（地图学与地理信息系统专业论文）市政基础设施普查关键技术研究.pdf

中文摘要 中文摘要 随着无线通信技术、空间定位技术、分布式计算技术的不断进步，m o b i l e g i s 技术成为了g i s 的重要发展方向。硬件性能逐步加强的移动智能终端具有 的移动性为m o b i l eg i s 的发展提供了良好的支持。通过与无线网络、嵌入式数 据库以及全球定位系统等技术的结合，用户可以即时地进行g i s 信息的采集与 更新，随时随地地获得g i s 服务。 本论文重点针对m o b i l eg i s 的城市设施、人口、经济普查等方面的应用进 行探讨。目前，m o b i l eg i s 在移动终端还存在着表达方式不够丰富、通用性还 不够强的现状，在服务器端还存在着集成环境的建设不够完善以及同新兴技术结 合不够紧密的问题。针对这些情况本文侧重于研究如下三个方面： 1 、设计市政基础设施普查技术框架，对服务器端的空间数据进行分析和组 织，建立起面向终端采集的空间数据分发和收割的机制，结合嵌入式数据库环境 以及传输环境，完善m o b i l eg i s 外部集成环境的建设。 2 、空间数据在移动终端的通用性表达，分为空间几何特征数据的表达和属 性数据的表达两个方面。对空间几何数据本文分别从逻辑表达、物理表达和系统 实现加以阐述，而对属性数据则着重描述了数据格式和解析。在上述基础上进行 基于m o b i l eg i s 的移动终端数据采集通用构件环境的搭建。 3 、最后针对南京市市政设施普查工作，利用相关开发环境设计和实现了基 于m o b i l eg i s 的空间数据采集系统。 关键词：m o b i l eg i s ；基础设施普查；空间数据采集；数据分发与收割 英文摘要 a b s t r a c t a i o n gw i t ht h ep r o g r e s so fr a d i oc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , s p e c i a ll o c a t i o n t e c h n o l o g ya n dd i s t r i b u t i o nc a l c u l a t i o nt e c h n o l o g y , m o b i l eg i st e c h n o l o g y b e c o m e st h ei m p o r t a n td i r e c t i o nl ng i s ，s d e v e l o p m e n t t h eh a r d w a r e p r o p e r t i e so fm o b i l ei n t e l l i g e n tt e r m i n a lh a v eb e e ne n f o r c e ds t e pb ys t e p ，w h i c h p r o v i d et h es u p p o r tt ot h ed e v e l o p m e n to fm o b i l eg i s c o l l e c t i n ga n du p d a t i n g t h eg i si n f o r m a t i o ni n s t a n t l yi sr e a l i z a b l ew i t ht h ec o m b i n a t i o no fs u c h t e d h n o l o g i e sa sr a d i on e t w o n c ，e m b e d d e dd a t a b a s ea n dg p s t h i sp a p e rm a i n l yd o e sr e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o no nm o b i l eg i sf o rt h e u r b a nm u n l c i p a ie q u i p m e n t sd a t ac o l l e c t i o n ，e c o n o m i c a l g e n e r a is u r v e y ， c e n s u s e sa n ds oo n a tp r e s e n t t h em o b i l et e r m i n a is t i l lh a sm a n yp r o b l e m s s u c ha s i a c e so fe n o u g he x p r e s s i o n sa n di o wr e u s a b i l i t y , a sw e l ia st h es e r v e a c c o r d i n g l y , t h ep a p e rm a i n l yf o c u s e so nt h ef o f l o w i n ga s p e c t s ： 1 、d e s i g nt h ef r a m e w o r ko fm u n i c i p a le q u i p m e n t sc e n s u st e c h n o l o g y , a n a l y s i sa n do r g a n i z et h es p e c i a ld a t ao fs e r v e r , e s t a b l i s ht h e d i s t r i b u t i n ga n dr e c e i v i n gm e c h a n i s mo fs p e c i a ld a t aw h i c ho r i e n t e d t ot e r m i n a ic o l l e c t i o n p e r f e c tt h ec o n s t r u c t i o no fm o b i l eg i se x t e r i o r i n t e g r a t i o ne n v i r o n m e n tc o m b i n e dw i t ht h ee n v i r o n m e n to f e m b e d d e dd a t a b a s ea n dt r a n s m i s s i o n 2 、t h eg e n e r a l i t ye x p r e s s i o no fs p e c i a id a t ai nm o b i l et e r m i n a l ， s e p a r a t e di n t ot h es p e c i a lg e o m e t r yp r o p e r t yd a t aa n da t t r i b u t ed a t a t os p e c i a lg e o m e t r yt e x t ，e x h a u s tf r o ml o g i ce x p r e s s i o n ，p h y s i c a l e x p r e s s i o na n dt h er e a l i z a t i o no ft h es y s t e m ，w h i l et oa t t r i b u t ed a t a m a i n l yf r o mt h ef o r m a ta n da n a l y s i s b u i l dt h ec o m m o nc o m p o n e n t e n v i r o n m e n to fm o b i l et e r m i n a ib a s e do nm o b i l eg i so ns a i da b o v e 3 、d e s i g n a n dr e a l i z et h es p e c i a id 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 e g 1 sw h i c ha i m e da tn a n j i n gm u n i c i p a ie q u i p m e n t sc e n s u sw o r k k e yw o r d s ：m o b i l eg i s ；m u n i c i p a le q u i p m e n t sc e n s u s ；s p e c i a ld a t ac o l l e c t i o n ； d a t ad i s t r i b u t i n ga n dr e c e i v i n g 第一章绪论 1 1 研究背景 第章绪论 市政基础设施是指市政部门管养的城市道路、桥梁( 含人行天桥) 、隧道( 含人行地下 过街道) 、排水管道( 含雨、污水及合流制管道) 、河道( 堤防) 、泵站( 含雨、污泵站) 、水 闸( 含水坝、拦污栅) 、污水处理厂、路灯( 含亮化照明) 等设施。市政设施基础是充分发 挥城市载体功能的先决条件，也是发挥城市综合功能的基础，是城市经济、科技、社会发展 水平高低的重要标志，也是城市防灾、救灾的必要保证。所以管理和养护好市政基础设施将 直接体现城市的管理水平，对城市人民的生活和城市可持续发展的重要性是不言而喻的。 管理和养护好市政基础设施的先决条件是掌握全面、科学、准确的市政基础设施资料， 这些资料不仅决定市政养护部门的业务管理水平。同时还将影响政府对市政基础设施建设的 投资与预算。市政基础设施资料主要依靠行业管理部门通过人工方式进行数据普查采集获 取。传统情况下，市政基础设施普查资料主要表现为三种方式：一是相当数量的市政基础设 施竣工资料；二是市政基础设施宏观普查统计结果，如路灯5 万盏，5 0 米以上道路1 0 0 条等；三是以表格化形式存在的较为明细的市政基础设施数据库。这几种形式的市政基础设 施资料对于市政基础设施管理部门来讲，影响其管理和维护水平。但随着城市市政行业的改 革进程，特别是市政“管养分开”的提出，城市建设者和大众对市政基础设施的管理提出了新 的要求，市政基础设施的管理必须从“粗放”到“集约”和“糖化”。 仔细分析以上市政基础设旃资料的不足，其主要问题是市政基础设施的普查方法单一， 普查技术简单，普查流程不够合理，缺乏动态普查更新机制。移动地理信息系统( m o b i l eg i s ) 是集成g i s 功能的嵌入式系统产品，是g i s 走向大众化，服务于大众的一种应用。同时它 也是导航、定位、地图查询、数据采集和空间数据管理的一种理想解决方案城市市政基础 设施基本上都具有地理空间特性，因此利用移动与嵌入式g i s 技术进行市政基础设施的普 查和资料管理则势在必行。本文利用m o b i l eg i s 技术设计了面向p d a 的市政基础设施采集 终端，建立了相应的数据分发与收割的后台采集服务环境，并将这些研究成果在南京市政基 础设旌普查项目中进行了验证。 第一章绪论 1 2 国内外研究现状与进展 1 2 1 数据采集进展 g i s 数据采集是建立g i s 系统的一项最基本的工作。在过去常规的数据采集方法是 野外测量、航空摄影测量和遥感。随着人们对g i s 数据要求的提高，这些方法显得费时费 力且周期较长，很难一次性满足g i s 数据的要求。今天，数据采集开始采用g p s 和数字全 站仪等高精度测量仪器，朝着更快j 更方便的方向发展。 全站仪是测绘行业常用的智能型采集和量测仪器，能够自动存储测量信息，通过仪器内 部程序进行大气折光差、照准差、指标差、地球曲率、倾泻值的改正。在全站仪中输入仪高、 镜高、初始坐标、高程等数值后，经过测量和仪器固化程序处理后得到的就是各种坐标、高 程、边长等结果，并且具有一定的编程扩展能力( 徐华君等2 0 0 3 ) 。 目前利用全站仪进行外业采集的方式及其利弊主要如下： 首先，全站仪内存采集散点，人工野外画草图。外业人员三到五人( 观测员1 个、绘 草图及拉皮尺一到二人、司尺员一到二人) 这种采集方式的好处在于：观测人员较轻松， 只需照准目标进行测量记录即可；司尺员的工作相对比较简单，只需对地物地貌跑全即可， 不必考虑其顺序。其弊处在于：绘草图人员比较繁琐，要考虑草图的美观、准确，以便内业 人员的正确绘图；内业时间较长，要根据草图利用散点一一连线成图，一般外业一天的资料， 内业至少要4 到5 个小时才能完成。 其次，全站仪配合笔记本或掌上通直接成图。外业人员三到五人( 观测员一人、操作计 算机或掌上通及拉皮尺一到二人、司尺员一到二人) 。这种采集方式好处在于：野外直接成 图且直观，其它同第一种。其弊处在于：笔记本在野外易损坏，电源跟不上；掌上通屏显太 小，而且反应速度慢，只适用于小面积测量。 另外，用全站仪内存或全站仪配合p c - e s 0 0 采点，并利用编码及相应连线关系外业直 接成图。外业人员二到三人( 观测员一人，司尺员一到二人) 。这种方式的好处在于：外业 人员少，操作简便，内业整理资料时间短，成图效率高，一般外业一天的资料内业仅需三十 分钟即可。弊处在于：观测员较繁锁，需同时采点连线；有时需到现场= 次巡视，以保证图 纸的准确性( 禹宝华，2 0 0 5 ) 由上述分析可知，全站仪采集方式能够提供高质量的空间数据。在测绘等行业有着广泛 的应用。但是全站仪作为专业的测绘仪器，不够轻便且使用相对复杂，成本较高，尤其在数 2 第一章绪论 据精度要求不是很高的数据采集场合如经济普查等并不适合。 1 2 2m o b i l eg i $ 研究进展 m o b i l eg i s 研究始于2 0 世纪9 0 年代初期，早期m o b i l eg i s 解决的问题主要涉及 信息提供、工作发布及记录、数据双向通信以及数据管理使用m o b i l eg i s 取代野外工作 人员的图纸，降低了成本；从9 0 年代中叶开始，主要以g p s 为核心应用的领域又逐步 扩展到了数字城市，虚拟现实，流域调查，国土资源调查等和数据采集相关的行业而随着 今天无线通信技术的发展，特别是第三代移动通信网络的出现，m o b i l eg i s 又将逐步从现 在的以g p s 为核心向着以无线移动网络为核心的方向发展，其应用领域也将持续扩展( 鲁丽 萍，2 0 0 5 ) 。 国内外对m o b i l eg i s 的研究分为两类模式：第一类是移动终端服务器模式即”瘦客户 端”模式，而第二类则侧重于嵌入式g i s 技术即”离线”模式。当然也可以利用集成技术将这 两种模式集成到移动终端。 第一种模式的理论基础：传统的g i s 中空间对象之间的关系是不变的或相对静止的， 然而在移动g i s 中。所描述的对象相对于其周围对象的位置是改变的，移动g i s 不仅指在 移动环境中使用g i s ，更重要的是指利用g i s 去描述移动的目标，例如在一辆移动的火车 中使用传统的g i s 并不能算真正的移动g i s ，真正的移动g i s 应该能描述火车移动的状态。 ( 孔凡随等，2 0 0 5 ) 第二种模式中移动终端具有相对独立的g i s 功能，可在离线状态下工作，移动终端自 身载有嵌入式g i s 平台，可通过结合g p s 等模块完成数据采集、导航等功能，并且能和桌 面系统的g i s 平台软件进行交互以完成数据从桌面到移动终端的分发和移动终端到桌面的 更新。这种离线体系下的嵌入式g i s 通过掌上电脑对g i s 数据进行存储、管理、分析、显 示，最终提供地理信息服务。与第一种模式相比因为数据存储在掌上电脑上，所以对用户的 操作都能以较快的速度响应( 田根等，2 0 0 4 ) 。 关于m o b i l eg i s 在空间数据采集的应用，杨春金等对基于嵌入式g i s 的高速公路养 护数据采集作出了研究，实现了利用p d a 录入高速公路养护数据并与桌面数据库同步的功 能。并提出了对一些关键技术的解决方法( 杨赛金等，2 0 0 s ) 岳彩荣等以t r i m b l e g e o x t 为移动g i s 的移动设备，实现了野外空间数据的实时采集和对历史数据的编辑和更新，并 通过后期差分处理，实现了土地变更信息的亚米级精度控制。 第一章绪论 移动终端数据采集以及g p s g i s 一体化应用技术发展已经比较成熟。国内外一些g p s 和g i s 相关的软硬件厂商以及科研机构凭借他们丰富的行业经验、深厚的技术积累以及强 大的开发团队，在这一领域推出了各自的产品以及解决方案： 1 e s r i 公司的a r c p a d ：a r c p a d 是为移动g i s 和野外制图应用而设计的它通过 移动和手持设备为野外工作者提供了制图、g i s 与g p s 集成功能。应用a r c p a d 获取数据 方便而快捷大大提高了野外数据的有效和可利用性。a r c p a d 提供了以下功能：地图导航。 包括漫游和缩放，空间书签以及确定当前g p s 的中心位置；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；g p s 导航；自动g i s 野外作业 的应用开发。 a r c p a d 产品一方面具有空间数据采集、导航的基本功能，另一方面提供一定的二次开 发能力。但是对于更为深入和通用的行业应用而言这些还不够，主要表现在对特定行业或领 域的通用性数据表达还比较弱，a r c p a d 系统自定义数据格式无法实现对几何特征数据和属 性数据及数据校验规则进行丰富的表达 2 t r i m b l e 公司的g e o c ex t x m 系列产品提供了一套g p s g i s 一体化的前端数据 采集以及外业后处理解决方案。该产品的主要特点有：( 1 ) 硬件整合了高精度g p s 接收机， 可以为用户提供精确可靠的g p s 数据。可进行实时差分，也可以利用t r i m b l e 公司的 t e r r a s y n c 或者g p s c o r r e c t 软件记录后处理差分数据以获得更高的定位数据。( 2 ) 该前 端采集系统w i n d o w sc e 操作系统允许用户灵活选用各种通用类型的g i s 外业软件，例如 t r i m b l e 公司的t e r r a s y n c 软件或者是e s r i 公司的a r c p a d 软件及其它目标软件以满足 外业应用的需求。t r i m b l e 公司的g e o c e 系列产品的特色在于对于高精度g p s 的集成以 及功能强大的外业后处理软件然而同a r c p a d 一样，也存在着行业数据表达的引入问题。 本文所探讨的基于m o b i l eg i s 的空间数据采集模式旨在提出一种更为开放的数据表 达方式，并引入相应的实时校验规则，同时建立一种更为通用的嵌入式g i s 数据采集体系 架构，使得系统能够推广到多种类型的城市普查，如设施普查、经济普查、人口普查等。 1 3 研究技术路线与方法 本文的技术路线如图1 - 1 所示： 4 第一章绪论 图1 。l 本文的技术路线 本文首先从全数字采集和m o b i l eg i s 两方面入手收集和阅读空间数据采集的研究进 展，分析各种方案的优势和不足；其次通过版本化分发数据、离线传输、嵌入式数据库的合 并复制技术以及数据采集领域m o b i l eg i s 构件的分析和提取建立基于m o b i l eg i s 的市政 基础设施普查技术框架；再次通过对相关大比例尺空间数据采集规程的分析和研究总结出移 动终端数据的表达模式，并引入特定行业的数据采集校验规则。最后研究移动终端采集的通 用构件环境的搭建，利用相关开发工具实施南京市市政设施普查系统的实现开发。 1 4 论文的研究内容和论文组织 1 4 1 论文研究内容 本文主要研究基于移动g i s 的空间数据采集模式，研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 研究基于m o b i l eg i s 的市政基础设施普查技术框架，提出面向终端采集的 m o b i l eg ! s 的整体结构和关键技术组成。 ( 2 ) 研究移动终端空间数据数据的表达模式，包括空间几何特征数据和属性数据，以 及相应的校验规则的引入。 ( 3 ) 研究如何将政府相关部门制定的普查文献转化为g i s 前端采集系统所能识别的 配置数据，并进一步将配置数据转化为系统的业务规则。 5 第一章绪论 ( 4 ) 研究了在业务规则驱动下基于w i n c e 的嵌入式技术进行g i s 移动终端数据采集 系统的设计和实现，实现了属性数据采集表单的动态生成。 1 4 2 论文组织 论文分六章进行撰写。 第一章绪论。主要提出了研究的背景和研究意义，国内外在数据采集方面的主要产品 和研究现状描述了基于m o b i l eg i s 的市政基础设施采集所依赖的技术以及论文的研究内 容、技术路线和论文组织。 第二章m o b i l eg i s 和空间数据的普查采集。阐述了m o b i l eg i s 空间数据采集相关 技术、开发模式以及m o b i l eg i s 在空间数据普查采集中的应用 第三章提出了基于m o b i l eg i s 的市政基础设施普查的技术框架体系，主要包括 h o b i l eg i s 的服务器端空间数据分发与收割服务的主体技术结构和移动终端的采集构件环 境的主要技术体系。 第四章阐述了m o b i l eg i s 通用终端数据表达技术。提出了移动终端空间数据采集具 有普适性的数据表达模式，并引入了相关的校验规则，描述了终端采集通用构件环境的搭建。 第五章主要阐述了m o b i l eg i s 空间数据普查采集系统的实现内容。描述了在基于 h o b l i eg i s 的空间数据采集系统中采集规则的获取以及系统的总体设计，结合南京市市政 设施普查的实施阐述了各个模块的实现。 第六章，结论和展望。通过对全文的研究型工作、研究成果进行总结和归纳，对今后 的研究工作进行展望 6 第二掌m o b i l e g i $ 与市骏基础设施普查 第二章m o b i l eg i s 与市政基础设施普查 2 1m o b i l eg i s 数据采集系统相关技术 m o b i l eg i s 应用系统的软件部分一般主要由如下四个方面组成：嵌入式操作系统、嵌 入式g i s 平台、嵌入式关系数据库系统和应用系统。与此对应的，系统的设计和开发者所 面对的四个基本问题是：嵌入式操作系统的选择和系统a p i 的使用、嵌入式g i s 平台的选 择以及其上的二次开发、嵌入式关系数据库的选择以及数据的存储、应用系统的设计和开发 显然第四点从技术上依赖于前三点，因此本节着重描述前三个方面的关键技术。 2 1 1 嵌入式操作系统及开发 因为采集系统的服务端是w i n d o w s 平台，为保持数据的兼容性以及程序的兼容性嵌入 式操作系统优先选择w i n c e 。w i n c e 系统的开发模式继承了w i n 3 2 的特点，主要体现在： w i n c ea p i 的主体是w i n 3 2a p i 的子集同时针对p d a 硬件特性作了某些扩充；w i n c e 提供的编译器以及集成开发环境e m b e d d e dv c 在使用上也继承了v c 的风格，同时开发 库m f c a t lf o rc e 等也构成m f c 的子集并作了适当的扩充 2 1 2 嵌入式关系数据库 嵌入式关系数据库s q ls e r v e rf o rc e 可用于迅速开发将企业数据管理能力扩展至移 动设备的应用程序。s q ls e r v e rc e 是一种功能强大的工具，它支持用户熟悉的结构化查 询语言( s q l ) 语法，并提供与s q ls e r v e r 一致的开发模型和a p i ，从而使移动应用程 序的开发更加简单易行s q ls e r v e rc e 引擎提供了一套基本的关系数据库功能。如优化 查询处理器和对事务及各种数据类型的支持，同时它还维护保留重要系统资源的精简内存空 间。远程数据访问和合并复制可以确保可靠地发送s q l s e r v e r 中的数据；既可以脱机操 作，又可以在日后与服务器同步，这些优势使得s q ls e r v e rc e 成为用于移动和无线环 境理想的嵌入式关系数据库平台。 在基于m o b i l eg i s 的空间数据采集系统中，s q ls e r v e rc e 主要承担如下任务：将 服务端s q l s e r v e r 中的数据复制到p d a 中；存储普查的属性数据；将属性数据同步到服 7 第二章m o b i l eo l s 与市政基础设施普查 务端s q ls e r v e r 中。本文主要关注第二点即属性数据的存储应用程序对属性数据的访 问则利用w i nc e 系统的a d oc e 组件。 2 1 3 嵌入式g i s 平台 e s u p e r m a p 是s u p e r m a pg i s 系列软件中的嵌入式g i s 开发平台，它提供以类库或 控件的方式进行分发，可以满足不同层次的应用和开发需求通过它可以高效率地开发各种 嵌入式g i s 应用系统，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 支持符合工业标准的大多数嵌入式设备，比如车载电脑、p d a 、智能手机等。可以用于车 载导航，监控系统、野外军事作业、旅游导游系统、各类社会应急系统、户外数据采集等领 域。 e s u p e r m a p 的主要特点有： ( 1 ) 功能丰富。提供常规的地图浏览、属性查询功能以及路径分析、g p s 、导航功能、 地图编辑功能和远程访问s u p e r m a pi s n e t5 服务器的功能。网络分析和g p s 协议还 设计为扩展架构。允许用户扩展并使用自定义的分析模型和协议解析器。 ( 2 ) 空问数据结构紧凑而清晰e s u p e r m a p5 设计的两种数据存储格式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 ) 文件格式，适合在资源紧缺的嵌入式设备上使用。具有 数据格式逻辑结构紧凑、清晰、便于管理，而且不依赖于任何数据库技术，可移植性强，支 持跨平台使用的特点。另外e s u p e r m a p 采用多源数据无缝集成技术，可以通过数据引擎 访闯不同的数据源，为不同的应用提供不同的解决方案。 ( 3 ) 和g p s 技术有着良好的融合。能够实时接收g p s 数据，并提供多种g p s 数据 解析协议，自动校正g p s 数据的偏移，在电子地图上实时显示移动目标，完成汽车自动导 航、路径分析等功能。 ( 4 ) 支持用户自定义扩展功能。包括g p s 其中g p s 协议扩展即在内置多种g p s 协 议解析器基础上，支持自定义g p s 协议解析器，解析其他类型的g p s 协议数据。网络分 析扩展即在e s u p e r m a p 内置的最短路径和最佳路径分析模型基础上，自定义实现自己特 殊需求的分析模型 本文所研究的数据采集系统就是建立在e s u p e r m a p 基础之上。 第二章m o b i l eg i $ 与市政基础设蓝普查 2 2m o b i l eg i s 开发模式探讨 和桌面应用开发相比，嵌入式程序在设计、编码、调试等环节将受到更多的限制，开发 效率也由此下降本节就提高系统开发效率、模块的封装方式等问题，并结合南京市市政设 施普查系统的开发实施探索m o b i l eg i s 的开发模式。 这里的“开发要素”包括编程语言、平台a p i 、开发类库等系统开发所必备的一些软件 要素。如果能够有效利用这些要素的可移植性，那么就能做到“在适合的平台上做适合的事 情”，从而大幅度提升开发效率。 具体而言在南京市市政设施普查系统中，编程语言使用了c + + ，平台a p i 针对 w i n d o w sc e 平台，开发类库包括针对w i n d o w s 开发的m f c 以及针对g i s 二次开发的 e s u p e r h a p 。这些开发要素在w i n d o w sn t 系统和w i n c e 系统上有着良好的通用性。这 就使得我们可能在w i n d o w sn t 平台上开发部分业务再移植到w i n c e 平台中。 另一方面目前开发w i n c e 程序的模式是在w i n d o w s 桌面系统的w i n c e 模拟器上开 发、测试，测试通过之后再改变编译器的设置将程序编译成目标p d a 的可执行文件或动态 链接库文件。而开发所需的特定版本的模拟器环境的稳定性不是很好、运行速度较慢，程序 编译的速度也比较慢。这样开发的很多时间都浪费在等待或者模拟器的重新启动和重新配置 中。这也对提高系统的开发效率提出了要求。 由上述分析可知，我们可以将一部分业务逻辑放到w i n d o w s 桌面系统上来实现，再移 植到w i n c e 平台中为了实现这一目标，我们需要关注以下几个方面： ( 1 ) 如何对系统从物理上划分模块，并选择其中一些模块在w i n d o w s 桌面系统上 实现。从物理上划分是指在集成开发环境中将系统划分为一个可执行文件项目和若干个动态 链接库项目。划分的原则在于模块应在逻辑上保持高内聚、低耦合，同时应制定出模块之间 合理的调用接口。 ( 2 ) 模块本身在代码的编写上应具有良好的可测试性，并且应准备通用的测试用例， 当对代码进行移植的时候能够快速进行测试。 ( 3 ) 在w i n d o w sn t 平台编写代码时应充分注意w i n d o w sn t 平台和w i n c e 平 台之间的差异。这是代码移植过程中最为核心的一点。以这种方式开发在提高开发效率的同 时也正面临移植方面的风险，我们耍做的就是尽可能规避这种风险 从开发和移植的角度，w i n d o w sn 1 。系统和w i n c e 系统的差异表现在： ( 1 ) 两者的a p i 有所不同。一方面w i n c ea p i 是w i n 3 2a p i 的一个子集，并且其 9 第= 章m o b i i e g i s 与市政基础设施普查 中部分函数功能已精简；另一方面w i n c ea p i 具有对针对w i n c e 的特定扩展功能如对触 摸屏等设备的支持 ( 2 ) 两者的开发框架m f c 和m f cf o rc e 有所不同。 ( 3 ) 内存限制以及存储介质容量有所不同；因此在w i n d o w sn t 上编写应用程序时 应尽量减少应用程序的尺寸以及内存的开销 ( 4 ) 两者存在着大量不同的硬件特性。如p d a 的屏幕比较小、键盘等用户接口不灵 活、c p u 运行比较慢等。 ( 5 ) 两者开发工具所提供的编译器对c + + 语言的支持有所不同。如e m b e d d e dv c 编译器对结构化异常和r 1 1 1 的特性不完全支持。 针对上述所列各项差异，我们采取的策略就是将业务逻辑部分、数据处理部分等不涉及 硬件特性或w i n c e 操作系统特性的部分在v c 6 0 中开发，并且在开发过程中高度重视对 时间和空间开销的降低。在市政设施普查系统中，我们从物理上将系统划分为四个部分： ( 1 ) 对系统配置脚本的解析模块( 动态链接库) 。该模块只涉及基本的z 0 操作和字 符串处理，我们在w i n d o w sx p 系统上完成开发并成功移植到e v c 环境下，重点处理两 者在u n i c o d e 字符串使用上的一些差异。 ( 2 ) 窗体自动生成模块( 动态链接库) 。该模块利用了基本的消息机制，所涉及到的 消息及其处理方式在w i n d o w sx p 系统和w i n c e 上是一致的，我们在w i n d o w sx p 系统 上开发并成功移植。 ( 3 ) 数据采集规则的获取和处理( 动态链接库) 该模块主要调用了e s u p e r m a p 二 次开发类库以及进行了一些内部数据处理。我们在w i n d o w sx p 系统上开发并移植成功。 ( 4 ) 主窗体模块( 可执行文件) 该模块主要用了m f c f o r c e 来开发，由于m f c f o r c e 和m f c 在对窗体的处理上由很多差异，而这些差异主要是w i nc e 系统窗体的特性造 成的。该模块直接在w i nc e 上开发。 2 3m o b i l eg l r $ 在空间数据普查采集中的应用 在城市普查或一些城市g i s 项目实施中空间数据采集的常用方法有： ( 1 ) 目测方式：首先根据现有的图纸等资料在底图上绘制采集对象的草图，再由外业人 员前往实地目测设施的大致位置以及和标志性地物的大致空间关系，然后在内业根据外业采 集数据修正草图，如果采集结果的准确性等指标仍未达到要求还要继续迭代上述过程。这种 1 0 第= 章m o b i l eg i s 与市政基础设施普查 采集方式的弊端显而易见：外业调绘工作量大且定位不准确并导致数据精度很差。 ( 2 ) 测绘方式；实施人员首先用全站仪对目标设施进行图形定位数据的探测，采集完毕 后对该设施作上标记，并进行内业成图；接下来由再由实施人员对标记过的设施进行属性数 据的普查，采集方式是填写纸质表格，最后进行内业属性录入。测绘方式所采集得到的数据 精度较高，主要弊端则在于“探查分离”，即探测和普查分开进行造成外业工作量大，属性 数据录入工作繁重并且容易出错。 国内外一些商业公司推出的g p s g i s 一体化m o b i l e g i s 采集方案虽然能够较好的解 决上述问题，但是这些方案在数据表达和技术体系上还存在着的一定的封闭性，对采集要素 数据之间的联系还挖掘的不够深入，同时系统针对各种普查数据采集的普适性还不够强。 一方面，城市普查空间数据采集的实施依据主要来源于政府部门制定的实施规范，如果 合理利用这些实施规范并在系统中建立相应的规则驱动部件，深入挖掘采集数据的内部规律 和数据之间的内在联系，从逻辑上建立一套通用的移动终端数据表达框架，那么空间数据采 集的普适性将得以增强，准确性和工作效率也将得以提高。 另一方面，m o b i l eg i s 项目的开发存在着开发难度较大、步骤繁琐、生产率低等问题， 如果能有效利用软件复用技术来简化软件开发过程，减少开发量和维护代价，就能达到降低 软件成本和提高生产率的目的。本文试图将基于构件的可复用技术用于m o b i l eg i s 项目的 开发中以达到上述目的，以此来建立一套更为开放的技术体系。 第三章基于m o b i l e g s 的市政基础设藏普查技术框架 第三章基于m o b i l eg i s 的市政基础设施 普查技术框架 3 1 基于m o b i l eg r s 的市政基础设施普查技术框架 市政基础设施普查主要包含外业工作和内业工作两个组成部分，其技术框架以数据为核 心，可以分为服务器端的空间信息服务与分发系统、基于移动设备的传输应用、嵌入式关系 数据库环境和移动设各的软硬件环境( 李成名，2 0 0 4 ) 四个部分，如图所示。 图3 - 1h o b l r eg i s 集成环境的体系结构 1 ) 服务器端的空间信息服务与分发环境 m o b i l eg i s 最重要的特性就是“可裁剪性”，m o b i l eg i s 的实现其实也就是移动终端 通过服务器的各种服务进行资源交互的过程。因此m o b i l eg i s 的正常运行同服务器端的空 问信息服务与分发系统的工作密不可分。 在普查工作中，这一部分工作的主要内容是数据资源的服务。主要内容是将服务器端的 大量、多尺度的空间数据按照移动终端的特点和需求分发出去；并在采集工作完成后将数据 采集的成果作为服务器端数据资源的一部分重新合并回去。 2 ) 移动终端环境 1 2 第三章基于m o b i l eg i s 的市政基础设施普查技术框架 m o b i l eg i s 的移动终端软硬件环境是m o b i l eg i s 的主体，主要功能是利用移动计算能 力实现g l s 功能，利用空间信息服务与分发环境提供g i s 数据。经过多年的发展与研究，这 一部分工作已经发展地相当成熟了 m o b i l eg i s 的移动终端硬件环境一般采用目前市场上主流的p d a 、s m a r tp h o n e 等智 能移动终端。并根据对应的w i n d o w sc e 、u n u x 、s y m b i a n 等运行于智能终端上的嵌入 式操作系统环境选择对应的开发环境。移动终端的g i s 功能主要利用嵌入式g i s 平台进行提 供，当前应用比较广泛的嵌入式g i s 平台有超图公司的e s u p e r h a p 、e s r i 公司的a r c p a d 等。 在普查工作中，移动设各的软硬件环境的主要内容是利用移动设备的计算能力、存储能 力和定位能力进行信息的采集和存储工作。 、3 ) 传输环境 传输环境是长久以来遏止m o b i l eg i s 其发展的瓶颈。当前比较常见的传输环境主要依 靠有线和无线两种方式传送数据，交换信息。 有线传输数据方式是目前比较常见的传输方式，目前市场上销售的几乎所有移动终端都 有提供一个与p c 通讯的有线连接设备，嵌入式设备可以通过这些有线设备与p c 端进行数 据交换。有线传输数据方式的优势在于速度快，可以短时间内传输大量的数据，缺点是嵌入 式终端的移动能力会受到限制。与有线数据传输比较起来，应当说，无线通信传输是m o b i l e g i s 的传输介质，它将m o b i l eg i s 的终端和空间信息服务实时地连接起来，随时随地地 上传用户请求。下达服务响应。但是，由于目前国内无线网络环境的发展现状，数据传输成 本高昂、传输速度低下、连接状态不稳，导致海量的空间信息和属性信息无法顺利地通过无 线网络进行传输。 在普查工作中，传输环境的主要功能是在空间信息服务和移动终端之间建立一座沟通的 桥梁，在适应m o b i l eg i s 应用的各种传输方式下进行数据的分发和更新 4 ) 嵌入式关系数据库环境 移动计算环境比传统的计算环境更为复杂和灵活。计算平台的移动性、连接的频繁断接 性、网络条件的多样性、网络通讯的非对称性、系统的高伸缩性和低可靠性以及电源能力的 有限性等因素，对移动数据库的性能提出了相当高的要求。移动技术的发展必将对嵌入式移 动数据库的发展起到强大的推动作用。同时嵌入式关系数据库的发展也能够促进移动计算的 广泛应用。 值得注意的是，如图所示，嵌入式数据库并不仅仅包含运行于移动终端的软件部分同 1 3 第- - 2 基于m o b i l e g l s 的市政基础设旗普查技术框架 样也包含运行于服务器端的服务部分，两者缺一不可。这正是本文的主旨之一：借助嵌入式 数据库简化m o b i l eg i $ 的实现工作。提高其性能水平。 在普查工作中，嵌入式关系数据库环境的主要功能是配合空间信息服务进行属性信息的 分发和更新，以保证数据采集工作的顺利进行 3 2 空间数据分发与收割 3 。2 1 空间信息的按图幅分发方式 由于移动设备与p c 在性能上存在着差异，而且移动终端的功能导致它的数据使用量不 会覆盖所有的空间数据，所以在数据分发的过程中，服务器端不可能也没必要将整个空间数 据副本传输给移动设备，而是应该按照一定的原则划分出一个符合移动终端需要的空间数据 副本进行分发。 把地图图幅作为数据采集单元，一方面以为图幅划分的数据单元的不像以道路为划分标 准那么细致，不会出现过多的冲突问题：同时图幅也不像行政管理区域的划分方式般粗放， 可以利用图幅的范围将数据副本的大小控制在移动终端可接受的范围内；另一方面，可以满 足外业物探测量人员工作统一安捧和工程进度总体控制的需要因此，本文采取了按图幅分 发数据副本对空间数据进行分发服务。按图幅对整个空间数据进行分块生成数据副本是一种 可以很好的解决方案，它可以将庞大的空间数据划分为了容量小得的多的多个数据子集，解 决了移动终端的存储矛盾：同时它只是在地理范围上做了限制，这并不会影响m o b i l eg i s 相对有限的数据使用量。 很明显，在具体的设计中，按多大的图幅对空间数据进行划分是有待于解决的关键问题， 它会直接影响到m o b i l eg i s 的工作状况，图幅太大或者太小都不允许。图幅大小的划分受 到如下多个因素的影响： 数据量 数据地理空间 数据的精度 图层 每一种方式都有其优势和缺点，适应不一样的应用方式。采用按图幅划分数据副本会产 生副本的局部性和空间数据库的整体性之间的矛盾，这是图幅划分数据副本机制中最主要的 第三章基于m o b i l eg 培的市政基础设施普查技术框架 矛盾，本文采取了数据的版本化分发机制的设计来解决这个矛盾，在下文中将对这方面内容 进行详细的讨论，这里不再赘述。 3 2 2 普查数据的版本化分发和收割 按图幅分发数据副本必将产生数据副本的局部性和空间数据库的整体性之间的矛盾为 了解决这一矛盾，本文采用了空间数据的版本化分发机制的设计。 版本化分发机制在移动终端的数据的副本分发过程中引入了资源的签入和签出的概念。 在服务器的某一资源有同时被多个客户端获取和更改的潜在趋势的时候，就需要为每一次资 源的修改过程构造出一个独立的临界空间以确定这一过程在空间和时间上的绝对唯一性。保 证资源的并发安全。资源的签出是指当一个资源被一个客户端获取的同时，也即意味着该客 户端对这一资源的捧它性拥有的临界空间的开始，这一过程中，只有这一个客户端拥有对这 一数据的使用和更改权限。直到资源被重新签入，也即该客户端放弃了这一资源的排它性使 用权的时候，其他的客户端才可以对这一资源进行再次的签出和更改在集成环境的设计过 程中，版本分发机制将空间数据作为一个可能会被多个移动终端获取及并发更改资源，对其 采取了签入和签出的限制，防止了数据采集过程中的对同一图幅的数据进行重复编辑的情况 发生，能最大限度地避免了数据采集中的冲突错误。 图3 - 2