（地图学与地理信息系统专业论文）基于移动gis油田管线巡检系统设计与实现.pdf

基于油田管线巡检移动g i s 设计与开发基于移动gls 的油田管线巡检系统设计与开发摘要进入二十一世纪以来，信息技术( i t 技术) 成为社会、经济的“润滑剂，其广泛的渗透到各行各业当中，对人们的生活学习和工作产生了重大影响。地理信息技术作为信息技术的重要组成部分，在社会与空间定位服务相关领域起到了不可忽视的作用。随着计算机技术的发展，特别是移动定位、i n t e r n e t 网络技术、无线通讯技术、智能语音识别和合成技术的不断发展与成熟，给地理信息技术带来了新的机遇和挑战。移动地理信息系统就是这种环境下产生的，它的优越性使之成为g i s 发展的一个重要方向。也是近年来国内外的研究的热点之一。本文首先在参阅大量国内外资料的基础上，阐述了移动地理信息系统的研究现状、特点以及企业级的应用解决方案，充分说明了设计开发油田管线巡检移动g i s 的目的和现实意义。其次分别论述了与移动地理信息系统紧密相关的移动计算技术、计算机软件技术、全球定位系统技术、智能语音识别技术。通过对其研究，有机集成后形成一个功能强大的移动g i s 。油田管线巡检工作对于油田管线安全生产有着十分重要的作用。在对油田管线巡检传统工作方式了解熟悉的基础上，总结出用户需求。然后对系统进行可行性分析，制定开发的目标和原则，确定系统的结构和功能，围绕着系统的总体目标，对各子模块进行详细设计。进而设计并实现了一个包含数据处理模块、图形显示模块、查询定位模块、管线巡线模块、管线巡线记录模块为一体的油田管线巡检移动g i s 。油田管线巡检移动g i s 既包括了如放大、缩小、漫游、全屏、前后视图、图层管理、鹰眼图等g i s 基本操作功能，又包括油田管线图形数据和属性数据的相互查询，还把巡检工作结合进来，可以进行实时的地理位置定位和记录巡检信息，在巡检工作中还增加语音提示等功能以防止了巡检时出现的漏检，迷路等问题。本文设计与结构采用了在计算机软件界较成熟的面向对象思想实现来组织油田管线巡检移动g i s ，并且支持e s r i 的s h a p e f i l e 数据格式和m a p i n f o 的m i f 数据格式，提供了良好的可扩展性和通用性，以便其他人参考学习。本次研究将移动g i s 技术引入到油田管线巡检的日常工作当中是一个新的尝试。还有对于智能语音提示技术在油田管线巡检移动g i s 的实时播报功能也是一个有益的尝试。关键词：移动地理信息系统全球定位系统油田管网基于油田管线巡检移动g i s 设计与开发d e s i g na n dd e v e l o p m e n to fm o b i l eg i so no i lf i e l dl i n e c r u i s i n ga b s t r a c ts i n c et h et w e n t y - f i r s tc e n t u r y , i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ( i tt e c h n o l o g y ) h a sb e c o m ea”l u b r i c a n t ”i ns o c i a la n de c o n o m i cf i e l d sa n dp e n e t r a t e di n t oa l lw a l k so fl i f ew h i c hg r e a t l yi n f l u e n c et h el i v e s ，s t u d ya n dw o r ko fp e o p l e f o rg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mi sam a j o rp a r ti ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , i tp l a y san o t i c e a b l er o l e i ns o c i e t ya n dt h es p a c eo r i e n t a t i o nr e l a t e d - s e r v i c e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l yt h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n ta n dm a t u r i t yo fm o b i l ep o s i t i o n i n g ，i n t e r a c tn e t w o r k i n gt e c h n o l o g y , w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n di n t e l l i g e n ts y n t h e s i st e c h n o l o g y , a l lt h e s eh a sb r o u g h tn e wc h a l l e n g e sa n do p p o r t u n i t i e st ot h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y m o b i l eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mh a sb e c o m ea ni m p o r t a n td e v e l o p m e n td i r e c t i o no fg i sa n dah o tr e s e a r c ha r e ai nr e c e n ty e a r sb o t ha th o m ea n da b r o a d f i r s t l y , t h i sp a p e ra n a l y s e st h er e s e a r c hs t a t u sb o t l la th o m ea n da b r o a do nt h em o b i l eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m s ，c h a r a c t e r i s t i c sa n df u l l yi l l u s t r a t et h ep u r p o s ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eo fd e s i g na n dd e v e l o p m e n to no i lf i e l dp i p e l i n ei n s p e c t i o no fm o b i l eg i sb a s e do nt h ea p p l i c a t i o ns o l u t i o n so fe n t e r p r i s e c l a s s s e c o n d l y , t h ep a p e rd i s c u s s e st h em o b i l ec o m p u t i n gt e c h n o l o g y , c o m p u t e rs o f t w a r et e c h n o l o g y , g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e mt e c h n o l o g y , i n t e l l i g e n tv o i c er e c o g n i t i o nt e c h n o l o g yw h i c hc l o s e l yr e l a t e dt om o b i l eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m i ti st h eo r g a n i ci n t e g r a t i o no ft h o s et h a tb u i l dap o w e r f u lm o b i l eg i s t h ew o r ko no i lf i e l dp i p e l i n ei n s p e c t i o np l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei ns a f e t yi np r o d u c t i o no fo i lf i e l dp i p e l i n e b a s e do nt h eu n d e r s t a n d i n go fi n s p e c t i o no nt h et r a d i t i o n a lw o r k i n gw a y s ，i ts l i m su pt h eu s e r sr e q u i r e m e n t s t h e ni td e s i g n sa n di m p l e m e n t si n s p e c t i o no no i lf i e l dp i p e l i n e so fm o b i l eg i sw h i c hi n t e g r a t e dad a t a - p r o c e s s i n gm o d u l e ，g r a p h i cd i s p l a ym o d u l e ，q u e r yp o s i t i o n i n gm o d u l e s ，l i n em o d u l e sp i p e l i n ep a t r o l ，p i p e l i n ep a t r o ll i n er e c o r d e dm o d u l e t h em o b i l eg i so fo i lf i e l dp i p e l i n ei n s p e c t i o nc o n t a i n ss u c hg i s sb a s i co p e r a t i o nf u n c t i o n sa se n l a r g e d ，r e d u c e d ，r o a m i n g ，f u l l s c r e e n , b e f o r ea n da f t e rv i e w , l a y e rm a n a g e m e n t ，g i s ，s u c ha se a g l ee y ed i a g r a ma n da l s oi n c l u d et h em u t u a li n q u i r yo fg r a p h i cd a t aa n da t t r i b u t ed a t ao fo i lf i e l dp i p e l i n e s ，a n dc o m b i n e st h ei n s p e c t i o nw o r k , w h i c ht h u sc a nl o c a t et h er e a l - t i m eg e o g r a p h i cp o s i t i o n sa n dr e c o r dt h ei n s p e c t i o ni n f o r m a t i o n d u r i n gt h ei n s p e c t i o nw o r k i n gt i m e ，t h ev o i c e西北大学硕士研究生论文p r o m p t sa n do t h e rf u n c t i o n sp r e v e n tt h eu n d e t e c t e d ，l o s ta n do t h e rp r o b l e m so c c u r r e di ni n s p e c t i o n t h i sp a p e r st h o u g h ta n ds t r u c t u r ei sc l e a r , u s i n gam o r em a t u r ei n d u s t r yo fc o m p u t e rs o w a r e ，o b j e c t - o r i e n t e dt h i n k i n gt oo r g a n i z et h em o b i l eg i so fo i lp i p e l i n ei n s p e c t i o n ，a n ds u p p o r t se s r i ss h a p e f i l ed a t aa n dm a p l n f o sm i fd a t a , p r o v i d e sag o o ds c a l a b i l i t ya n dv e r s a t i l i t yi no r d e rt os t u d ya n dr e f e rb yo t h e rp e o p l e t h es t u d yi san e wa t t e m p tt ob r i n gt h em o b i l eg i st e c h n o l o g yi n t od a y - t o - - d a yo i lf i e l dp i p e l i n ei n s p e c t i o nw o r k b e s i d e s ，t h ei n t e l l i g e n tv o i c ep r o m p t sm c h n o l o g yi sau s e f u la t t e m p tt ot h er e a l - t i m eb r o a d c a s to fm o b i l eg i so nt h eo i lf i e l dp i p e l i n ei n s p e c t i o n k e yw o r d s ：m o b i l eg i sg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e mo i l - f i e l dn e t w o r ki i i西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。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。本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北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。同时授权中国科学技术信息研究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它相关数据库。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：筮丝指导教师砷年6 月侈日西北大学学位论文独创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：川年石月盘e l西北大学硕士研究生论文第一章绪论1 1 引言地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 或g e o i n f o r m a t i o ns y s t e m) ，是在计算机硬件、软件系统的支持下，对整个或部分地球表层空间中的有关地理分, 布g 数i s 据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。其广泛的应用于社会的多个领域。地理信息技术在近几十年以来，发展十分迅猛，并和其它学科结合起来，产生了多个分支。其中移动地理信息系统是新一代的地理信息技术。移动地理信息系统( 简称m o b i l eg i s ，又称嵌入式g i s ) 是指一种集成的嵌入式系统，是g i s 、g p s 、移动通信、互联网服务、多媒体技术等的集成。嵌入式技术是移动地理信息系统的重要组成部分。嵌入式系统具有广阔的科技前沿和应用前景h 3 。嵌入式系统已经成为继个人电脑和互联网之后最为重要的技术，目前嵌入式系统已广泛应用于国民经济的各个行业，如通信设备、仪器仪表、汽车船舶、航空航天、军事装备、消费类产品等。嵌入式计算机与家用电器及各种工业设备的结合使计算机像马达一样成为无处不在的部件哺1 。嵌入式地理信息应用是当前地理信息技术发展的一个新热点，可广泛应用于军事、野外测绘、医疗、汽车导航等领域；个人汽车导航和p d a ( 或手机) 定位服务( l b s ) 的出现与发展更是将嵌入式地理信息技术深入到每个人的日常生活。嵌入式g i s 软件是最新的g i s 开发技术，也是g i s 的一个主要技术发展方向，目前在国内外日益得到广泛的应用。能源是国家的生命线，事关国家安全，而石油行业首当其冲，石油是工业的血液。石油的采集涉及到长距离的输送。一般采油井大都地处荒郊野外，气候环境恶劣，易造成设备设施老化。由于高额利益驱使下不法分子的蓄意破坏，经常出现管线穿孔、原油和电气设备被盗等现象，不但国家财产大量损失，还涉及到生产安全问题。而油田管理中线路巡检是有效保证油田管网线路及其设备安全运行的一项日常基础工作。传统线路巡查采用人工巡视、手工记录的工作方式，存在人为因素多、巡视不到位等问题，及管理成本高、无法进行现场缺陷记录等明显缺点。为确保线路巡检顺利进行，加强管理水平，并减少不必要的经济损失，改进传统巡检方式已成为线路运行维护单位的迫切需求。将掌上电脑与g p s 和g i s 相结合，完成巡检工作的实时化、快速化和智能化，是油田巡检系统的一项重要应用，可以把整个输送线路的故障隐患降到最低。1 2 国内外的发展状况第一章绪论1 2 1 国外研究进展国外在移动地理信息系统发展的较早，已经成熟的应用于社会的各个领域，形成了不少企业级的应用解决方案，下面介绍下e s r i 、a u t o d e s k 、m a p i n f o 三个有代表性公司的技术产品及其功能特性：( 1 ) a u t o d e s k 公司提供了a u t o d e s ko n s i t e 的“移动访问”模块。a u t o d e s ko n s i t e 是移动的企业级解决方案，不仅包括软件、应用设计、开发服务、维护、培训和技术支持，还可以使人们在工作现场即可获取最新的、最精确的信息。它的主要功能有：无论在办公室还是工作现场，与企业空间数据库同步，导航、平移、缩放、缩放至所选地物，地物选择与识别，热连接至数据库报表，弹出式地物标签，按比例显示符号，通过数据捕获功能，利用相关的属性数据绘制红线，添加注记，支持彩色与单色显示，支持8 0 0 多种坐标系统及任意坐标的设计图和示意图，支持标准数据格式，可靠的、经压缩的数据传输。( 2 ) e s r i 提供了a r c g i s 软件产品a r c p a d 。a r c p a d 是e s r i 公司开发的可运行于掌上机上的小型通用地理信息系统平台，通过手持和移动设备为野外用户提供数据访问、制图及g i s 分析和g p s 集成功能。a r c p a d 可以同时在w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 x p 和w i n d o w sc e p o c k e tp c 系统下运行，功能及界面完全一样。它支持符合业界标准的矢量格式的e s r is h a p e f i l e s 和栅格影像显示，能够同其他e s r i 桌面g i s 产品，如a r c g i s 实现数据的顺畅传输。a r c p a d 提供的功能的包括：地图导航，包括漫游和缩放，空间书签及确定当前g p s 的中心位置。数据编辑，通过触摸笔或者g p s 输入，创建和编辑空间数据。为识别属性而进行的数据查询，超级链接显示以及属性定位。地图距离、面积、方向量测。连接到g p s 并通过g p s 导航。移动的地理数据库编辑，通过a r c g i s 从数据库中检出数据，并进行转换和投影；用a r c p a d 在野外进行编辑，并且把改变的数据提交给中心数据库。自动g i s 野外作业的应用开发。a r c p a d 支持多种数据接口，如s h p 、m b p 、7 p g 等矢量、栅格地图，不需要转换。a r c p a d 与g p s 集成可支持野外作业人员的无线定位、实时通信和大容量数据库访问，以获得业务所需信息。a r c p a d 无须格式转换，能直接使用符合业晃标准的s h a p e f i l e 矢量格式，并且地图引擎针对w i n d o w sc e 专门进行优化；a r c p a d 包含全套浏览、查询和显示工具；支持a r c l m s图象服务；允许用户新建、删除、移动s h a p e f i l e 中的点、线和多边形要素，也能使用g p s数据进行要素编辑；a r c p a d 支持大量不同的g p s 设备，只要这种g p s 接受器的输出格式遵循n m e a 标准。同时，a r c p a d 为底层复杂的功能使用提供了一个简单又流行的用户界面，e s r i2西北大学硕士研究生论文还提供一个配套的定制开发包：a p p l i c a t i o nb u i l d e r 。( 3 ) i n t e r g r a p h 建立自己的移动g i s 解决方案- - i n t e l l i w h e r e 。i n t e l l i w h e r e 解决方案体系提供用户实时、基于位置的信息服务以满足设备与数据的独立。i n t e l l i w h e r e 允许用户利用移动设备搜索、检索、操作和交互生活信息。该产品可以传送和接收与指定区域相关的属性信息，如当前位置、相关其他位置等。( 4 ) m a p l n f o 的m a p xm o b i l em a p l n f om a p xm o b i l e 是一个可以用在p o c k e tp c 的m a p x 平台。用m a p xm o b i l e 建立的软件可以单独在设备上运行，并能够和p o c k e tp c 的w i n d o w sc e 操作系统兼容，不需要无线连接。m a p xm o b i l e 是m a p xa n dm a p x t r e m ef o rw i n d o w s 的自然延伸，w i n d o w s 的程序员可以用它来开发m o b i l e 软件。m a p xm o b i l e 的介绍意味着开发者只需要掌握一种项目开发模式便可以为d e s k t o p ，w e ba n dp o c k e tp c 开发地图软件。m a p xm o b i l e 的主要功能：强大的移动解决方案，把数据下载到本地进行激活，不需要无线连接，采用m a p x m a p x t r e m e 对象模式。它是一种最新型的对象模式、众多的方法、高效的属性页或缺省值、向导。利用自己的数据m a p xm o b il e 支持m a p i n f o t a b 和g s t ，通过a d o 连接到p o c k e ta c c e s s 和m i c r o s o f ts q ls e r v e rc e ，对象处理能力开发者可以在应用程序使用合并，缓冲，相交，擦除等功能来处理点，线，面对象，并返回结果。专题图支持，方便地建立专题图。可以显示格网、山形及阴影允许开发者表现出高质量的地图，类似经常看到的温度图或地形图。标准用户控制功能包括：缩放、漫游、选择、测距和图层控制，方便地图查看，标注工具和文本工具，注的图上的任何对象，在地图上添加文本对象自定义坐标系和转换投影，使有不同坐标系和投影的图层用相同的坐标系来显示。m a p x t r e m e 连通m a p xm o b i l e 可以通过无线连接显示来自m a p x t r e m e 的地图信息。1 2 2 国内研究进展国内在移动地理信息领域起步的较晚，在技术和解决方案方面与国外相比有一定的差距。但是通过近年来的研究，有一些公司开发出了与地图密切相关的移动g i s 软件产品。这其中包括：( 1 ) 北京超图推出的嵌入式g i s 开发平台：e s u p e r m a p 。e s u p e r m a p ( e m b e d d e ds u p e r m a p ) 是超图公司自主研发的一款嵌入式g i s 产品。e s u p e r m a p 是基于超图基础类库( s u p e r m a pf o u n d a t i o nc l a s s ，简称s f c ) 开发的，支持多种集成开发环境( 如e v c 4 、v c 6 以及v s 2 0 0 5 等) ，支持多c p u 类型。e s u p e r m a p 产品提供的功能包括地图显示编辑、数据查询、空间分析、路径分析、g p s 定位导航、网络通讯等，帮助用户在资源有限的嵌入式设备上轻松开发出功能完备、性能优良、稳定性高的嵌第一章绪论入式g i s 应用产品。在数据结构方面，根据嵌入式设备资源紧缺的特点，e s u p e r m a p 专门为其设计出两种数据存储格式，即p m 2 和p m r ( p o r t a b l em a pr u n t i m ef i l e ) 。p m 2 文件是p m f ( p o r t a b l em a pf i l e ) 的升级版本，改进了数据的存储方式和空间索引方式，支持数据编辑；p m r 是为不需要编辑的数据的应用量身定做，数据存储、空间索引都根据数据是只读的特点进行设计，数据引擎性能高，内存占用少。在功能方面，支持多源数据，其不仅支持矢量地图数据，还支持多种格式的栅格数据，比如b m p 、j p e g 、p n g 、e c w 影像压缩数据等。此外e s u p e r m a p 采用超图影像金字塔( s u p e r m a pi m a g et o w e r ，简称s i t ) 技术，实现g b 级影像数据的实时显示。通过连接s u p e r m a pi s 服务器，e s u p e r m a p 可以访问服务器端发布的地图，实现网络数据在线浏览。由于在数据管理上，采用了多源数据的无缝集成技术，e s u p e r m a p 甚至可以支持用户自定义数据格式，并且允许数据加密。此外e s u p e r m a p 还提供丰富的地图显示和地图操作功能，用户可以自由浏览地图，实现多种形式的地图变换。在地图操作过程中，系统根据地图的缩放比例动态变换地图的显示状态，并且实现标注文字自动避让。e s u p e r m a p 支持沿线状地物流动标注文字。并且提供符号和线性资源库等多种地图显示要素，使地图显示更加美观、地图表达信息更加清晰。e s u p e r m a p 支持地图上高亮显示静态选择对象，并采用跟踪图层实现动态物体显示、跟踪。在定位导航方面，e s u p e r m a p 定位导航模块分为g p s 定位和导航两部分。其中g p s 定位模块提供三种数据解析协议支持动态位置数据实时解析；导航模块支持在车辆行进过程中查看前方路况信息以及当前车辆与目的地的动态位置关系。e s u p e r m a p 允许用户自定义g p s协议解析器，可以解析不同协议的g p s 数据。在地图投影方面，e s u p e r m a p 提供数十种地图投影变换，确保用户的空间数据在地域上的联系和完整性。此外，e s u p e r m a p 支持在不同大地参照系之间进行坐标转换。( 2 ) 北京慧图公司- - p o c k e t m a p6 。基于掌上电脑地理信息系统平台，提供地图编辑、数据管理、空间分析、g p s 采集和管理、g p s 轨迹回放等功能，是掌上电脑g i s 查询分析、g p s 移动定位、野外数据采集的理想工具。p o c k e t m a p6 是慧图科技基于w i n d o w sc e 平台开发的嵌入式g i s g p s 系统，包括基于掌上电脑w i n d o w sc e 操作系统的地理信息系统开发包( p o c k e t m a ps d k ) 、基于p o c k e t m a ps d k 的e v c 程序框架( p o c k e t m a pf r a m e w o r k ) 、短信开发组件( p o c k e ts m s ) 、g p s 开发组件( p o c k e tg p s ) 、全功能掌上电脑地理信息系统平台( p o c k e t m a pp r o f e s s i o n a l ) 。其主要功能包括：。4西北大学硕士研究生论文1 、地物查询：根据图上的位置查询地物信息。2 、自由标签：用户自由添加和管理标签，记录自己感兴趣的地图位置。3 、地物查找：根据用户提供的文本查找相关的地物并定位。4 、路径分析：，可以查找两地的最短路径。5 、全功能编辑：图层操作、实体编辑、样式调整、属性修改。6 、g p s 导航和轨迹回放：实时接收g p s 信息并在地图中显示，可形成点、线轨迹，g p s数据采集信息可导出。( 3 ) 北京灵图软件技术有限公司推出了在移动信息设备上提供地理信息以及位置信息服务的s m a r ti nh a n d 软件产品。灵图天行者是一套可以在笔记本或掌上电脑上安装的自导航软件，它以大比例尺的城市导航地图为展示平台，根据您指定的起点、终点智能设计出最佳行车路线，并提供实时的语音提示导航功能。灵图天行者使用国家测绘局认证的最新版地图，囊括3 3 7 个城市的数据，基本覆盖中国所有的地级城市，县级城市地图超过2 0 0 0 个，p o i 点超过3 4 0 万个。( 4 ) 北京博冠鸿图科技有限公司的e h o t g i s 。1 3 研究的目的和意义自2 0 世纪6 0 年代以来，随着计算机技术的飞速发展、空间技术的日新月异及计算机图形学理论的日渐完善，g i s 以其强大的地理空间信息处理的优势，在全球变化与监测、资源管理、城市规划、土地管理、环境研究、农作物估产、灾害预测、交通管理、军事、矿产资源评价、文物保护、湿地制图以及政府部门等许多领域发挥着越来越重要的作用n3 。到了2 0 世纪9 0 年代，自从互联网i n t e r n e t 的接入，人类进入了以计算机、网络、通信为特征的信息社会。人员流动的日益频繁使个人对空间信息有了更多的依赖，尤其是在户外和移动过程中，人们对地理信息的需求就更加明显。随着当代科技日新月异的发展，作为新兴产物的嵌入式移动信息设备在人类生活领域的应用越来越广泛。这些嵌入式设备中的p d a 则以其体积小、重量轻、功能强大等特点而倍受青睐。社会的需求与科技的发展促进了g i s 与嵌入式设备的结合。嵌入式地理信息系统( e m b e d d e dg i s ) 是地理信息系统与嵌入式设备相结合的产物，它不仅涵盖了传统意义上的6 i s 领域，而且是原有6 i s 领域的分支与延伸、补充与发展。它把一个优化的g i s 数据引擎嵌入n d , 型移动设备上，占用内存非常小，但具有很强的数据分析和显示表达功能。再谈到g p s ，在一般情况下，仅是利用g p s 接收机确定方位，很难同我们己经掌握的信息进行综合分析，使得g p s 的深入应用受到了阻碍。这就要求将g p s 定位信息与我们己有5第一章绪论的信息系统有机地结合起来。在这方面，最有优势的当属g i s 。g i s 是一个采集、存储、分析和输出地理空间数据的有力工具，具有很强的空间分析、查询能力。但长期以来，由于野外实时定位工具的不足，使得现有的g i s 系统只能停留在事后室内处理的水平上，使电子地图的快速定位、处理和查询功能难以充分发挥。而g p s 恰好具有在室外快速、精确和全天候提供定位信息的能力，但缺乏对数据的分析处理能力，因而两者在功能上密切联系、相互补充。g p s + g i s 的集成系统，不仅使两者的作用都得到了充分发挥，而且还产生了更高级的功能，使g i s 与g p s 的应用都迈上了一个新的台阶。首先，g p s 的定位信息可通过g i s 在计算机上实时的、准确的和形象的反映。现在，g p s + g i s 的集成能自动地将定位点与电子地图配准，并显示在屏幕上，使人们对自己所处的环境有着更为全面、深刻的了解，不仅知道自己所处的地理位置，更能了解附近的地理环境及各种专题信息。其次，还可把g p s 提供的信息作为g i s 的数据源，进行数据采集或对已有数据进行更新、修正，比如在一个地区进行地形或专题测量，可直接根据g p s 提供的定位信息实时生成地形图或赋与其专题属性后生成专题图：对于与实际情况不相符的地图可利用g p s 对其进行部分修正。再次，g i s 可以根据g p s 的定位信息进行空间查询、分析，提供高级的信息及导航服务。因此，可以说嵌入式与g i s 、g p s 三者相互补充、g i s 是在移动终端上实现g i s + g p s 的集成，是嵌入式技术、g p s 相互融合的结果。嵌入式g i s 在测绘、智能交通、海事、国防、公安等领域都有无限广阔的应用前景，可广泛应用于军事、野外测绘、医疗、汽车导航等领域，极大地方便了人们的生活。本论文的研究目的在于把将高性能的智能设备应用到传统的空间信息服务中，使基于位置的服务机制不受时空的限制。从而在一定程度上改变人与数字世界、人与真实世界的交互方式，为油田管线巡检工作提供了全新的作业模式。移动地理信息系统( m o b i l eg e o s p a t i a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是g i s 从静态走向动态环境的重大发展，通过综合运用g p s 的精确定位技术、便携移动设备( 如p o c k e tp c 、手机) 、无线i n t e r n e t 接入和g i s 的空间信息处理能力，使得系统能够实时地获取、存储、更新、处理、分析和显示地理信息。m o b i l eg i s 最新的g i s 开发技术，也是g i s 的一个主要技术发展方向，目前在国内外日益得到广泛的关注，在各个领域也得到应用。本论文拟通过开发一套基于p d a 的移动地理信息系统，将高精度数字地图与g p s 、p d a等移动科技产品进行集成，利用先进的无线通信技术实现移动目标的实时定位和相互通信。论文研究的意义在于将移动计算技术应用到传统的空间信息服务中，这将革命性的改变传6西北大学硕士研究生论文统的基于位置的服务机制，实现不受任何时间和空间局限的互动，最终根本性地改变人与数字世界、人与真实世界的交互方式，为任何基于空间的作业系统如导航、数字战场、野外采样、物流管理、智能交通、旅游、娱乐等提供全新的作业模式。论文完成后可以应用到各种埋地管线的实地空间定位查找，从而取代传统的人工管线巡查，提高管线巡查的工作效率和定位的精度，降低管理成本，保证埋地管线运行的安全。1 4 论文研究的内容本文的研究技术路线为在大量收集国内外已有的成果资料的基础上，以油田基础管线数据及检测数据为目标，运用面向对象的程序设计方法，首先的从底层搭建了一个g i s 图形组件m a p v ，然后在先前工作的基础上对系统进行可行性分析，制定系统的开发的目标和原则，确定系统的结构和功能，围绕着系统总统目标，对个子模块进行详细设计。接着采用c o m + 组件技术，对g p s 数据接收和处理模块、实时语音播报模块、地图显示模块及其它功能模块进行系统集成。最后，对已有的油田数据进行整合后参与系统的调试和检验，从而全面、系统的检验程序的可靠性、稳定性及应用效果。本论文是将油田要素及其附属信息( 包含图形和属性信息) 集成在一个结合g p s 、智能语音的掌上智能端的p d a 中，构建了一个用于油田管线巡检的移动g i s 。( 1 ) 设计并实现了一个用于p d a 的地图显示g i s 控件，研究主流的e s r i 形文件和m a p l n f o 的m i f 数据的数据格式，使其能够加载到自己开发的控件中。( 2 ) 在掌上电脑p d a 上实现嵌入式g i s 的功能。包括地图浏览功能、图层管理功能、查询检索功能等。在实现系统功能的同时也要进行界面设计，兼顾用户界面需要简洁，方便操作等要求，设计了一个界面美观、操作简便的油田管线巡检移动g i s 。( 3 ) 在研究串口通信技术后和熟悉g p s 标准数据格式，在掌上电脑上实现对g p s 接收机数据的接收以及数据处理，设计开发了g p s 数据接收和处理模块。( 4 ) 研究了当前的智能语音识别和语音和成技术，设计了智能语音提示模块，将其运用到油田管线巡线工作中。( 5 ) 将移动g i s 应用到具体的油田管线巡检领域中，实现基于油田管线巡检g i s ，其中包括了与油田管线巡检有关的管线巡线模块和巡检记录模块两个模块。并将模块集成到带有g p s 接收机的p d a 上，完成了g p s + g i s + p d a 的集成。1 5 论文的特色和创新点1 、通过把移动定位技术( l b s ) 、g p s 、g i s 等几种技术有机的集成，应用于油田管线巡线实际工作中，是一个新的尝试。7第一章绪论2 、在油田管线巡检g i s 中加入智能语音提示功能，实现实时语言播报功能。8西北大学硕士研究生论文第二章采用的相关技术2 1 移动gis嵌入式是以嵌入式计算机为技术核心，软硬件均可裁减，使用于对功能、可靠性、成本、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。和通用计算机不同，嵌入式系统是针对具体应用的专用系统，目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普通、更适用。它的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣，去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能。一般认为嵌入式系统的定义是以应用为中心( 量体裁衣) ，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统旧3 。根据i e e e ( 国际电器和电子工程师协会) 的定义，嵌入式系统是“用来控制、监视或辅助设备、机器或车间运行的装置 。目前国内普遍较为认同的一个定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。2 1 1 定义移动g i s ( m o b i l eg i s ) 是伴随着移动互联网的发展、智能手机的普及产生的。是建立在移动计算环境和移动终端技术的基础上，提供移动中的、分布式的、随遇性的移动地理信息服务的g i s ，是一个集g i s 、g p s 、移动通信三大技术于一体的系统。通过g i s 完成空间数据管理和分析，g p s 进行定位和跟踪，利用p d a 完成数据获取功能，借助移动通信技术完成图形、文字、声音等数据的传输。移动g i s 是目前g i s 研究与发展的热点。2 1 2 组成及特点与传统控制系统相比，嵌入式系统具有系统内核小、专业性强、系统精简、高实时性、多任务性、系统开发需要专门的开发工具和开发环境的特征，在工业控制、交通管理、信息家电、家庭智能管理系统、电子收款机系统、电子商务、环境检测、机器人等领域都有重要应用。嵌入式系统不同于一般系统，其特性如下：( 1 ) 体积小。一般出于对市场产品体积、成本的考虑，要求将计算机控制部分安装在系统内部，并且要求所占用的空间尽可能的小；( 2 ) 良好的性能价格比。嵌入式系统要求开发周期短，性能优越，良好的性能价格比是在市场上取得优势的关键；9第二章采用的相关技术( 3 ) 存储容量小。嵌入式系统中一般没有硬盘等设备，而以r o m 、f l a s hm e m o r y 作为存储介质，由于f l a s hm e m o r y 的价格比较昂贵，并且嵌入式应用要求体积尽可能小，所以容量一般不会很大，且慢速的硬盘设备不能满足一些实时嵌入式应用的要求；( 4 ) 实时性比较强。嵌入式系统作为应用的关键部分，时间特性要求非常严格。在一些应用系统中，超过了一定的视线，即使得出了所需的结果，但效果和没有得出结果是一样的，对应用系统没有作用甚至是有害的。当然这些也都是移动g i s 的特性。2 2 计算机软件技术2 2 1c o m +c o m 是c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ( 组件对象模型) 的缩写，是一种跨应用和语言共享二进制代码的方法。而c o m + 不只是对c o m 的简单升级。c o m + 通过使用透明r p c 层，可以跨越进程和计算机边界进行远程方法调用。正如c o m 组件那样，c o m + 组件可以在成品中升级和扩展，而不会对使用它们的客户端应用程序造成负面影响。c o m + 并不是c o m 的新版本，我们可以把它理解为c o m 的新发展，或者为c o m 更高层次上的应用。c o m + 的底层结构仍然以c o m 为基础，它几乎包容了c o m 的所有内容。有一种说法这样认为，c o m + 是c o m 、d c o m和m t s ( m i c r o s o f tt r a n s a c t i o ns e r v e r ) 的集成，这种说法有一定的道理，因为c o m + 确实综合了这些技术要素。但更重要的一点是，c o m + 倡导了一种新的概念，它把c o m 组件软件提升到应用层而不再是底层的软件结构，它通过操作系统的各种支持，使组件对象模型建立在应用层上，把所有组件的底层细节留给操作系统。c o m 是个开放的组件标准，它有很强的扩充和扩展能力，从c o m 到d c o m ，再到m t s 的发展过程也充分说明了这一点。对c o m 有使用经验的读者一定可以感觉到，虽然c o m 已经改变了w i n d o w s 程序员的应用开发模式，把组件的概念融入到w i n d o w s 应用中，但是由于种种原因