由三个部分组成：矢量图形、位图和文字。这样s v g 不仅仅可以应8用矢量图像和文字对象，同样可以纳入位图，可以制作出任何其它图像格式能达到的效果。由于文件格式是文本形式的，可以很容易地在以后任何时候进行修改。而且在页面运行的过程中，也可以对很多部分做及时的修改，其中的图形描述还可以重复使用。2 2 4 支持交互性图像和交互在以前是两个分丌的概念。例如在一个网页中，按钮仅仅是一个图像，按钮的交互部分是由网页中的s c r i p t 语句来实现。s v g 的出现突破了这个限制。它支持s m i l ( s y n c h r o n i z e dm u l t i m e d i ai n t e g r a t i o nl a n g u a g e ) ，使得在图片内进行交互成为可能，这是以往的图像所不能做到的。2 2 5 内嵌动态字体有过d h t m l ( 动态h t m l ) 经验的用户都知道，d h t m l 中可使用用户系统中没有的字体，在用户浏览时，根据需要通过w e b 即时下载。这对于英文系统来说是可以理解的，因为一种英文字体的文件大小一般在几十k 左右。而对于中文系统来说，这种方法便不可取，因为任何种类中文字体的文件量都在2 ，3 m 以上，用户不可能为了观看几个汉字而浪费大量的时间和精力。s v g 采用了一种科学的方法来解决动态字体的问题，它内嵌了图像中所出现的文字的字体形状，用户不需要完全下载所有的字体文件。这对于中文用户来说是相当便利的。2 2 6 矢量图形矢量图形是近几年流行起来的图形流派，之所以说是流派，是因为矢量图形还没有一个统一的格式标准。矢量图形包括一系列几何形体，如点、线、面等，所描绘和存储的是线条和色块信息，这与点阵图形( 或者叫光栅图形) 那样把每一点的颜色都记录下来的存储方式不同，所以才具有不失真缩放和体积小的优点。当然，光用线条画不出世界，光用矢量图形也不能完全满足图形领域的需要，所以几乎所有的矢量图形格式都有集成点阵图像的功能，这种方式能使点阵图像与矢量图形结合起来，以达到复杂的绘图效果，s v g 在这方面也不例外。值得注意的是，矢量图形描绘的只是一种中间格式的数据，无论是在网络上或是在实际的应用中，最后这个图形都必须转换成点阵图像来处理。其转换效果的好坏直接影响到矢量图形的使用。s v g 在这方面有着灵活的处理手段，例如，可以设置防锯齿功能以美化效果等。这种转换的工作可以由服务器承担，也可以交给客户端去处理，当然大多数是后者，否则，s v g 体积小的优点就没有了。s v g 的严格定义使得图像处理人员在从点阵图像到矢量图形的移植过程中，用不着担心会不会失真。再者，s v g 定义的滤镜功能可以在转换后重现各种复杂的特效，这一系列优点将使矢量图形的应用越来越广泛。2 3s v g 图形的绘制2 3 1s v g 文档的结构为了让我们对s v g 文档有一个整体的印象，因此从s v g 的文档结构开始介绍s v g9技术。一个s v g 文档由任意个包含在 标签中的s v g 片段组成，这些片段可嵌套，可以单独的“s v g 文件”形式存在，也可嵌入到x m l 文档中。下面是一个s v g 片段嵌入x m l 文档中的例子： s v g ：e l l i p s ec x 2 ”2 e m ”c y = ”4 c m ”= ”2 c m ”驴”lc m ”胗接下来的s v g 文档要稍微复杂一点：( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) r e c tx = ”5 0 ”) r = ”5 0 ”w i d t h = ”2 0 ”h e i g h t = - ”10 ”今( 5 ) 接下来，我们对上面的代码做进一步说明：第一行：由于s v g 是x m l 的一个应用分支，因此，它也必须符合x m l 的标准，弛须+包含x m l 的声明第二行：s v