（地图学与地理信息系统专业论文）基于net+compact+framework的面向数据采集移动gis开发与应用.pdf

论文摘要 随着移动计算能力的提高与无线通信技术的发展，移动g i s 从其最初的信息 管理发布发展到位置服务、多媒体、网络技术的结合应用；面向数据采集移动 g i s ，也由最初的单一信息管理，发展到g p s 位置采集、多媒体数据采集、无线 位置共享等多种应用的集成。 目前移动g i s 的项目主要采用二次组件开发，而一些大型的软件产品开发则 主要采用基于e m b e d d e dv i s u a lc + + ( e v c ) 的自主开发，前者的最大问题是软 件无自主知识产权，而后者最大的缺点在于开发者需要关注过多与功能无关的硬 件驱动的设计开发，开发周期长。n e tc o m p a c tf r a m e w o r k ( n e t 精简框架) 是一种针对移动设备上开发而设计的类库，利用n e tc f 进行移动g i s 开发平衡 了以上两种开发方式的优缺点，既保证了开发的自主性、灵活性，又可以利用封 装好的硬件驱动类库，降低开发难度和周期，并且能够实现跨平台应用，是一种 非常适合移动g i s 自主高效开发的解决方案。 本文主要从面向数据采集移动g i s 的设计与开发实现两个方面进行了研究： 从采集流程的角度进行面向数据采集移动g i s 的设计，从数据组织上把系统 分为了可以自定义坐标参考的背景参考图层，用于p o i 查询和路径规划的导航 数据图层和以采集为目的的采集数据图层。而在功能上则分别设计了基础g i s 模块、导航模块、数据采集模块和通信模块。 从开发角度探索了一种利用n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 进行自主面向数据采 集移动g i s 开发的方式，着重介绍了在开发过程中一些关键技术与开发技巧的 应用，并根据数据组织与功能设计开发了面向数据采集移动g i s ，实现了路径规 划、专题采集、轨迹采集、照片采集、位置共享等直接或者间接服务于各个采集 流程的功能。 在以上两个方面研究的基础上，论文结合实际项目崇明岛海岛资源调查 构建数据采集移动g i s 系统，详细介绍了面向数据采集的移动g i s 系统的应用。 论文的创新之处在于： 1 运用n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 新方式进行非二次的、自主的移动g i s 开 发，研究并解决了关键的技术问题。 2 按采集流程进行系统功能与数据组织的设计，扩大了外业采集系统的作 用范围，使其应用覆盖从出发导航到外业实采的完整过程。 3 开发实现了专题采集、位置照片等特色采集功能，并提供自定义坐标参 考图、辅助路径规划和无线位置共享等来辅助采集的功能。简化了外业 采集流程，提高了采集效率。 关键字：移动g i s ；数据采集；n e tc o m p a c tf r a m e w o r k ；海岛资源调查 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o fm o b i l e c o m p u t e r i n gt e c h n o l o g y a n dw i r l e s s t e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , m o i b l eg i sh a sg r o w e df r o mi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ta p p l i c a t i o nt o t h ei n t e g r a t e d a p p l i c a t i o no fl o c a t i o n - b a s e ds e r v i c e ， m u l i t - m e d i aa n dw i r e l e s sn e t w o r k f i e l dc o l l e c t i o ns y s t e mo fm o b i l eg i s ，a so n e a p p l i c a t i o no fm o b i l eg i s ，h a sd e v e l o p e df r o ms i n g l e f u n c t i o no fi n f o r m a t i o n c o l l e c t i o nt oi n t e g r a t i o no fg p sc o l l e c t i o n , m u l t i - m e d i ai n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n d w i r e l s sl o c a t i o ns h a r e s e c o n d a r ym o b i l eg i sd e v e l o p m e n tk i t sa r em o s t l ya d o p t e di nm o b i l eg i s s o f t w a r ed e v e l o p m e n t , w h i l ee m b e d d e dv i s u a lc 抖i su s e da sa ni n f i a s t r u c t u r e d e v e l o p m e n t ( n o n - s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ) t o o lf o rc o m p l i c a t e dm o b i l eg i s s o f t w a r ep r o d u c t s e c o n d a r yd e v e l o p m e n tl e a d st os o f t w a r ew i t h o u tf u l li n t e l l i g e n c e p r o p e r t yw h i l ee v cd e v e l o p m e n tr e q u i r e sd e v e l o p e rt oc o n c e r nm o r eo nh a r d w a r e d r i v e ra n dm e m o r ym a n g m e n tw h i c hr e q u i r e sa d v a n c ed e v e l o p m e n tt e c h n i q u ea n d l o n gd e v e l o p m e n tc i r c l e u s i n g n e tc o m p a c tf r a m e w o r ki sag o o db a l a n c eb e t w e e n t h ea b o v et w om e t h o d s ，i ti n h e r i t st h ea d v a n t a g eo ff u l li n t e l l i g e n c ep r o p e r t yo f n o n - s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ，a n dp r o v i d e sap a c k a g e df u n c t i o n so fh a r d w a r ed r i v e r a n dm e m o r ym a n a g e m e n tw h i c hm a k et h ed e v e l o p m e n tm o r ee a s ya n df l e x i b l e ，a n d m o r e o v e r , t h e n e tc fc o m p i l e ds o r v c a r ec a nm e e tt h en e e do fc r o s s - p l a t f o r m a b o v ea l l ，n e tc o m p a c tf r a m e w o r ki sa ne f f e c i t i v ea n de f f i c i e n ts o l u t i o nf o r m o b i l eg i ss o f t w a r ed e v e l o p m e n t t h i st h e s i sf o c u s e si t sr e s e a r c ho nt h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ff i e l d c o l l e c t i o ns y s t e mo fm o b i l eg i s ： t om e e tt h en e e d so ff i e l dc o l l e c t i o nw o r k f l o wi st h ec o r ed e s i g ni d e ao ft h e s y s t e m t h ed a t as y s t e mc o n s i s tb a c k g r o u n dm a pl a y e rf o rr e f e r e n c eu s e ，n a v i g a t i o n l a y e ri n c l u d i n gp o i f o rq u e r ya n dr o a dn e t w o r kf o rr o u t i n g , a n dc o l l e c t i o nl a y e rf o r f i e l dc o l l e c t i o n a n dt h eb a s i cg i sm o d u l e ，n a v i g a t i o nm o d u l e ，c o l l e c t i o nm o d u l ea n d t h et e l e c o m m u n i c a t i o nm o d u l ea r ef o u rm o d u l e so ft h es y s t e m t of i n do u tan e wm e t h o du s i n g n e tc o m p a c tf r a m e w o r ki nm o b i l eg i s d e v e l o p m e n ti st h em a i np u r p o s eo ft h et h e s i s t h et h e s i ss y s m a t i c l l yi n t r o d u c e st h e k e yt e c h n o l o g ya n dd e v e l o p m e n tt e c h n i q u e si nt h ew h o l es y s t e md e v e l o p m e n t a n d f i n a l l ya na p p l i c a t i o ns a m p l e - - m o i b l eg i sc o l l e c t i o ns y s t e mf o rc h o n g m i n gi s l a n d f i e l di n v e s t i g a t i o np r o j e c tw i t hr o u t i n g ，c a t e o g i r e dc o l l e c t i o n ，a n dp h o t oc o l l e c t i o n a n dl o c a t i o ns h a r ei n c l u d e di sp r e s e n t e da n da p p l i e di nt h ew h o l ew o r k f l o wo ft h e i l f i e l dc o l l e c t i o n b a s e do nt h ea b o v et w or e s e a r c hp o i n t s ，t h et h e s i sp r e s e n t sas a m p l es y s t e m ： c h o n g r n i n gi s l a n df i e l dc o l l e c t i o ns y s t e ma n dd e t a i l e di n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o n o f t h a ts y s t e m t h ei n n o v a t i o no ft h et h e s i sc o v e r st h r e ep o i n t s 1 u s i n g n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 嬲an e ws o l u t i o n f o rm o b i l eg i s d e v e l o p m e n t 2 s e t t i n gt h ef i l e dc o l l e c t i o nw o r k f l o wr e q u d m e n t s 勰t h ed e s i g ni d e a , e x t e n d t h ec o l l e c t i o na p p l i c a t i o nw h i c hc o v e r sf r o ms t a r tt or e t u r n ( n a v i g a t i o n , c o l l e c t i o n ) 3 d e v e l o p i n gi r m o i v a t i v e c o l l e c t i o nf u n c t i o n sl i k ec a t e o g i r e dc o l l e c t i o n , l o c a t i o n - p h o t oc o l l e c t i o n ，a n dc u s t o m i z e db a c k g r o u n dm a p s ，r o u t ep l a n n i n g a n dl o c a t i o ns h a r ef u n c t i o n st oa s s i tt h ef i e l dc o l l e c t i o n t h em o i b l eg i s c o l l e t i o ns y s t e ms i m p l i f i e st h ec o l l e c t i o nw o r k f l o wa n di m p r o v e s t h e c o l l e c t i o ne f f i c i e n c y k e yw o r d ：m o b i l eg i s ，f i e l dc o l l e c t i o n , n e tc o m p a c tf r a m e w o r k , i s l a n d r e s o u r c es u r v e y i i i 图表目录 图2 1r d s t m c 系统结构图13 图2 2 道路匹配图1 7 图2 3 最短距离规划原理1 7 图4 1 实际的采集流程。2 6 图禾2 系统的逻辑结构2 7 图4 3 现实地理要素的抽象2 9 图4 _ 4 拓扑的路网数据组织图3 0 图4 5 采集的轨迹效果3 1 图4 6e x i f 中g p s 的存储一3 2 图4 7 系统功能结构图。3 2 图4 8e x i f 中g p s 属性存储结构4 3 图4 9 最短路径的实现流程4 4 图4 1 0 短消息位置共享流程4 6 图5 1 背景参考图层4 8 图5 2 用户配准背景参考图5 3 图5 3 数据的载入与适屏初始化5 3 图5 _ 4 路网数据与背景图的匹配。5 4 图5 5p 0 1 名称查询5 4 图5 - 6p o i 查询结果位置显示5 4 图5 7 起点终点选择5 4 图5 8 路径规划5 4 图5 9 距离提示5 4 图5 1o 选择采集专题5 5 图5 1 l 专题属性采集5 5 图5 1 2 关联照片采集5 5 图5 1 3 轨迹采集时间间隔设置5 5 图5 1 4 轨迹采集记录显示5 5 图5 15 位置照片采集5 6 图5 1 6 位置发送5 6 图5 1 7 位置接收与显示5 6 图5 18a r c m a p 中轨迹分析5 7 图5 1 9 岸线轨迹分析5 7 图5 2 0 超链接的图片5 8 图5 2 1 照片e x i f 中记录的位置信息一5 8 表2 1几种常用p l a n 技术的比较1 2 表3 1 不同移动g i s 的开发方式的优缺点比较2 1 表3 2 需要通过p i n v o k e 来使用在n e tc f 不支持的、矾n 3 2 特性例子2 3 表4 1p o i 表的数据格式2 9 表5 1 海岛岸线调查表单属性4 9 表5 2 海岛滨海湿地调查表单属性5 0 表5 3 海岛地貌与第四纪地质调查表单属性5 l i i i 表5 4 土地利用调查调查表单属性。5 1 i v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文 并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利 目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据 库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规 定。 学位论文作者签名：导师签名： 日期： i i i p 跏l ， 日期： 啄健彳 扣g 6j ( d 第一章绪论 1 1 研究背景 随着移动计算技术和无线通信技术的发展，近年来，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 ) 呈现出向移动计算环境发展的趋势【l 】。 g i s 与移动设备结合产生的移动g i s ( m o b i l eg i s ) ，不但继承了g i s 的优点，更 能发挥移动性特点，并通过与g p s ，无线通讯技术的结合，满足人们对地学信息 在随时随地为任何人任何事情进行4 a 服务( g e o i n f o r m a t i o nf o ra n y o n ea n d a n y t h i n ga ta n y w h e r ea n da n y t i m o t 2 1 的应用需求。 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上， 提供分布式的、移动的、随遇性的地理信息服务的g i s t 3 1 。 面向数据采集移动g i s ，是结合定位技术与无线技术，以外业采集为应用目 的的移动g i s 系统。 在移动g i s 的发展之初，信息的采集利用是移动g i s 的最主要应用领域；而 从9 0 年代中期开始，移动g i s 进入了以全球定位系统( g p s ) 为核心的阶段【4 j ， 移动g i s 采集的信息中可以加入实时的空间位置信息，并因为实时位置的获取， 采集系统中能够集成基于位置的服务( l o c a t i o n - b a s e ds e r v i c e ，l b s ) 功能，大大 提升了采集系统的应用价值；到现阶段，移动g i s 开始与无线通信结合，数据 的上传下载，无线数据共享成为面向数据采集移动g i s 中新的应用，采集+ 定位 + 无线集成成为面向数据采集移动g i s 的发展方向。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 移动g i s 的理论与应用研究 国外对移动g i s 、面向数据采集移动g i s 的研究热点在于空间数据的组织与 表现，移动外业采集数据的软件与数据整合的方法体系，移动g i s 与无线网络 的结合，以及一些前沿性应用。 由美国地理信息与分析中心( n a t i o n a lc e n t e rf o rg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n & a n a l y s i s ，n c g i a ) 发起的名为b a t t u t a 计划正在进行中【5 】，该计划旨在研究外 业采集系统中地理数据与相关技术的整合应用。该计划的主要参与者有艾奥瓦州 立大学的s a r a hn u s s e r 、l e sm i l l e r ，加州大学圣塔芭芭拉分校的m i k eg o o d c h i l d 和k e i t hc l a r k e 等。其研究的主要内容包括异构移动计算环境中的地理空间数据 设计框架；在有限计算环境下采样软件的设计；穿戴式的计算环境和界面设计； 使用和采集地理空间信息的体系方法。目前该计划正处于外原型系统建立和区域 试验的阶段。该计划将为移动采集系统的中地理空间数据与软件的整合提供一种 方法体系。 由苏黎士大学的e d w a r d e sa l i s t a i rj 和b u r g h a r d td i r k 等攥写的“地 理空间信息在移动信息系统中的应用和可视化 【6 】，着重阐述了在移动信息系统 的开发以及在其中可视化地理内容的方法，为在移动g i s 中各种地理相关信息 的表现提供了方法借鉴。 由爱尔兰都柏林大学的a r i z z i n i g 和都柏林大学的k g a r d i n e r 等攥写的 “移动环境管理g i s 系统：鱼类栖息地空间信息管理系统设计”结合了无线 网络和移动g i s 实现了环境空间数据的移动管理。为无线网络与移动g i s 的结 合提供了原型参考。 由罗马尼亚的布加勒斯特普利塔力卡大学a l i nl a z a r , a n d r e ig h e o r g h e 等开 发的“鸟类分析与观察系统b i r d s p o t 【8 】( 微软2 0 0 6 全球学生嵌入式开发大赛 决赛作品) ，实现了外业鸟类监测数据的采集，照片分析等功能。把照片的采集 与分析作为移动g i s 系统的新的应用，为类似面向数据采集移动g i s 提供了功 能上的借鉴。 而国内在移动g i s 、面向数据采集移动g i s 方面的研究主要集中在具体项目 需求的应用实现，使用移动g i s 二次开发工具进行开发的实践研究等。 由西南石油大学黄敏攥写的“基于p d a g p s 的移动数据采集系统研究与应 用1 9 论述了运用移动数据库s q l s e r v e rc e 进行移动数据采集系统的开发，着 重介绍了空间数据的存储、远程更新技术。为运用移动数据库产品进行空间数据 的开发应用提供参考。 由余丰华，夏跃珍等攥写的“移动g i s 技术在地质灾害数据采集领域的应 用研究【1 0 1 ，主要介绍了运用a r c p a d 进行地质灾害数据采集系统的开发。为运 用a r c p a d 进行移动采集系统的功能定制提供了范例。 1 2 2 移动g i s 的开发现状 移动g i s 的开发方式，分为二次开发和自主开发( 不依赖g i s 组件) 。国外 主流的g i s 厂商都提供了移动g i s 二次开发的解决方案，以e s r i a r c p a d 为代表 的基于软件的功能定制，以m a p x m o b i l e 为代表的二次开发组件，形成了移动 g i s 二次开发中的两种方案，通过这些方案结合具体应用需求，能够实现移动 g i s 的采集功能，并成为众多项目的解决方案。但使用二次开发解决方案进行面 向数据采集移动g i s 开发的缺点是1 ) 开发的软件受控件界面、数据格式、组 件功能等限制，不能满足面向数据采集移动g i s 用户的个性需求。2 ) 开发的移 2 动采集系统需要采购商业化组件，且根据系统装机数量需要额外支付费用，无自 主知识产权，开发与应用成本高。 在自主开发的领域，针对p d a 的e m b e d d e dv i s u a lc + + 开发平台，由于其 在移动设备上运行的高性能优势，成为众多移动g i s 商用软件，特别是导航软 件的首选平台，从技术角度来讲，用其开发移动g i s 采集软件也完全可以实现。 但只是由于其软件开发难度高，开发周期长，因此，并不适合进行移动g i s 采 集这样一个应用系统的开发。 2 0 0 3 年微软发布了针对移动与嵌入式设备开发的n e tc o m p a c tf r a m e w o r k ( n e t 精简框架，简称n e tc f ) 开发框架，通过n e tc f 中的绘图类， 通讯类等类库，结合平台调用技术，完全可以实现在p d a 上进行地图显示，g p s 数据采集、导航、无线通讯等移动g i s 、面向数据采集移动g i s 的应用需求。利 用n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 进行移动g i s 的开发，既能保持独立开发的自主知 识产权和开放灵活特性，又能保证开发的快速和高效，是一种新型的、快速进行 移动g i s 开发的方式，适合于面向数据采集移动g i s 的自主开发。 1 3 论文内容及创新之处 本文主要从面向数据采集移动g i s 的设计与开发实现两个方面进行了研究： 1 从采集流程的角度进行面向数据采集移动g i s 的设计，从数据组织上把 系统分为了可以自定义坐标参考的背景参考图层，用于p o i 查询和路径规划的 导航数据图层和以采集为目的的采集数据图层。而在功能上则分别设计了基础 g i s 模块、导航模块、数据采集模块和通信模块。 2 从开发角度探索了一种利用n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 进行自主面向数据 采集移动g i s 开发的方式，着重介绍了在开发过程中一些关键技术与开发技巧 的应用，并根据数据组织与功能设计完成了面向数据采集移动g i s 的开发。实 现了路径规划、分专题采集、轨迹采集、照片采集、位置共享等直接或者间接服 务于各个采集流程的功能，满足了外业采集的需求。 本文的创新之处主要体现在三个方面： 1 从自主开发的角度，摸索出了利用n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 进行自主移 动g i s 开发的方法，研究并解决了关键的技术问题，实现了移动g i s 的快速开 发，为今后自主开发移动g i s 系统提供新的开发方式的借鉴。 2 按采集流程进行系统与数据组织的设计，扩大了外业采集系统的作用范 围，使其应用覆盖从出发导航到外业实采的完整过程。 3 从移动g i s 采集应用需求的角度，提供坐标参考图、辅助路径规划专题 采集、位置照片等特色采集功能，并提供自定义坐标参考图、辅助路径规划和无 线位置共享等来辅助采集的功能，开发完成满足特定应用一崇明海岛外业调查所 需的面向数据采集移动g i s ，简化了数据采集流程，提高了采集效率，为移动采 集系统的设计与应用提供借鉴。 1 4 论文的结构组织 论文的内容共分为六章 第一章绪论，主要介绍了课题背景、国内外相关研究现状、研究目的意义 和论文内容组织。 第二章面向数据采集移动g i s 的技术体系，概述面向数据采集移动g i s 涉 及的相关技术体系。 第三章面向数据采集移动g i s 的开发技术，在对比二次开发与自主开发两 种开发方式优缺点的基础上，论述基于n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 进行自主面向 数据采集移动g i s 开发方式的优势与开发中涉及的主要技术。 第四章面向数据采集移动g i s 的设计与实现。以满足实际采集流程需求为 核心思想，进行系统的功能模块设计和数据组织设计。同时，运用n e tc o m p a c t f r a m e w o r k 进行系统的开发实现，按照功能模块的开发为顺序，依次介绍开发过 程中的技术问题和解决方案。 第五章面向数据采集移动g i s 的应用，以崇明海岛调查外业采集系统为例， 介绍了该系统的需求背景和应用状况。 第六章结语，总结了论文的研究成果并分析了研究中的不足，提出对面向 数据采集移动g i s 与移动g i s 发展的展望。 4 第二章移动g i s 的技术体系 从广义上来说，移动g i s 是一种集成系统，是集合了移动运算技术、移动 定位技术、无线通信技术等多种技术组成的g i s 系统，而g i s 系统的构件从本 质上基于g i s 理论与空间数据系统之上。对于移动g i s 的采集系统而言，其本 身是一种移动g i s 的特定应用，并且强调其在空间信息的存储与共享的应用， 其自身特点决定了它对以上各种技术的依托。因此，面向数据采集移动g i s 的 技术体系构成可以分为五个部分，描述移动计算环境的嵌入式软硬件系统，满足 实时位置应用的移动定位系统，无线数据共享技术依托的无线通信系统，空间数 据存储技术保障的空间数据系统，以及针对面向数据采集移动g i s 特定应用的 各种g i s 算法系统。 2 1 嵌入式软硬件系统 2 1 1 嵌入式系统与嵌入式操作系统 根据i e e e ( 国际电气和电子工程师协会) 的定义是指运用在控制、监视或辅助 操作设备、机械或作业车间的装置( d e v i c e su s e dt oc o n t r o l ，m o n i t o r , o ra s s i s tt h e o p e r a t i o no fe q u i p m e n t m a c h i n e r y , p l a n t s ) i i 】。国内行业中对嵌入式系统 ( e m b e d d e ds y s t e m ，简称e s ) 的定义是指以应用为中心、以计算机技术为基础、 软硬件可裁减、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。嵌入式系统具有高可靠性，响应实时性、高度自动化、软件代码 精简等特性，能够满足实时和多任务的需求。嵌入式系统主要由嵌入式处理器， 相关嵌入式硬件，嵌入式操作系统、嵌入式应用软件等组成。【1 2 】 常见的嵌入式系统包括工业自动化设备、电视机顶盒、医疗设备、智能移动 设备等，而智能移动设备主要包括p d a 与智能手机，p d a 是p e r s o n a ld i g i t a l a s s i s t a n t ( 个人数字助理) 的简称，智能手机( s m a r t p h o n e ) 是指拥有开放的操 作系统，能够支持各种软件开发与应用的移动电话。通常来说，智能手机与p d a 的区别主要在于是否有通讯功能以及有否触摸屏的。早期的p d a 主要用作备忘 录、日程安排以及记录工作提醒，而随着硬件制作工艺的提升( 比如更小体积与 更强大处理能力的芯片和通讯模块) 以及新的应用需求( 诸如收发电子邮件、上 网浏览) 的提出，越来越多的p d a 已经丌始集成了移动通讯的功能，同时，随 着智能手机逐步具备触摸屏幕，因此，当今的p d a 与智能手机的差异已经越来 越小，都可以看成是名符其实的掌上电脑，是嵌入式系统在个人电子消费领域的 典型应用。 2 1 2 嵌入式操作系统 嵌入式操作系统( e m b e d d e do p e r a t i n gs y s t e m ，简称e o s ) 是一种实时的、 支持嵌入式系统应用的软件。主要包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、 设备驱动程序、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式 操作系统能够对系统资源进行有效的管理，并且相比较通用的操作系统，必须在 系统实效性、硬件适应性、软件固态化和应用的专门性方面又有所不同。 国际上用于信息电器的嵌入式操作系统有4 0 种左右，而目前在p d a 的主流 操作系统主要有：w i n d o w sm o b i l e ，p a l mo s ，e m b e d d e dl i n u x ，考虑到p d a 与 智能手机功能已经越发接近，其界限已经不再明显，因此，著名智能手机上的操 作系统s y m b i a n 也列在本节介绍中。 1 p a l m o s p a l mo s 是由p a l m 公司开发的3 2 位嵌入式操作系统，其本身设计之初就是 一套专门为p d a 编写的操作系统，支持触控操作，并且充分考虑了嵌入式设备 内存小，计算性能有限的特性进行开发，其操作系统本身所占内存极小。同时， p a l m 也是开放的操作系统，向用户提供免费的开发工具，用户借助于这些工具， 能够在p a l m 上进行应用程序的开发，并且这些应用程序所占空间也很小。因此， 相比较p d a 上其他操作系统，其最大的优势在于运行性能上的表现，而劣势主 要在一些多媒体性能( 不具备录音，不支持诸如m p 3 等音乐格式) 的薄弱。 2 l i n u x 与e m b e d d e dl i n u x l i n u x 是一个运行高效，源码开放的健壮的操作系统，是基于u n i x 的多用 户、多任务、支持多线程的操作系统，支持3 2 位和6 4 位硬件。因为l i n u x 的设 计思想是建立不受任何商业化软件版权制约的、全球兼容的系统平台，因此它最 大的特点是基于模块化的设计结构，具有高度开放和高灵活性。 e m b e d d e dl i n u x 其实并不是一个正式的操作系统的名称，而是代表将l i n u x 在嵌入式系统中技术应用，是基于l i n u x 系统的符合特定规范的特殊应用，是最 小化的l i n u x e m b e d d e dl i n u x 基于开放源代码的资源，因此在嵌入式平台上应 用广泛。在p d a 上的应用具有启动快、占用空间少、裁剪性好等特点。相比较 其他p d a 上的操作系统，其最大的劣势也正是由于其开放性造成的标准未统一， 导致开发难度比较大。 3 e p o c 、s y m b i a n e p o c 是p s i o ns o f t w a r e 推出的专门应用于移动计算设备( 包括p d a 与无线 设备) 的开放性操作系统。e p o c 全称e l e c t r o n i cp i e c eo f c h e e s e ( 电子奶酪) ，代表 了该系统希望使用者“使用电子产品时就像吃干酪一样简单 的设计理念早期 6 的e p o c 是1 6 位的操作系统，在稍后的版本中则开始转为3 2 位。该系统的特点 在于更好地支持无线应用协议。 s y m b i a n 是p s i o n 与诺基亚、爱立信等移动电话厂商联合成立s y m b i a n 公司 后推出的操作系统，它可以看作是e p o c 的后续版本( e p o c5 之后停止研发， 后续版本都为s y m b i a n ) ，并且更强调在智能手机上实现p d a 的一些特性与功能， 目前，在一些手机大厂的支持下，s y m b i a n 已经成为有重要影响力的开放的p d a 与智能手机操作系统。s y m b i a n 的最大优势在于支持强大的无线应用，其缺点在 于支持硬件有限，扩展性差。此外，对于开发人员而言，其能提供的公共参考资 料还不够标准和完备，开发难度较大。 4 。纾铴d o w sc e ，w i n d o w sm o b i l e ，p o c k e tp c w i n d o w sc e 是微软开发的一个开放的、可升级的3 2 位嵌入式操作系统。 c e 中的c 代表了c o m p a c t ( 精简) ，c o n s u m i n g ( 消费) ，c o n n e c t i v i t y ( 通讯连 接) 和c o m p a n i o n ( 伴侣) ，e 代表e l e c t r o n i c s ( 电子产品) 。w i n d o w sc e 的设 计目标是：模块化及可伸缩性、实时性、强大的通讯能力、支持多任务。w i n d o w s c e 是一个高度可配置的操作系统，它拥有好几百个系统组件和设备驱动可供选。 w i n d o w sm o b i l e 是基于c e 内核之上的，针对智能移动设备进行功能定制的 操作系统，w i n d o w sm o b i l e 是一个开放的操作系统，因此开发者可以基于 w i n d o w sm o b i l e 开发自己的应用程序。w i n d o w sm o b i l e 又分为p o c k e tp c 、s m a r t p h o n e 和m e d i ac e n t e r 三种版本，分别对应p d a 、智能手机、便携式娱乐中心三 种设备。 由此，p o c k e tp c 是w i n d o w sm o b i l e 操作系统中针对p d a 的操作系统版本， ( w i n d o w sm o b i l e5 版本下的p o c k e tp c 操作系统的完整名称应该是w i n d o w s m o b i l e5f o rp o c k e tp c ，在最新推出的w i n d o w sm o b i l e6 版本下，所有的p o c k e t p c 版本统一重新命名为w i n d o w sm o b i l e6p r o f e s s i o n a l ，但习惯上，大部分人仍 然称它为p o c k e tp c 版) 。而由于w i n d o w sm o b i l e 平台又是基于w i n d o w sc e 的， 并且，到目前为止，运用在p d a 上的p o c k e tp c 操作系统是使用w i n d o w sc e 操 作系统的各种设备中最成功的一种。因此，可以说w i n d o w sm o b i l e 是微软公司 针对移动智能设备开发的嵌入式操作系统的总称，而p o c k e tp c 是针对p d a 的 嵌入式操作系统。 相比较其他p d a 上的操作系统，p o c k e tp c 的强大在于完整的支持多媒体与 各种通讯功能，并且有与桌面w i n d o w s 相近似的用户体验。而比较大的缺陷在 于程序运行占用系统资源较大，对硬件设备硬件性能( 内存，c p u ) 要求高。本文 中面向数据采集移动g i s 的开发与实现都是基于w i n d o w sm o b i l ef o rp o c k e tp c 操作系统完成的。 7 2 2 移动定位系统 从目前移动定位技术的根本实现方式来看，可以分为全球定位系统( g p s ) 定 位和移动通讯网络定位( g s m 和c d m a ) 两个大类。而g p s 与移动通讯网络定位 中根据定位技术原理和定位精度又分为若干子类。随着对定位速度和精度的要求 不断提高，已经出现了结合两种基本定位方式的组合定位方式。 2 2 1 g p s 定位 1 g p s 定位原理、精度、特点 g p s 接收机在任意时刻通过接受在近地轨道上的4 颗以上定位卫星发送的 测量数据，利用三维坐标公式计算出当前点位置信息，而g p s 用来定义位置的 信息包括经度、纬度和海拔。g p s 接收机主要实现四种主要功能【1 3 】：用伪距 计算得出卫星与接受机间距。从卫星发出的信息中提取到达时间( t o a ) 信息。 求出卫星的星历数据，计算卫星的位置。确定接收机位置和时钟偏差。 出于军事目的的考虑，美国政府曾经采用”选择性提供”( s e l e c t i v e a v a i l a b i l i t y ，简称s a ) 干扰政策人为降低民用g p s 的定位精度( 统计学的对定位 精度的解释是指9 5 概率下的误差范围) ，导致民