（计算机应用技术专业论文）基于j2me的移动gis系统研究与开发.pdf

北方- t 业大学硕士学位论文 摘要 随着移动通信技术的发展，手机已成为集通信、掌上电脑于体的移动计算工具， 人们对手枫所赋予静功麓也已经扩展到分布式计算、空闲定位等更高端的领域。g 羚 ( g 1 0 b a lp o s i t i o ns y s t e m ) 与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 ) 技术的融 合，可为手机用户提供定位和导航等诸多功能，应用前景十分广阔。 本文基于目前用户使用手机中有6 0 以上是具有蓝牙功能的j a v a 手机的现状，提 出了一种基于j 2 m e 平台的移动g i s 解决方案。该方案通过增加一个外置蓝芽g p s 信 号接收器获取手机的经纬度，并将该数据发送到服务器端，服务器依据该经纬度进行 重定中心运算生成栅格地图( 该地图明确标识移动终端的位置) ，同时将地图数据返 给客户端，从而解决手机的定位和导航闷题。该系统主要功能包括地图服务、定位服 务和查询服务等。鉴于公交换乘中的最佳路径算法是城市公路交通中的重要问题，本 方案给出了一种基于集合运算的公交换乘算法，该算法适合内存小、计算能力弱的移 动设备特点。 系统基于c s 结搀实现，选用美国m 姻强惫公司的地理信息系统软件 m a p x t r e 锄4 7 1f o rj a v a 作为地图服务器软件，并在m a p x t r e 锄自带地图处理a _ p i 的基础上二次开发，构建服务端应用程序；客户端应用程序基于j 2 m e 平台开发，客 户端和服务端之闯的通讯协议为h w p 协议，通讯网络是移动的无线网络。系统以北 京市地图数据和北京公交数据为基础在诺基亚n 7 0 上进行实际测试。测试结果表明 系统有较强的实雳性和良好的可靠性，进一步完善有广满的应用前景。 系统存在需要完善之处，系统中客户端与服务端之间存在数据交互，特别是数据 量较大地图数据，会给用户带来一定的赞用开支，瘟该采取鎏象压缩的方式减少传输 数据量；此外服务端接口采用w 曲s e 州c e 技术将有更好的兼容性。 关键 霹：移动g l s 技术，j 2 m 嚣，l b s ，m 弩x 氐a m 羲nj 撇，蓝牙 北方工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i 饿t h ed e v e l o p m e n to fm o b i l ec o m m u l l i c 撕o nt e c l l l l o l o 鼢m o b i l ep h o n eh a s b e c o m eo n eo ft h em o b i l ec o m p u t i n gt o o l si n t e 黟a t i n gp o c k e tp c sa i l dc o m m u n i c a t i o n e 免n c 谯o n sw h i 巍a f ec o n 触e db yp h o n eh a v eb e e 珏戥t 铭d e d 幻d 主s 砸融e de o m p 稍n 舀 8 p a c ep o s i t i o n i n ga n do t l l e rm o r eh i 曲一l e v e l6 e l d s g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ( g p sf o rs h o r t ) i 椭浮蘸穗gg 蓼a 浦i cl 蠡f o 艄鑫t i 隧s y s t e m ( g l s 蠡贸熊。哟t e 馥瀚l o g yp 约v i d e s 糍曲i l e p h o n eu s e r sw i 廿lp o s i t i o n i n g 粕dn a v i g a t i o n ，a l l dm a n yo t h e rf e a m r e s ，s oi th a sw 疆yb r o a d 即单e e t s 怒f 印p l i c 绒i 强 b a s e do nt h e 伽【仃e n tf a c tw h ic _ ht h e r ea r em o r et h a i l6 0p e r c e n tm o b i l ep h o n ei sj a v a 檄o b i l e 曲o n eo fm eb l u e t o o 髓卜e n 西l e d 曲o n e ，am o b i l eg i ss o l u t i o ni sp r o v i d e db a s e d 锄 t h ej 2 m ep l a t 南册j a v ap h o n e sa n do t h e rm o b i l et e n l l i n a l sc a ng e tm ec u f r o n tl a t i 硼ea 1 1 d l o n 西m d eb y 锄e x t e m a lb l u e t o o t ha p sr e c e i v a n dn l ed a t ai ss e mt ot h es e n ，讣s i d e ； s e e fa 弹l i c a t i o nb a s 醯t h el a t i 纯d e 雒dl o n 季论d ee r e a t ea 荫dg e n e 您t 司m a p sb y c a l l i n gt h e 如n c t i o no f r e - c e n t e r ( m em a pc l e a r l ym a r k i n gt h el o c a t i o no f m o b i l et e n l l i n a l s ) ， 僦dm 雄d 鑫经幻b er e l 艮礅甜褥镪ec l i 鼹，a sl o 辩知e 凌e 黻曲i l ep o s 主蛀o a i 鲳黼d n a v i g a t i o np r o b l e m s t h em o d u l e si nt h i ss ”t e mi n c l u d em a p ss e r v i c e ，l o c a t i o n _ b a s e d s e 崩e e sa 砖髓辨i 拶s e 谢s 氆啦e wo fp 曲l i e 捃a 芏l s p o 娃遮氆e 键徽s 断p a 饿a l 必r i 弧i s t h eb e s tc i t yi nam 对o rr o a d 舰伍cp r o b l e m s ，m eb u st r a n s f e ra l g o r i t h mi s 西v e nb a s e do n 姐a g g r e g a t ec o m p u t i n gf o r 雒p l i c a t i o ni nf e s o u r c e - c o n s t 蕊n e dd e 蛾c e sf e a t u l 1 1 1 em o b i l eg i ss ) ，s t e mb a s c do nc ss 缸u c t l l r et oa c h i e v e ，m 印l n f o sg i ss o 螽w a r e m a p x t r e a m 4 7 1f o rj a v ai ss e l c c t e da sam a ps e r v e rs o 如v a r e ，s e r v i c e s i d e 印p l i c a t i o n s a f cd e v e l o p o n 耄h eb 蕊so fa p lw 醢矗a 托p f o v i d 穗埘m a p x 融a m 4 7 1f o fj 鑫_ y a s o 栅a r e c 1 i e n ta p p l i c a t i o n 8a r ep r o 黟锄m e db a s e do nt h ej 2 m ep l a t f o r m ，m ep r o t o c o l b e 参谨e 鼹蠢i e 越雒ds e 礴篚i s 嚣订只攫端m 曲i l e 臻翔 l 兹i c 基i o 鼗矬e 强硇呔i s 鑫w i 羚l e s s n e 时o r k al o to ft e s t sa r et a k e no nt h eb a s i so fm a pd a t ai nb e i j i n ga i l dm eb e i j i n gp u b l i c b u sd 越a 1 隐ea e 撼a lt e 或sa a l s ot 酞e ni no so fn o k 主an 7 0 。r s tr e s u l t ss h o w 也a 毫也e s y s t 锄h a sm o r ep m c t i c a l ，g o o dr e l i a b i l i t ya l l dm 油c ri m p r o v eag o o dp r o s p e c t o fc o l i r s e 吐l e r ea r es t i l ls o m ei m p e r f e c t i o n si nt h es y s t 啪，d l l et oas y s t e mo f 也ec l i 铋t a n ds e e ro fm ei 嫩e r a c t i v ed a t a ，p a f t i c u l a f l yd 散al a r g c r 搬a pd a t a u s e r sw i l ls p e n dc 哪a i n e x p e n s e s ，h i l a g ec o m p r e s s i o nm o d es h o u l db et a l c 蹴t 0r e d u c em ec 印a c i t i c so f 饿瞻s m i s s i 鼬；i fl a 赫n g 氇ew 曲s e f v i e e 绝c 赫l o g y ，s 斟嚣i n l 谨巍e ew l lh a v e 鑫b 甜e f c o m p a t i b i l i t y k e yw o f d s 撒曲i l eg l s ，j 2 m 段王，b s ，m 颦x t f e a 瓣4 7 。l 蠡弦强b l 毯蘸 曲1 3 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，论 文中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j e 友王 些苤堂或其他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。 学位做作者躲弘译朱签字魄舻多月汕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解j 匕友王些太堂有关保留、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复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权j 匕虚王些太堂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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：幻占专_ 签字日期：腑多月h 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期洳肄 月h 日 电话： 邮编： 北方工业大学硕士学位论文 1 引言 1 课题背景 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r i n a t i o ns y s t e m sg i s ) 是以地理空间数据库为基 础，在计算机软硬馋技术的支持下，用予对地理空闻数据的获取、存储、管理、传输、 检索、分析和显示，以提供对空间对象进行决策和研究的人机系统。它是计算机技术 和信息系统技术在地理科学中运用发展的产物，是空闻数据和属性数据的综合体。 自从1 9 6 3 年，加拿大测量学家r t t o m l i n s o n 首先提出“地理信息系统”这一 术语，并建立了煎界上第一个实用的地理信息系统一加拿大地理信息系统( c g i s ) ， g i s 经过了4 0 多年的发展，从最初的模块化发展到到组件式，并同i n t e r n e t 技术结 合产生了鬻鹋g i s ，但是目前的g 王s 产品大多基予有线网咒平台应用，虽然功能强大， 但是受时间、地点、场所的限制，无法真正做到“e v e r y w h e r ee v e r y t i m e 。 近几年来，特别是上世纪9 0 年代中后期以来，计算机技术，无线网络以及移动 互联网技术的飞速发展，人们渐渐走出固定网络、有线互联的束缚。与之相应的g i s 技术也走过了单杌g i s 一固定网络的w e bg i s 斗无线网络g i s 的发展历程。随着移动 通信技术的发展，移动设备的普及程度增高，目前我国的移动电话的人数突破4 2 6 亿，手机己成为集通信、掌上电脑于一体的移动计算工具，人们对手机所赋予的功能 也已经扩展到分布式计算、空间定位等更高端的领域。人们对信息的需求和依赖程序 增高，对信息的质量要求提高，同时希望信息的获取突破时间，空间的约束，以上因 素决定了移动g i s 有很强的市场需求和广阔的市场前景。 目前移动g i s 的实现方式主要有以下三种：w a p 模式、c 1i e n t s e r v e r 模式和应 用软件模式 1 ) 黢p 模式：该模式基于斟s 结构，服务器端基子w a _ p 协议开发w a p 网站程 序，并同地图服务器进行交互实现地图平移、放大、缩小、查询、漫游等功能。客户 端必手机的w a p 浏览器，移动终端通过w 绁浏览器上瓣获取麸地图服务器下发的 光栅格式的地图，这种技术所呈现在手机上的电子地图只是静态的光栅图形，不具备 无级缩放等矢量地图所具备的特性，同时受到w a p 协议传输速度的制约，时延较长。 优点：手机端不需安装额外软件，可扩展性好，因为地图图片是临时下载到手机 端对存储空问无要求。 北方工渡大学硕士学位论文 缺点：功能简单，只用作简单的位置示意；图象数据大时时延较长；实现 l b s 匦剧国图 图3 1 移动g i s 网络结构图 此移动g i s 系统硬件设备主要由以下几部分组成： 移动终端：如图3 1 所示的手机或p d a 等其它设备，作为客户端软件的运 行平台，其主要作用是给用户一个使用系统服务的设备，用户通过该设备可以完成以 下功能：地图浏览服务，查询服务，定位服务。 g p s 信号接收器：用于接收卫星g p s 信号，并同移动终端进行通讯，将接 收到的卫星g p s 导航数据发送到移动终端。 w e b 服务器：主要为服务端软件的运行提供场所，同时与地图服务器和数 据库服务器进行数据通讯提供物理基础。 地图服务器：为地图服务器软件运行提供场所，响应w e b 服务器的数据处 理请求。 数据库服务器：存储地图空间数据和地物等相关信息。 3 3 功能模块划分 移动g i s 功能模块划分如图3 2 所示： 北方- 丁业大学硕士学位论文 客户端服务端 w e 龇 b 势 瓣 处 势 崤理 潞 | 曩| 模 楱 块 块 一 圈3 。2 移动g l s 模型功能结梅图 地 淄 缓 磐 器 移动g l s 模型中软件共分为两部分，一部分是运行在移动终端上的客户端软件部 分，另一部是运行在w 曲服务器端的服务端软件部分，客户端和服务端通过h t t p 协议进行数据传输。下面分别对这两部进行详细描述： 3 3 1 客户端功能描述 1 ) 地图服务 主要完成地图的平移、缩放、测定距离、重定中心等功能，其中地图平移功能包 括左移、右移、上移、下移四项功能。 2 ) 定位服务 移动终端通过蓝牙协议与蓝牙g p s 信号接收器通讯，接收蓝牙g p s 信号接收器 接收的卫星导航数据，并对该数据进行解析得到当前位置的经度、纬度、海拔高度， 将这些数据发送给后端的w 曲服务器，蠢w 西服务器调用地图服务器a p l 进行重定 中心运算，生成以该经度和纬度为中心的栅格图像，并将该图像传到客户端显示，实 现定位蜀的。 3 ) 查询服务 查询服务分为两部分 兴趣点查询：客户端用户输入文字信息，该文字信息被传送到后台服务端，服 务端在地图上进行快速定位，实现以文查图功能。 公交查询服务：该功能主要包括以下三个模块，公交线路查询主要是通过用户 输入的公交线路返回该线路经过的所有车站；公交车站查询通过用户输入的公交车站 返回经过该车站的所有公交车次；公交换乘通过用户输入豹超点终点给盘用户可以乘 坐车次的方案。 _ 4 ) g p s 数据接收模块 1lliilllilllili 一一一一一一一一一一一一一 北方工业大学硕士学位论文 该模块主要完成移动终端同蓝牙g p s 信号接收器进行蓝牙通讯，连接成功后接收 蓝牙g p s 信号接收器传来的卫星导航信号。 5 _ ) g p s 数据解析模块 该模块对g p s 数据接收模块接收的卫星导航信号进行解析并最终得到当前位置的 经纬度，翌星导航信号分为圭2 个段，每段有不同的含义，需要从这1 2 段数据中我到 我们需要的某段数据，并解析该段数据从而得到经纬度，论文中选取$ g p r m c 段来获 取经纬度。 6 ) 数据请求解析模块 该模块的第一个功能是负责将思户的请求格式化为稿旋的x m l 数据怠，并将该 包通过h n p 协议传到服务端；第二个功能是解析服务器端返回的响应数据包，将其按 照数据包的响应命令字进行相应解析处理，同时将解析结果发送到视图层( 界面层) ， 供其显示信息。 7 ) 系统设置 主要是完成客户端和服务端通讯的参数设置，主要包括访问服务端密码设置和服 务端入口u r l 设置。 8 ) 系统帮助：提供该系统模块的使用帮助信息。 3 。3 。2 服务端功麓描述 地图服务器端软件主要负责响应客户端发送来的各种请求，并同数据库服务器和 地图服务器交互完成数据处理和处理后的数据发送。 1 ) w 曲服务路由模块 主要负责接收移动客户端软件的请求数据包，并将该请求数据包发送给业务处理 模块。 2 ) 韭务处理模块 主要根据用户的客户端请求处理类型执行相应的业务逻辑运算，得到运算结果。 包括地图服务、定位服务和兴趣点查询等主要功毙。 3 ) 数据发送模块 主要完成接收业务处理模块的处理结果数据并对数据进行蹦l 组包，并将组包后 的数据返回到客户端。 北方工业大学硕士学位论文 3 4 本章小结 本章主要介绍了论文中的移动g i s 整体解决方案，选取c l i e l l t s e r v e r 模式作为实 现方式，给出了该模式的网络拓扑结构图和功能结构图，并针对系统涉及的各个部分