（计算机应用技术专业论文）基于移动GIS的林业数据采集系统的研究与实现.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 中文摘要 移动g i s 是在嵌入式g i s 的基础上，集成了先进的g p s ( 全球定位技术) 、g i s 技术、 移动通讯技术、无线网络技术，以拓展g i s 的服务应用领域，提高空间信息采集、管理 和分析能力的综合性应用技术。伴随着相关技术的迅速发展和研究，移动g i s 已经在国 土调查、森林资源、城市规划、水利建设、旅游交通等行业得到了广泛的应用。同时自 2 0 0 1 年“数字林业 概念的提出，我国林业资源管理的数字化进程逐步加快，在建立信 息化的林业过程中，以移动终端p d a 为载体的移动g i s 开始并广泛应用于林业数据采集 中。 本文将嵌入式g i s 技术、g p r s ( 通用分组无线业务) 技术、g p s 技术相结合，研究 具有无线通讯功能的数据采集系统一一“基于移动g i s 的林业数据采集系统”，本系统实 现了g i s 基本功能，如：空间数据显示、查询、编辑等；采用g p s 定位技术，实现了实 时的定位导航功能，并且能保存已采集到的空间数据，实现数据的重复利用；采用o r a c l e 1 0 9 数据库作为数据采集系统的后台数据库，真正实现空间数据和属性数据的统一管理， 以及图形和属性数据的互操作、互访问；利用g p r s 无线技术实现野外数据的实时更新， 并且通过微软a c t i v e s y n c 同步工具实现在p d a 和桌面系统台式机之间的协作和数据同 步。 论文首先分析了当前国内外移动g i s 理论及其应用的研究现状，介绍了g i s 技术、 g p s 技术、嵌入式系统、无线通讯技术、移动计算技术和空间数据采集的基本知识，在 理论上分析了移动g i s 的主要特点和体系结构。根据实际的项目经验，对“基于移动g i s 的林业数据采集系统”的需求进行深入分析，对系统进行逻辑结构和功能模块进行设计， 并在此基础上对系统环境进行具体设计，包括移动操作系统、硬件平台、g i s 应用平台、 数据库平台和无线通讯模块进行选择、设计和分析。最后，结合实例实现了系统的开发 实现，并介绍了系统在林业资源调查中的功能应用，以及对未来的展望。 论文研究的主要涉及嵌入式开发技术、空间数据采集、移动计算技术、无线通讯技术、 g p s 定位导航等技术以及计算机科学和空间信息科学等领域。 关键字：移动g i s ，嵌入式技术，数据采集，g p s ，无线通讯 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m o b i l eg i si sb a s e do ne m b e d d e dg i s ，i si n t e g r a t e dw i t hm o d e mg p s ( g l o b a l p o s i t i o n i n gs y s t e m ) t e c h n o l o g y , g i st e c h n o l o g y , m o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , w i r e l e s sn e t w o r kt e c h n o l o g y , t ow i d e ng i ss e r v e ra n da p p l i c a t i o na r e a ，t oe n h a n c ep o l y t e c h n i c a p p l i c a t i o n o f s p a t i a l i n f o r m a t i o n c o l l e c t i o n ，m a n a g e m e n t a n da n a l y s i sc a p a b i l i t y a c c o m p a n i e dw i t hr a p i dd e v e l o pa n dr e s e a r c ho fr e l a t e dt e c h n o l o g y , m o b i l eg i si sw i d e l y a p p l i e di n l a n dr e s o u r c ei n v e s t i g a t i o n ，f o r e s t r y , t o w np l a n n i n g ，i r r i g a t i o nc o n s t r u c t i o n ， t r a v e l l i n ga n dt r a n s p o r t a t i o n ，a n de t c s i n c e 2 0 01 ，t h ec o n c e p to f “d i g i t a lf o r e s t r y w a s p r o p o s e d ，f o r e s t r yd i g i t a l i z a t i o ni n c h i n ad e v e l o p sq u i c k l y i nt h ep r o c e d u r eo fb u i l d i n g i n f o r m a t i o n b a s e df o r e s t r y , w i t hm o b i l et e r m i n a lp d aa sac a r t i e r , m o b i l eg i si sw i d e l y a p p l i e di nf o r e s t r yd a t ac o l l e c t i o n t h i sp a p e rc o m e so u tt oc o m b i n e dw i t he m b e d d e dg i st e c h n o l o g y , g p r st e c h n o l o g y , g p s ，t or e s e a r c h d a t a c o l l e c t i o n s y s t e m w i t hw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o no np o r t a b l e d e v i c e s 一一 f o r s t r yd a t ac o l l e c t i o ns y s t e mb a s e do nm o b i l eg i s ”i n t h i ss y s t e m ，i t c o m p l e t e st h ef o l l o w i n gg i sf u n c t i o n s ：d i s p l a y q u e r ya n de d i t o ro fs p a t i a ld a t a ，e t c ；a c h i e v e r e a l t i m ep o s i t i o n i n gf u n c t i o nw i t hg p st e c h n o l o g y , a n dc a ns a v ec o l l e c t e dd a t ai no r d e rt o r e u s ei t ；u s eo r a c l e10 9a st h i ss y s t e m sb a c kd a t a b a s e ，a n da c t u a l l ya c h i e v eaw h o l e m a n a g e m e n to fs p a t i a ld a t aa n da t t r i b u t e sd a t a ，s oi t sc o n v e n i e n tf o rg r a p h i c sa n da t t r i b u t ed a t a ， a sw e l la si n t e r o p e r a b i l i t y , m u t u a lv i s i t s ；t h eu s eo fg p r sw i r e l e s st e c h n o l o g yt oa c h i e v e r e a l - t i m ef i e l dd a t au p d a t e s ，a n dt h r o u g hm i c r o s o f t sa c t i v e s y n cs y n c h r o n i z a t i o nt o o ls y s t e m i nt h ep d aa n dd e s k t o pc o l l a b o r a t i o na n dd a t as y n c h r o n i z a t i o n f i r s t ，t h ep a p e ra n a l y s e st h es t a t u so fr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to nm o b i l eg i sa th o m e a n da b r o a d ，t h e ni n t r o d u c e sb a s i ck n o w l e d g eo fg i s ，g p s ，e m b e d d e ds y s t e m ，w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，m o b i l ec o m p u t i n ga n ds p a t i a ld a t ac o l l e c t i o n ，a n a l y s i si nt h e a b s t r a c tm a i nc h a r a c t e r sa n da r c h i t e c t u r eo fm o b i l eg i s a c c o r d i n gt oa c t u a lp r o j e c t s e x p e r i e n c e s ，a n a l y s i si n d e p t hr e q u i r e m e n to f “m o b i l eg i sb a s e df o r e s t r yd a t ac o l l e c t i o n s y s t e m ”，o nt h i sb a s i s ，d os o m ef u r t h e rr e s e a r c ha n dd e s i g ni ni t ，a n dc o m p l e t es y s t e ms t r u c t u r e i i 桂林理工大学硕士学位论文 d e s i g n i n g ，d e t a i lf u n c t i o nd e s i g n i n ga n dt h ee n v i r o n m e n ta n de t c f i n a l l y , t h i sp a p e ri n t r o d u c e s t h ea p p l i c a t i o no ft h es y s t e mi nf o r e s t r yr e s o u r c ei n v e s t i g a t i o na n dt h ep r o s p e c to ff u t u r e t h i sp a p e ri sf o c u s e do nt h ef o l l o w i n gt e c h n o l o g i e s ：e m b e d d e dd e v e l o p m e n t ，s p a t i a ld a t a c o l l e c t i o n ，m o b i l ec o m p u t i n g ，w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n ，g p sp o s i t i o n i n ga n dn a v i g a t i o n ，a n d t h ef i e l d so fc o m p u t e rs c i e n c ea n d s p a t i a li n f o r m a t i o ns c i e n c e k e yw o r d s ：m o b i l eg i s ，e m b e d d e dt e c h n o l o g i e s ，d a t ac o l l e c t i o n ，w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n i i i 桂林理工大学硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的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，论文中不包含他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提 供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家 有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权( 学校) 可以将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、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到 中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 导师签字： 签字日期： 霸7 绦饥 伫夸 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 本文研究背景 第一章引言 地理信息系统( 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 ，g i s ) 是以计算机为手段，用于 采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空问数据的信息系统，是分析和处理 海量地理数据的通用技术，同时它也是一门集成地球科学、空间科学、环境科学、地理 信息学、自动制图技术等最新成就的新兴边缘学科。自从g i s 在2 0 世纪6 0 年代逐步形 成以来，随着计算机技术、数据库技术、遥感技术、数字图像技术等相关技术的发展， g i s 已经逐步在林业、测绘、地质、遥感、矿山、环境、水利、农业、土地管理、气象、 海洋、城市规划、航空、政府办公管理与决策种得到广泛的应用。 随着移动信息设备( m o b i l ei n f o r m a t i o nd e v i c e ，m i d ) 的发展，各种具有无线互 联网络功能的移动智能终端( p d a ，w a p 手机等) 的出现，智能终端+ 无线网络已经成功 的应用到人们生活和工作的方方面面，人们可以随时随地的完成以前只有在办公室或者 家里才能完成的工作。与此同时，随着g p s 、通讯模块等与这些移动终端配套的外围硬件 的使用，进一步拓宽了移动g i s 的应用领域。而智能终端、g p s 、无线通讯等技术在g i s 领域的应用，促使g i s 也逐步进入后p c 发展阶段，g i s + g p s + 无线网络一体化研究即移 动g i s ( m o b i l eg i s ) 应运而生皑。，实现了人们随时随地获得信息的梦想。 移动g i s 就是在这样的背景下诞生的，它集成了先进的移动计算机技术、空间信息技 术、无线通讯技术、g p s 技术和嵌入式技术，大大地拓展了g i s 系统的应用领域，有效的 提高了g i s 信息采集和数据处理的方便性和实时性。移动g i s 是多种先进技术的综合性 数字化系统，为人们提供一种方便、快捷和可靠的信息查询和决策手段，满足了以高流 动性为特征的现代生活需要，成为人们在移动过程和数据采集中获取空间信息的有效途 径。 移动g i s 是g i s 真正与移动计算机技术、无线通讯技术和g p s 技术相结合的产物。利 用移动g i s 技术，可以定位、导航、采集、分析、管理数据，并可以有效的在野外工作 者和g i s 中心部门之间进行数据传输，免去为了获取硬地图( 纸质地图) 或软地图( 电 子地图) 而来回奔波的必要。随着技术的发展和深入，移动g i s 被应用于多个领域，成 为当前g i s 发展和研究的热门方向。 “数字林业 就是信息化的林业，它包括了林业大部分要素的数字化、网络化、智能 化、可视化的全过程，是指在数字地球大框架指导下，应用遥感技术、计算机技术、数 字化技术、网络技术、智能技术和可视化技术，把地球上的各种林业信息用地理坐标确 定与连接起来，实现标准化规范化采集与更新数据，实现数据充分享用的过程u 1 。随着 信息技术、网络通讯技术的不断发展，我国政务信息化工作迎来了新的机遇与挑战。政 桂林理工大学硕士学位论文 务信息化就是要通过应用先进的技术，转变机关工作作风，提高工作效率，转变政府职 能，规范政府行为，更好的为企业和人民群众服务。林业部门是重要的政府部门之一， 自从2 0 0 1 年国家林业局提出了“数字林业”的概念，移动g i s 越来越广泛应用于林业资 源调查中，大大加快和简化林业资源的数字化，促进“数字林业”系统的建立，为政府 全国林业政务信息化建设发挥着重要的作用h 。 1 2 国内外研究和发展现状 1 2 1 国外研究发展现状 g i s 是2 0 世纪6 0 年代中期开始发展起来的新技术。它最初为了解决地理问题而产生 的，发展至今成为一门集成地球科学、空间科学、环境科学、地理信息学、自动制图技 术等最新成就的边缘学科。1 9 6 3 年，加拿大测量学家r f o t o m lis o n 首先提出地理信息 系统这一术语，并花了3 年时间建成了世界第一个g i s 一加拿大地理信息系统( c g i s ) ， 用于加拿大土地与资源管理和规划。随着计算机软硬件技术的发展，特别是大容量存 取设备一一磁盘的使用，为空间数据的录入、存储、检查和输出提供强有力的手段，从 而促使了g i s 朝着应用方向迅速发展。到2 0 世纪8 0 年代，g i s 得到了普及和广泛的应用， g i s 也得到不断的发展。新一代地理信息系统技术一一移动g i s 的研究始于2 0 世纪9 0 年代初期，当时研究的是国外一些对野外作业人员管理的特殊部门，研究目的是为了便 于作业人员与公司总部通讯以及公司管理。自从2 0 世纪9 0 年代中期以后，移动g i s 的 发展进入了以g p s 为核心的阶段，这时的移动g i s 涉及面更广泛，各种与移动计算相关 的行业都利用移动g i s 实现移动办公比。进入2 1 世纪随着先进的移动计算机技术、无线 通讯技术和g p s 技术的发展，并相互结合下，移动g i s 技术的发展速度很快。目前国外 领先的g i s 厂商，如e s r i 公司、i n t e r g r a p h 、a u t o d e s k 公司、m a p i n f o 一直处于移动g i s 技术的前沿，和其他公司起，纷纷推出了自己的移动g i s 平台或者二次开发工具，提 供定位、导航、采集、分析等空间数据处理方案。 ( 1 ) e s r i 公司提供a r c p a d 与a r c g i ss e r v e rm o b il es d k 两套解决方案 e s r i 公司成立于1 9 6 9 年，是世界上最大的地理信息技术提供商。a r c p a d 是它推出的 基于移动设备的制图和g i s 的嵌入式地理信息系统软件，通过手持或移动设备，a r c p a d 为作业人员提供了数据库访问、制图、g i s 和g p s 的综合应用。通过a r c p a d 作业人员可 以实现快速、便捷的数据采集，大大提高了数据的可用性和有效性。 a r c g i ss e r v e rm o b i l es d k u 刨是e s r i 公司提供了一个跟着a r c g i ss e r v e r 结合的可 在移动设备上使用的软件开发包( s o f t w a r ed e v e l o p m e n tk i t ，s d k ) ，该s d k 可以用来 创建和发布支持松散连接环境下的移动应用环境并能够被部署到具有一个大量用户量的 应用中。同时a r c g i ss e r v e rm o b il es d k 能够为m o b il ep h o n e 、p o c k e tp c 和t a b l e tp c 定制开发移动g i s 程序。这些定制的g i s 应用程序能够在运行w i n d o w s 移动系统的设备 上进牙制图、g p s 、无线同步、g i s 数据复制和编辑。 2 桂林理工大学硕士学位论文 ( 2 ) i n t e r g r a p h 公司的i n t e l li w h e r e 解决方案u 叫 i n t e r g r a p h 公司在图形解决方案方面具有世界级的领先地位，并有着2 5 年设计和创 建高端图形硬件和总控软件的历史。由它推出的i n t e l l i w h e r e 以i n t e r g r a p h 公司经久 考研的g e o m e d i a 技术为基础，是一套基于位置的智能软件，用来开发广泛的实时的基于 位置的服务程序( l b s ) 。 i n t e l l i w h e r el o e a t i o ns e r v e r 是与特殊地理位置有关的发送和接受信息的软件开 发平台。它接受由任何应用发出的x m l 查询，使用强大队列的地理空间信息和数据管理 功能，处理这些请求并发送基于位置的地图。i n t e l l i w h e r el o e a t i o no n o e m a n d 是为应 用于掌上电脑的低成本、使用便捷的软件。它包含桌面控件，可以为野外工作抽取资产 管理和g i s 数据。同时通过向i n t e l l i w h e r el o e a t i o ns e r v e r 发送请求，可自动获取数 据库中的信息。i n t e l l i w h e r e 技术主要用于帮助企业提高移动资源的管理，如现场工作 组、车辆和资产，将实时的位置信息集成到企业的系统中进行分析，以提高企业的决策 水平。 ( 3 ) a u t o d e s k 公司的h u t o d e s ko n s i t e 方案 在旅途、现场处理数字化设计数据的专业人士需要移动技术，而h u t o d e s k 正走在这 一技术的前端。a u t o d e s ko n s i t e 是一套既方便又可携带的数字化、高效的移动设计工具， 扩展了数字化设计数据的使用范围。 h u t o d e s k 的解决方案提供了两套移动组件u 圳：h u t o d e s ko n s i t ev i e w 是单机版的移 动设计浏览工具，它可使人们以电子方式浏览a u t o c a d 的图形，利用a u t o d e s ko n s i t e v i e w 强大而简便的注记和量算工具，可以在十分精确的位置上，附加文字或声音注记， 进行图上量算，同时它还提供了与a u t o c a d 及h u t o d e s km a p g u i d e 数据集互操作的功能， 能够与a u t o c a d 家族交换并更新标记信息。而另一套组件，a u t o d e s ko n s i t ee n t e r p r i s e 是可定制的企业级解决方案，它结合了a u t o d e s km a p g u i d e 网络制图技术和新近发布的 a u t o d e s kg i sd e s i g ns e r v e r ，能够帮助企业向移动设备传送交互式地图和设计信息等。 ( 4 ) m a p i n f o 公司的m a p xm o b i l e 移动解决方案u 驯 m a p i n f o 是世界著名的开发桌面地图软件及g i s 分析系统的公司。它提供的m a p x m o b i l e 是一个可以用p o c k e tp c 的商业化嵌入g i s 空间。 基于a c t i v e x 技术的m a p xm o b i l e 是一个可编程的控件，可以让用户开发新的移动软 件，进而扩展现有的软件；用它建立的软件可以独立在设备上运行，并能够和p o c k e tp c 、 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 采用m a p x m a p x t r e m e 对象是， 提供大量的方法和事件，高效的属性页或缺省值，以及其他的向导。在此基础上，m a p x m o b i l e 为开发者提供了栅格支持，g p s 集成、自定义坐标系和坐标投影、a d o 连通、 m a p x t r e m e 连通等功能模块，开发者可以利用这些模块设计出符合生产要求的企业级移动 g i s 产品，并可以通过与m a p l n f o 的其他g i s 产品的无缝融合建立一个完整的g i s 软件平 台解决方案。 1 2 2 国内研究发展现状 桂林理工大学硕士学位论文 近几年，国内g i s 软件不断创新和成熟，应用面不断拓展，融合其他信息技术，应用 也逐渐普及。国内许多企业推出了自主的应用于移动设备的g i s 软件： ( 1 ) 北京中遥地网信息技术有限公司的g e o b e a n s m o b i l e g e o b e a n s m o b i l e 是中遥公司开发的应用于在网络( i n t e r n e t i n t r a n e t ) 环境下的空 间信息的建模、传输、管理、分析与应用。g c o b e a n s m o b i l e 针对嵌入式移动设备存储容 量小和运行速度慢的特点，采用压缩技术对空间矢量数据进行了有效的压缩，利用r 树 索引技术提高了数据的存取速度。此外，g e o b e a n s m o b i l e 还兼容所有n m e a 格式的g p s 接收机，并提供简单方便的面向对象二次开发类库，具有良好的可扩展性。 ( 2 ) 武汉吉奥信息工程技术有限公司的g c o m o b i l e g c o m o b i l e 。是由吉奥公司自主研发的基于c o m 模型的嵌入式g i s 开发平台。 g c o m o b l l e 具有精练的内核和较高的浏览速度，高效的数据压缩比，有效解决了地图数据 量与各种移动信息设备存储空间有限的矛盾。它以c o m 对象方式为用户提供一个新的嵌 入式g i s 开发机制，使得基于移动g i s 的二次开发简单易用。无论是二次开发商，还是 最终用户，均可以利用这一平台快速地开发具有自己特色的g i s g p s 应用产品。 ( 3 ) 北京超图信息技术有限公司的e s u p e r m a p e s u p e r m a p 是超图公司自主研制的嵌入式g i s 开发平台。利用它可以为嵌入式设备快 速地开发和构建各种g i s g p s 应用系统，如在p d a 上的g i s 应用和卫星导航终端应用等， 满足户外作业时对地图的浏览、查询、分析、编辑等需要。e s u p e r m a p 支持p a l m e p c 、 p o c k e t p c 和s m a r t p h o n e 等多种硬件平台及符合工业标准的大多数嵌入式设备，比如车载 导航仪、p d a 、智能手机等口“。 ( 4 ) 北京灵图软件技术有限公司的s m a r t l n h a n d s m a r t l n h a n d “w 具有精练的内核( 不到，5 0 k ) 和极高的浏览速度，近1 0 倍的数据压缩 比，完美地解决了地图数据量与各种移动信息设备存储空间有限的矛盾。同时在运行时 为零内存占用，与地图数据的大小无关。s m a r t l n h a n d 保持实时、扩展性强的特点，为 g p s 导航开发了专门的自导航模块，可以通过串口、u s b 、p l u g l n 设备内层驱动读取g p s 接收设备的定位信息，实时显示当前位置。 1 3 移动gis 应用前景及研究意义 1 3 1 移动g is 应用前景 先进的移动计算机技术、空间信息技术、无线通讯技术、g p s 技术、嵌入式技术和g i s 技术的紧密结合，将成为信息产业新的经济增长点和热门研究话题。基于移动g i s 的技 术具有更加广阔的应用前景，其主要研究领域有。： ( 1 ) 个人用户 通过与g p s 的集成，移动终端能够定位用户所在的位置，根据用户的需要，如查找最 近的饭店、宾馆等用户迫切想得到的信息，也可进行自驾车或公交出行路线查询，得到 4 桂林理工大学硕士学位论文 最短路线或者最少换乘路线信息，并通过实时监控、导航的方式将行走轨迹显示在移动 终端的电子地图上。当用户的人生安全受到威胁时，可通过移动终端将当前的位置信息 传输给1 1 0 、1 2 0 等报警或救护中心，从而实现实时救助服务。根据用户的当前位置，公 安系统将直观地看到电子地图中的事发地点，从而也大大提高了公安办案的效率。 ( 2 ) 野外数据采集 移动终端集成g p s 、无线通讯技术，可进行实时数字测图与绘图，进行基础地理信息 数据管理、编辑、采集与更新。对于在野外林业数据调查与地理调查中，可运用移动终 端，进行矢量和栅格数据一体化显示的数据管理，移动制图和数字填图等相关操作。 ( 3 ) 物流配送 物流配送的过程是实物的空间位置转移过程，在物流配送过程中，可能要涉及到货物 的运输、仓储、装卸、送递等处理环节，应用移动g i s 可以为物流配送提供空间定位， 优化仓库位置的选择及配送路线选择，监视车辆运行轨迹，追求配送资源的最大利用率。 ( 4 ) 智能交通领域 利用移动g i s ，发展智能综合路口控制机、路车交互系统、新型停车系统、交通信息 管理系统、车辆导航系统、流量控制系统、信息监测与汽车服务系统、高速公路的信息 监控与收费综合管理等系统，其应用将确保智能交通系统的低成本与高性能，大大提高 交通系统的可靠性和智能化程度。 ( 5 ) 军事国防领域 武器控制，从火炮控制高炮指挥仪到导弹控制，从坦克、轰炸机、舰艇、雷达、电子 对抗等军事电子装备到军事通信及军事通信及军事指挥系统，为提高现代战争的作战能 力，几乎所有的以海、陆、空为平台的武器和装备都需要高精度的自动导航系统。 ( 6 ) 其他相关领域 在旅游行业，除各旅游景点的海、陆自动导航外，还可提供游客世俗和购物等导航业 务。移动g i s 技术还能在信息家电和工业控制等与位置相关的领域得到广泛的应用。 1 3 2 研究意义 目前我国大部分地区，林业野外数据采集、管理仍然采用传统的办法。一般操作流程 为：首先，数据采集人员携带纸笔和一些测量工具到采样地点进行数据调查与记录；然 后，进行内业整理、统计分析和数据建库等工作。虽然这种工作模式在林业野外数据调 查时发挥过巨大作用，但是随着调查技术的发展，也造成数据后处理的工作量大，而且 程序复杂，很难保证数据的精度，复杂的数据后处理操作流程极浪费时间，影响了调查 数据的时效性，显然有些跟不上林业信息化发展的要求。 但是少部分地区已经开发了基于移动智能终端p d a 系统之上的林业数据采集与记录 系统，将g p s 和p d a 相结合。这种系统，首先，在林业野外数据采集时，通过g p s 获得 采样地点位置信息，形成空间数据，由p d a 录入属性信息，实现了无纸化数据采集，方 便了采集工作，提高了采集精度：然后内业处理时，将保存数据的文件导入服务器，由 桂林理工大学硕士学位论文 服务器自动读取数据进行相应处理，入库，大大提高了工作效率。但是这种方式只是将 p d a 作为一种单纯的数据采集终端，每次野外数据采集结束后，都需回到室内，拷贝采集 的数据，对外存容量要求高；切换采集地点时，需要重新回到室内更新基图。 基于w e b 的林业g i s 的出现为上述问题的解决提供了新的思路和方案，成为森林资源 动态监测和信息发布的有力手段，具有无线通讯功能的p d a 成为获得发布信息的移动客 户端，而单纯作为数据采集终端的p d a 则无法与林业w e b g i s 有效的集成。 因此，本文研究的意义就在于将移动计算机技术、空间信息技术、无线通讯技术、g p s 技术和嵌入式技术集成下的移动g i s 技术，用于林业资源调查中，在智能终端设备上实 现移动g i s 技术的林业数据采集系统，为林业地理数据的采集提供全新的模式，做到数 据实时采集、现场修改并提交，整个生产流程融为一体，内业自动成图的无纸化，减少 地图存储介质的缺陷，减轻扫描数字化的分辨率和失量化的精度等诸多因素影响，加快 了资源调查的速度和精度，为林业数据采集人员提供了一个集数据处理、发布、采集、 管理于一体的整体解决方案。 1 4 本论文的结构和创新点 本论文的主题是在研究了嵌入式技术、移动定位技术、无线通讯技术等移动g i s 技术 的相关理论和应用的基础上，在p d a 上开发实现了“基于移动g i s 的林业数据采集系统”， 并探讨了在林业资源调查中的应用。 全文由五个章节构成，各个章节的内容如下： 第一章：绪论。主要介绍本文的研究背景，移动g i s 的国内外研究发展现状，应用前 景及研究意义，并对本文的结构和创新点进行简要介绍。 第二章：移动g i s 的相关理论和技术的研究。分别介绍移动g i s 的概念和特点及体系 结构、移动计算技术、嵌入式技术、无线通讯技术、空间数据采集等几个部分的相关内 容。 第三章：基于移动g i s 的林业数据采集系统的分析与设计。系统设计目标与原则，系 统需求分析，系统逻辑结构和功能模块设计设计及详细设计。 第四章：基于移动g i s 的林业数据采集系统的实现与应用。介绍本系统开发方式及开 发原则，所选择的开发环境，并使用伪码描述系统各功能模块的实现，并利用本系统在 林业数据采集中进行实践。 第五章：结论。主要对所做工作的总结，分析存在的问题，并提出对下一步工作的展 望。 通过查阅大量的相关资料，并经过仔细分析对比，本文主要有以下两个创新点： 创新之一表现在技术的先进性，多前沿技术在林业中的应用。移动计算机技术、无线 通讯技术、g p s 技术和嵌入式技术相结合，共同为林业资源数字化服务；并采用o r a c l el o g 先进的数据库管理软件，实现空间数据与属性数据的统一管理，为图形与属性的互操作、 互访问提供了完备的后台支持； 6 桂林理工大学硕士学位论文 另- g , j 新点在于g p r s 在数据采集方面的应用。把g p r s 与3 s ( r s ，g i s ，g p s ) 技术相 结合应用于野外数据采集，通过无线通讯技术与有线连接的数据传输技术相结合，保证 了数据在移动终端与服务器端的有效传输，实现数据采集人员与中心管理部门之间的通 讯，为企业和行业用户开展无线办公提供了一种新的选择。 7 桂林理工大学硕士学位论文 2 。1 移动g is 概述 第二章移动g ls 的相关理论和技术 2 1 1 移动g is 的概念和产生背景 随着计算机和通讯技术的发展，g i s 呈现两个重大的发展方向：( 1 ) 从2 d 向3 d 发展； ( 2 ) 由室内工作站和桌面系统向户外移动计算终端发展n 引。随着移动信息设备( m o b i l e i n f o r m a t i o nd e v i c e ，m i d ) 的发展，各种具有无线互联网络功能的移动智能终端( p d a ， w a p 手机等) 的出现，智能终端+ 无线网络已经成功的应用到人们生活和工作的方方面面， 人们可以随时随地的完成以前只有在办公室或者家里才能完成的工作。与此同时，随着 g p s 、通讯模块等与这些移动终端配套的外围硬件的使用，进一步拓宽了移动g i s 的应用 领域。而智能终端、g p s 、无线通讯等技术在g i s 领域的应用，促使g i s 也逐步进入后p c 发展阶段，g i s + g p s + 无线网络一体化研究即移动g i s ( m o b i l eg i s ) 应运而生，实现了 人们随时随地获得信息的梦想。 移动g i s ( m o b i l eg i s ) 是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下， 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 动通讯( g s m g p r s c d 2 m a ) 三大技术于一体的系统u 川。它通过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，借助移动通讯技术完成图形、 文字、声音等数据的传输。 2 1 2 移动gis 的体系结构与特点 与传统g i s 相比，移动g i s 的体系结构略微复杂些，移动g i s 不仅仅是一种移动计算 的应用，它更是一个建立在各种技术上的集成空间信息应用的综合性系统。移动g i s 有 以下几个特点“： 移动性：移动g i s 是运行在各种移动终端上，通过无线通讯技术与服务器端交互， 可以随时随地进行空间信息服务。 客户端多样性。移动g i s 的客户端指的是在户外使用的可移动终端设备，其选择 范围较广，可以是拥有强大计算能力的主流微型电脑，也可以是屏幕较小、功能 受限的各类移动计算终端，比如p d a 、移动电话等，甚至可以是专用的g i s 嵌入 设备，这决定了移动g i s 应该是一个开发的可伸缩的平台。 服务实时性。移动g i s 最大的特点就是在各种导航设备的支持下，在移动的过程 中，不受限制地把采集到的相关信息技术处理并发布给用户。 数据资源分散、多样性。移动g i s 平台向无线网络的延伸进一步拓宽了其应用领 域。由于移动用户的位置是不断变化的，移动用户需要的信息也是多种多样的， 这就需要系统支持不同的传输方式，任何单一的数据源都无法满足所有移动数据 桂林理工大学硕士学位论文 请求。 信息载体的多样性。与传统的g i s 相比，移动终端用户与服务器及其他用户的交 互手段更加丰富，包括定位服务、视频、语音、图像、图形、文本等。 移动g i s 的体系结构“”主要由三部分组成：客户端部分、服务器部分和数据源部分， 分别承载在表现层、中间层和数据层。表现层是客户端的承载层，直接与用户打交道， 是向用户提供g i s 服务的窗口。该层支持各种终端，包括手机、p d a 、车载终端，还包括 p c 机为移动g i s 提供更新支持。数据层是移动g i s 各类数据的集散地，确保g i s 功能 实现的基础和支撑。中间层是移动g i s 的核心部分，系统的服务器都集中在该层，主要 负责等输和处理空间数据信息，执行移动g i s 的功能等。包括i n t e r n e t 、w e bs e r v e r 、 m a ps e r v e r 等组成部分。 移动g i s 的体系结构如下图： 22 空间数据采集 2 21 空间数据概念 图2 一l 移动g i s 体系结构 空问数据是g i s 核心和血液，它指用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特 征等诸多信息的数据，它所描述的数据具有三大基本特征“1 ： 空间特征：是g i s 或者空间信息系统所独有的，指空问地物的位置、形状和太小 l 桂林理工大学硕士学位论文 等几何特征，以及与相邻地物的空间关系。空间位置可以通过坐标来描述，g i s 中地物的形状和大小一般也是通过空间坐标来体现。例如：经纬度坐标等。 专题特征：亦指事物与空间目标的属性特征，包括除了时间和空间特征以外的其 他特征。专题特征可以为专人采集，也可能从其他信息系统中收集，因为这类特 征在其他信息系统中都可能存储和处理。例如：地形坡度、森林覆盖类型等。 时间特征：用以描述事物随时间的变化，例如：森林覆盖率的变化。 在g i s 中，根据空间数据的这三个特征，可将其分为三类：空间特征数据、属性数据、 拓扑数据。空间特征数据是描述空间数据的空间特征的数据，也可称为几何数据或者定 位数据，说明位置信息，如用x 、y 坐标或者经纬度来表示。属性数据是描述空间数据的 属性特征的数据，也可称为非几何数据、非定位数据，说明属性信息，如：类型、等级、 名称、状态等。拓扑数据是描述空间数据之间的空间关系的数据，如空间数据的包含、 相邻等，拓扑关系指的是一种对空间关系进行明确定义的数学方法。 2 2 2 空间数据采集方式 空间数据采集的任务是将现有的地图、外业观测成果、航空图片、遥感图片、文本资 料等转换成g i s 可以处理与接收的数字形式，通常要经过验证、修改、编辑等处理。 获取控件数据的技术手段包括地图数字化、摄影测量、遥感影像处理、野外数据采集 骷【1 守o ( 1 ) 地图数字化 地图数字化是目前广泛采用的手段，也最耗费人力和时间。地图数字化方法有：手工 数据输入方法、手扶跟踪数字化仪、自动扫描器。 手工输入矢量图形数据实际就是将表示点、线、面实体的地理位置数据( 各种坐标系 中的坐标) 通过键盘输入数据文件或输入到程序中去。实体坐标可以用地图上的坐标网 或其他网格覆盖在地图上量曲，这是最简单又不用任何特殊设备的图形数据输入法。手 工输入栅格数据是将已知格子内所观测到的优势特征值予以编码，随后将代码输入自动 化文件。 手扶跟踪数字化仪方式则有点方式、线方式( 时间增量或坐标增量方式) 和栅格方式 ( 按设定的格网形式记录其交叉点的坐标值) 等。数字化器将点定位器的信号转换为电子 识别位置，用以直接读入计算机。数字化器能够记录每个点、线和多边形的位置，形成 数据文件。应用数字化仪输入速度快，精度高，各种商业化的g i s 软件均能用数字化仪 来输入数据。 采用扫描数字化仪，如摄像机扫描或激光扫描，则是一种逐点、逐行连续进行的面积 方式数字化，对于复杂的图形，其速度快，但点、线间关系的处理则较复杂。扫描数字 化系统一