（通信与信息系统专业论文）空间移动信息服务.pdf

大连理 大学硕士研究生学位论文 摘要 随着地理信息系统和移动通信的发展 人们对移动信息服务的需求迅速增长 在空 间移动信息服务的通信带宽有限的情况下 如何向用户提供高质量 高效率的地理信息 服务就成为研究者们亟待解决的问题 本文仿真实现了一个空间移动信息服务系统 该系统包括数据库服务器 地理信息 系统服务器 数据通信平台和移动终端四部分 具体实现步骤如下 首先 在m a n a b 中仿真宽带c d m a 数据通信平台 其次 以a r e s d e a r cs p a t i a ld a t a b a s ee n g i n e e s r i 公司的空间数据库引擎 管理s q ls e r v e r 数据库 最后 使用a r c o b j e c t s e s r i 公司 a r e g i s 家族中应用程序的开发平台 组件技术建立一个完整的系统模型 在系统的实 现过程中 本文使用了p u s h 推送 技术和自适应技术结合的方法 并且为了避免信道 资源不必要的浪费 提出一种信息交互计划 在向用户提供满意的服务质量的同时 使 信息交互的频率尽可能减小 功能实现包括两个方面 移动终端的主要功能是为用户设计的 包括地图的缩放 漫游和距离测量 移动终端的查询操作 显示用户当前位置等功能 服务器主要实现了 与移动用户的信息交互功能 包括用户跟踪 信息报告处理等 并实现了地图数据的查 询 管理及对用户轨迹的查询 最后 本文在研究传统最短路径算法 d q 虹吮算法 的基础上 分析了影响算法效率的几个主要因素 并根据城市道路交通网络的特点 提 出了优化算法 实验结果表明 改进算法的计算效率大大提高 关键词 地理信息系统 空问移动信息服务 推送技术 自适应技术 最短路径规划 沈玉英 空间移动信息服务 l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s a b s t r a c t w i 恤t h ed e v e l o p m e n to fg 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 a n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o n t h en e e df o rt h em o b i l ei n f o r m a t i o ns e r v i c e sg r o w sr a p i d l y i nt h ec a s eo ft l e l i m i to fl b s l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s b a n d w i d t h h o wt o p r o v i d eh i g h q u a l i t y a n d h i g 1 e f c i c i e n c yg e o 叠f a p l i ci n f o r m a t i o ns e r v i c et ou s e r si st h et a s kw ew i l lf a c e al b ss y s t e m ss i m u l a t i o ni si m p l e m e n t e di nt h i sa r t i c l e w h i c hc o n s i s t so fd a t a b a s e s e r v e r g i ss e r v e r c o m m u n i c a t i o np l a t f o r ma n dm o b i l et e r m i n a l t h ew h o l es t e p so ft h e s i m u l a t i o ni s a st h e f o l l o w i n g s f i r s t l y d a t a t r a n s m i s s i o no nw i d e b a n dc d m a c o m m u n i c a t i o np l a t f o r mi ss i m u l a t e db ym a t l a b s e c o n d l y t h es q ls e r v e rd a t a b a s ei s m a n a g e dw i t ha r c s d e f i n a l l ya ni n t e g r a t e ds y s t e mm o d e li s s e tu po na r c g i sp l a t f o r m u s i n ga r c o b j e c t sc o m p o n e n tt e c h n o l o g y as e r v i c em o d eo fp u s ht e c h n i q u ec o m b i n e dw i t h a d a p t a t i o nm e t h o di su s e df o rt h es y s t e m ss i m u l a t i o n i nt h em e a n w h i l e f o rs a v i n gc h a n n e l r e s o u r c e a l li n f o r m a t i o ne x c h a n g es c h e m ew i n gt om i n i m i z et h ee x c h a n g i n gf r e q u e n c y w h i l es a r i s f y i n gq o si sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r t h ef u n c t i o n si m p l e m e n t e dc o n t a i nt w oa s d e c t s o nt h eo n eh a n d t h em a i nf u n c t i o n so n m o b i l et e r m i n a l sa r ed e s i g n e df o ru s e r s i n c l u d i n gm a p s c a l i n g m a p r o a m i n g d i s t a n c e m e a s u r i n g q u e r yo p e r a t i o n d i s p l a y i n gt h ec u r r e n tl o c a t i o no f t h eu s e r e t c o nt h eo t h e rh a n d t h ef u n c t i o n so fi n f o r m a t i o ne x c h a n g i n gb e t w e e n 删et e r m i n a l sa n dt h es e r v e ra r er e a l i z e do n t h es e r v e r s u c ha su s e r st r a c k i n g i n f o r m a t i o nr e p o r tp r o c e s s i n g e t c i na d d i t i o n t h ef i m c t i o n s s u c ha st h eq u e r ya n dm a n a g e m e n to fm a pd a t aa n du s e r st r a c ke n q u i r ya r ea l s or e a l i z e d i d t h el a s tp a r to ft h i sp a p e r s e v e r a lm a i nf a c t o r st h a tm a ya f f e c tt h ee f f i c i e n c yo ft h ea l g o r i t h m a r ea n a l y z e db a s e do nt h es t u d yo ft h ec o n v e n t i o n a ls h o r t e s tp a t ha l g o r i t h m d i j k s t r a a l g o r i t h m a n dt h e nt h eo p t i m i z e da r i t h m e t i co fs h o r t e s tp a t hp l a n n i n gi sp r e s e n t e da c c o r d i n g t ot h ec i t yt r a f f i cn e t w o r k sc h a r a c t e r 强1 ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h ee f f i c i e n c yo f m o d i f l e da l g o r i t h mi sd r a m a t i c a l l yi m p r o v e d k e yw o r d s g i s l b s p u s ht e c h n i q u e a d a p t a t i o nm e t h o d s h o r t e s tp a t hp l a n n i n g 独创性说明 作者郑重声明 本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果 尽我所知 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的研究成果 也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料 与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意 作者签名 l 垒墨逸日期 塑 竺 太连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解 大连理工大学硕士 博士学位论文版权使用 规定 同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版 允许论文被查阅和借阅 本人授权大连理工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 也可采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文 作者签名 油主二定 导师签名 二丕21 垒 大连理工大学硕士研究生学位论文 1 绪论 1 1 空间移动信息服务系统的研究背景 地理信息系统是 f 7 集计算机科学 地理学 信息科学和管理科学为一体的边缘学 科 它以地理空间数据为基础 在计算机软硬件的支持下 对空间相关数据进行采集 管理 操作 模拟 分析和显示 并采用地理模型分析方法 提供多种空间和动态的地 理信息 为地理研究和地理决策服务 地理信息系统的应用涵盖了包括政治 军事 经 济 资源 环境等在内的几乎所有的领域 城市的经济建设 市政规划 环境保护 公 共交通等诸多方面都对地理信息资源有巨大的需求 因此 对地理信息系统的研究具有 十分重要的理论意义及应用价值 l 大地震是对城市破坏性最大 危害最严重的突发性自然灾害 随着我国城市化进程 的加快和社会经济 文化的发展 大地震给城市造成的各种损失也将成倍增加 大量的 震例表明 巨大的城市地震灾害主要是由位于城市之下的活断层突然快速错动所导致的 直下型地震引起的 2 l 因此 现在世界上包括日本 美国和我国台湾等很多国家和地区 都已经制定了相应的科学或工程计划 对城市活断层及其发震危险性进行探测和评价 并建设了相应的地理信息系统来管理分析试验数据 目前我国在2 0 多个城市都开展了地震危险性和危害性评价试验探测项目 但国内 尚没有一个完整的 以城市活断层为主要描述对象的地理信息系统 因此 全国正在建 立由国家和省市两级系统组成的活断层综合地理信息系统 来满足国家各级政府部门的 咨询与服务需要 由原国家发改委立项的 十五 期间重点项目 大城市活断层探测 项目 计划逐步在全国2 0 多个城市开展活断层勘探并进行地震危险性和危害性评价分 析预报工作 福州市作为试点城市 从2 0 0 1 年开始 共进行了7 大类活断层探测 得 到了数百个试验测线测点数据 数百幅探测结果图 上万个原始数据文件 需要管理的 数据量接近2 g 大连理工大学受中国地震局地质研究所委托 开发了用于管理福州市 活断层探测数据的 福州市活断层信息管理系统 软件 本文的作者参与了 福州市活 断信息管理系统 的开发工作 福州市活断层信息管理系统 是一个面向地质勘探领域 针对活断层探测的具体 应用而开发的专用城市地理信息系统 该系统的工作成果包括以下几个部分 对福州市 活断层探铡数据进行处理并建立数据库 对各神活断层探测数据进行便捷地查询和管 理 在局域网内运行本系统 对部分探测结果图进行网上发布 开发出三维数据的表达 功能 进行活断层地震危险性计算分析 进行地表破裂的分析预测 该系统较好地考虑 沈玉英 空间移动信息服务 了地质领域中活断层探测的具体特点 为在全国范围内开展活断层探测工作 建立全国 活断层地理信息系统和有效开展针对活断层的地震危险性分析预报 进行了有益的尝 试 该系统集成了g i s 发展过程中 网络g i s 阶段的两种模式 即c l i e n t s e r v e r c s 和b r o w s e r s e r v e r b s 模式 与传统的固定g i s 相比 网络g i s 具有以下优点 多源 数据信息共享 g i s 数据实现跨平台操作 平衡计算负载和网络流量负载 简化系统的 操作及管理1 3 1 上世纪9 0 年代中后期以来 随着计算机硬件技术 无线网络通信及互联网技术的 飞速发展 g i s 逐渐由室内工作站和桌面系统向户外移动计算终端发展 人们对使用掌 上电脑 个人数字助理 p d a 笔记本电脑等移动电子设备 通过无线网络访问地理 数据 实现无约束自由通信的需要越来越强烈 我们把当用户处于移动情况下使用的地 理信息系统称为移动地理信息系统 m o b i l eo i s 4 j 福州市活断层信息管理系统 项目涉及到了网络g i s 的关键技术 但在移动g i s 的研究方面还仍然是 个空缺 作者 结合 福州市活断层信息管理系统 的开发经验以及地理信息系统相关技术 对移动 g i s 中的空间移动信息服务技术进行了研究 1 2 空间移动信息服务概述 在资源管理 社会经济活动和日常生活中 有8 0 口a 上的信息属于具有空间位置特 性的地理信息 无线移动用户追切地想知道自己当时所处环境的信息 比如 我在哪 儿 我附近是什么 我如何到达目的地 我要找的人在何处 等 如何提 供这类服务 是移动服务提供商要回答的问题 于是基于位置的服务 1 0 c a t i o nb a s e d s e r v i c e l b s 和无线位置服务 m o b i l e l o c a t i o ns e r v i c e m l s 应运而生了 休斯顿大 学的实验调查显示 l b s 不仅有提高用户生产力的潜力 而且对于位置相关的工作有相 当大的帮助口j 建立一个完整的移动空间信息服务系统将是一个巨大的工程 它集成了当前在无线 互联和空间信息领域中的大量最新技术 其研究发展将直接得益于这些技术的发展和更 新 空间移动信怠服务的关键技术包括以下几个方面 1 无线通信接入技术 带宽和速率一直是靠4 约无线遂信发展的瓶颈 目前g s m 提供话音和短消息服务 g p r s 支持各种多媒体数据业务 速率达到1 1 5 k b p s 第三代移动通信采用了c d m a 码分多址等技术 能够提供的最大带宽为2 m b p s 实现高质量 高频谱利用率 低成本 的音频 视频和i n t e m e t 接入等移动多媒体业务 从无线通信技术角度来讲 满足空间 信息进一步社会化和普及化的需求是与移动服务的发展不谋而合的 于是 空间信息技 大连理工大学硕士研究生学位论文 术与移动通信技术的有机结合 将加快空间信息社会化的进程 同时也使l b s 服务成 为有源之水e l 基于位置的服务需要解决的主要问题是 地理信息服务器怎样通过得到 的移动终端位置信息向用户提供位置服务 它的一个主要 瓶颈 就是用户和服务器之 间的数据传输 信息交互问题 龚国清等人子1 9 9 8 年开发了基于g p s 地理信息系统 g i s 和通信技术的移动目标实时监控系统 当时主站和移动终端的通信主要使用电 台通信的方式 7 后来 张岩峰等人针对电台模式 使用轮询方法限制了系统容量和信 道的使用 实现了当时条件下系统中各移动车辆与监控中心的快速通信坶j 随着无线接 入技术的不断发展 电台模式的使用已经越来越少 2 0 0 0 年 a n d ym a r s h 等人设计了 一个名为 p h a r s 的l b s 系统 利用此系统 盲人用户可以发送s m s 短消息到话务中心 话务中心用已设定好的语音提示或者人工方法向用户提供方向导航和基于位置的服务 9 孙永臣等人将g s m 网络的s m s 通信技术应用到l b s 系统中 在监控中心和车载台 之间以短消息的方式进行通信 埘 随着g s m 网在全国的覆盖范围不断增大 应用g s m 作为车辆定位监控系统的通信传输平台也越来越普及 卓献军 1 邓辉 i 向怀坤 副 等人都结合实际开发工作对g p s g i s g s m 在车辆监控领域的集成应用进行了探讨 2 0 0 2 年以后 随着中国移动建设的2 5 g 的g p r s 网基本上覆盖全国 出现了将g p r s 应用于l b s 系统的研究 其中 周斯来等人在其论文中对基于g p r s 的地理信息系统 的技术优势进行了详细的论述1 1 4 进入3 g 时代 研究者们认识到扩频技术在数据传输 质量 隐密性与安全性方面都优于已有的无线通信技术 王仰昭讨论了在g p s 车辆实 时定位系统中采用的直序列扩频码分多址 d s c d m a 技术 并给出了发射与接收电 路系统的模型及误码率分析 l 王晖等人对l b s 在无线智能网 w 玳 基于c d m a 移 动通信网的智能网系统 上的应用进行了分析 对其中涉及的关键技术提出了相应的解 决方案 l 宽带c d m a 是未来l b s 通信方式的一个发展趋势 但至今为止 只有一些 研究者对这方面技术进行了理论分析 还没有用于实验或其他应用系统 2 定位技术 定位技术是系统向用户提供服务的基础 当前的定位手段主要分为两种 卫星定位 技术和无线网络定位技术 卫星定位技术以美国的g p s 定位技术为代表 定位精度在 1 5 m 左右 其主要特点是定位精度高 时间间隔短 各项参数完全能够满足系统的要求 但在室内和有高层建筑遮挡的城市里无法提供有效的定位服务 无线网络定位技术是以 手机使用的无线网络开展起来的 只要能接收到无线网络信号的手机 都可以提供定位 服务 精度在5 1 0 0 m 左右 其覆盖区域广 但定位精度受无线网络的影响很大 近年 来 无线局域网定位 1 7 蓝牙定位等技术也在不断发展 c f i s t i a l l od if l o r a 等人提出了 一个将室内和室外的用户位置检测技术相结合的软件结构 并使用蓝牙技术和g p s 技 沈玉英 空间移动信息服务 术将其实现 1 鲫 随着各种定位技术的发展 人们需要解决的问题是怎样兼容尽可能多的 定位手段 并且通过融合这些不同精度的数据得到更加可靠的定位结果 3 g i s 技术 g i s 技术向用户提供基于本地地图数据的服务 由于无线网络条件的制约 大部分 由本地地图数据所提供的服务是通过g i s 技术来实现的 这些服务包括地图的漫游 信 息的查询 地图导航 路径规划等 不同的地图服务对数据的组织有着不同的要求 向 用户提供快速 准确 完整 方便的服务是g i s 技术最终所要解决的问题 目前 各大 g i s 厂商也已依据各自的技术架构提出了一系列的无线产品解决方案 e s r i 公司的产品 a r c p a d 可提供数据库访问 地图显示及g i s 分析功能 并集成了g p s 模块 从而可为 移动用户提供桌面g i s 的一般功能 针对移动商及应用程序开发者 e s r i 另外提供了 套名为a r c l o c a t i o n 的无线空间解决方案 另外m a p l n f o 公司也推出了自己的l b s 解 决方案 m i a w a r e 还有i n t e r g r a p h 公司的i n t d l i w h e r e 无线空间信息服务平台 s u n 公 司的j a v e l o c a t i o n s e r v e r 平台 o r c a t e 公司的m o b i l e l o c a t i o n s e r v e r o n o r c a l e g 等 1 9 i 4 嵌入式模块技术 随着嵌入式技术的发展 应用掌上电脑 p d a 和手机作为移动终端的应用研究也越 来越深入 将成为今后发展的主要趋势 在这些设备上应用的嵌入式操作系统有多家厂 商的产品可以选择 如w i n d o w sc e p a l mo s e p o c 和嵌入式l i n u x 等 而s u n 公司 推出的针对嵌入式设备的j 2 m e 也成为占主流地位的嵌入式开发工具 k i r s iv i r r a n t a u s 等人使用基于x m l 矢量格式的城市地图 用j a v a 在移动终端p d a 及智能电话上完成 了l b s 试验性系统f 2 d 田根 童小华 张锦在嵌入式操作系统w i n d o w sc e 中 从底 层开发实现了一个基于移动的嵌入式g i s 实验系统雎1 埘 谢智颖等人基于s v g 适合互 联网传输的矢量数据格式 结合j 2 m e 和j 2 e e 的技术特点 以掌上电脑作为移动终端 实现了一个l b s 系统 引 余涛平等人应用基于w i n d o w sc e 的解决方案 实现了空间 移动信息服务客户端删 帅小应等人实现了基于j 2 m e 的移动位置服务3 g 手机应用平 台的设计 2 5 智能代理技术 近年来 为了使基于位置的服务具有智能行为 代理 a g e n t 技术也成为研究的 一个热点 2 6 1 2 7 1 智能代理技术是一种可以在网络上漫游的计算机程序 它有自治性 社 会性 主动性和反映能力 能代表主人 智能代理的派遣者 在网络上搜索和收集所需 要的信息 然后返回到主人所在的系统 智能代理使g i s 在移动计算环境下具有跨平台 互操作能力 大连理工大学硕士研究生学位论文 从功能实现角度来看 移动终端和地理服务器端的实现功能都越来越强大 致力于 向用户提供良好的人机接口和服务功能的研究也正向很多方面迅速发展 w o o j i nc h o i 等人提出了一个较好的位置信息上传的计划 并具体研究了基于位置的交通报告服务 l b s t r 和基于位置的导航服务 l b s n s 28 1 余涛等人在研究l b s 发展的基础 上 提出了l b s 系统 以人为核心 动态主动式系统 等对于实际应用很有意义 的几种观点 2 9 1 张海棠等人通过对移动计算环境的分析 研究了自适应空间信息移动服 务方案p 们 包括移动终端设备资源自适应 移动终端速度自适应 移动用户个性化服务 自适应 无线网络自适应 a l e x a n d e rz i p f 按照用户的位置信息 参数选择 感兴趣的 内容 给出的任务及文化差距等提出了一个用户旅游地图自适应的模式 3 l j 另外 有很多学者对基于g i s 的最短路径算法进行了深入地研究 例如 王开义等 人实现了一种高效的最短路径算法 3 2 王宏勇等人改进了d i j k s t r a 算法 节省了存储空 间 缩短了查询时间 以提高该算法在嵌入式g i s 系统中路径规划的效率 3 引 总的来说 由于定位手段的多样性 通信手段的广泛性 用户终端的多样性 使 l b s 系统在紧急救援 亲友定位 智能交通 汽车导航 工作流管理等各个领域中得到 了广泛的应用 随着无线传输技术的更新和无线互联网技术的不断发展 在需求和技术 的双重驱动下 将互联网上的海量信息和强大的应用服务功能扩展到移动终端上 为用 户提供随时 随地的信息服务是未来信息服务业的发展趋势 由于空间信息与人们生活 联系密切 移动空间信息服务必将在未来信息服务业中占有很大比重 基于位置的高度 私人化的服务也成为众多学者研究的热点 迄今为止 我们仍在期待第一个商业化 大 比例尺的l b s 系统 能够简单且经济地将基于位置的服务提供给用户 3 4 本文以宽带 c d m a 技术作为移动终端和g i s 服务器的数据传输平台 将p u s h 技术和自适应策略综 合应用到系统的功能实现中 为了尽量节约信道资源 提出了一种位置信息上传的方法 和信息报告的处理方法 针对城市道路交通网络的特点 对d i j k s t r a 算法迸行改进 提 高了执行效率 并对于交通阻塞发生时的情况进行了处理 1 3 本文的研究内容 本文对空间移动信息服务系统作了全面的研究 主要内容包括以下四个方面 1 对空间移动信息服务系统的系统结构 数据设计和功能设计三个方面进行研究 通 过查阅文献 总结前人的工作和特点 提出了本文的空间移动信息服务系统实现的 总体架构 2 为解决v b 与m a n a b 问数据传递的问题 研究了v b 与m a t l a b 集成的几种方法 选择a e t i v e x 作为集成手段 并在m a t l a b 中对c d m a 数据传输平台进行了仿真 沈玉英 空间移动信息服务 3 对移动终端和g i s 服务器实现的功能进行研究 重点实现了用户位置信息上传计划 移动终端的查询操作 信息报告功能和用户跟踪及轨迹查询功能 有效地避免了信 道资源的不必要的浪费 4 研究了最短路径规划的经典算法 d i j k s 妇算法及其算法效率的瓶颈 并针对城 市道路交通网络的特点 实现了最短路径规划的优化算法 并给出了实现结果 大连理工大学硕士研究生学位论文 2 空间移动信息服务系统的总体设计 2 1 系统结构设计 在深入学习基于位置服务的理论和a r c o b j e c t s 应用开发方法的基础上 结合 福州 市活断层信息管理系统 的开发经验 作者仿真实现了一个空间移动信息服务系统 该 系统实现了城市地理信息的管理 移动终端的数据浏览 查询以及移动终端和服务器的 信息交互功能 系统的组成结构如图2 1 所示 从功能上 可以将整个系统分为三个部 分 即服务器端系统 数据通信平台和移动终端1 3 5 1 图2 1 空间移动信息服务系统结构 f i g 2 1t h es t r u c t u r eo f l b ss y s t e m 1 服务器端系统 在系统的三部分组成中 结构最复杂的是服务器端 其本身就是一个系统 此系统 在局域网内采用c s 模式工作 其结构如图2 2 所示 城市地理信息数据库中空间数据 采用a r c s d e 管理 a r c s d e 是e s r i 公司的空间数据引擎 与后台的大型关系型数据库 系统 如o r a c l e s q ls e r v e r 等 协同工作来存取空间数据 沈玉英 空间移动信息服务 g i s j i 务器 数据库服务器 图2 2 服务器系统结构 f i g 2 2t h e s t r u c t u r eo f s e r v e rs y s t e m a r c s d e 通过系统的三个主要部分来分配其工作量 r d b m s 服务器 a r c s d e 服务 器 客户端应用 每一部分都优化地执行特定的任务 如数据存贮或分析 r d b m s 服 务器和a r c s d e 服务器运行在一台主机上 而客户应用则运行在另一台主机上 它通过 一个t c p p 网络与服务器连接 由于和客户端分担处理工作量 a r c s d e 服务器可以较 轻松地响应从许多g i s 服务器同时发来的请求 系统各部分的主要功能如下 3 6 j r d b m s 所有数据库访问的内容都通过r d b m s 服务器 它验证用户浏览或修改 数据的权限 解释输入的s q l 语句 提供一个事务处理环境 确保在发生系统崩溃事 故时数据库的可恢复性 a r c s d e 服务器 a r c s d e 服务器为r d b m s 解释空间数据 a r c s d e 服务器把客户 端对数据的请求转换为s q l 语句 使r d b m s 能用来读写存贮在数据库表中的几何图 形数据 与所有的数据库应用一样 a r c s d e 服务器必须通过r d b m s 服务器访问数据 库中的内容来工作 a r c s d e 客户端 客户端应用驱动a r c s d e 服务器执行一个动作 如在一个流域内 搜索所有可饮用水井 a r c s d e 客户端的主要功能是给用户提供一个接口 通过输入命 令或操作图形控制器 用户向a r c s d e 服务器发出请求 获取数据来显示 分析或向数 据库写入叛的数据 在本文实现的空间移动信息服务系统中 使用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 作为关系 型数据库管理系统 r d b m s 存储地图数据 g i s 服务器能够对数据库服务器中的城 市基础数据和道路交通数据等进行管理 可以对地图数据进行浏览 查询 计算 可以 通过数据传输平台与移动终端进行信息交互 接收用户提出的功能定制或服务请求 并 大连理工大学硕士研究生学位论文 对其请求进行处理 而后 将处理结果按照 定数据格式返回给移动终端 另外 g i s 服务器汇集了所有移动终端的信息 可对用户进行跟踪和轨迹查询 2 数据通信平台 本文在m a t l a b 中对c d m a 无线通信方式进行仿真 模拟移动终端与g i s 服务器之 间的数据通信过程 并使其达到实时性要求 其具体实现模块包括 数据到二进制码流 的转换 卷积编码 扩频 调制 通过加性高斯白噪声信道后经过解调 解扩 译码过 程 最后将得到的二进制码流还原为所需的数据 3 移动终端 移动终端是整个空间移动信息服务系统中用户操作部分 其功能是向用户提供良好 的人机接口 实现部分简单的查询 浏览 计算功能 并可以通过数据传输平台与服务 器交互信息 向服务器提出功能定制或服务请求 在服务器对其请求处理并返回处理结 果后 将用户需要信息以简洁 有效的方式提供给用户 另外 本文中实现的是一个原型系统 除t n 务器端可以稍作调整应用到实际系统 中以外 数据通信平台和移动终端都是对实际系统的模拟实现 在实际应用中 数据通 信平台将由g s m 系统或第三代移动通信系统实现 移动终端的相应功能将在车载系统 或手机 p d a 等便携式设备中 应用嵌入式技术及其编程方法来实现 本文对系统结构 及功能的研究 意在为实现一个便捷 有效的空间移动信息服务系统做一些实验性的工 作 为今后学者更深入的研究起到一个抛砖引玉的作用 2 2 系统数据及功能设计 2 2 1 系统数据设计 系统数据分为两部分 一部分为移动终端地图 另一部分为在数据库中的g i s 服务 器地图 移动终端地图以 m a p m x d 文档将所有的数据图层添加到一个地图中显示 g i s 服务器端地图包括 s e r v e r m a p m x d 和 鹰眼地图 m x d 两个文档 其中 s e r v e r m a p m x d 用于在g i s 服务器端显示地图主窗口 鹰眼地图 m x d 用于在g i s 服务器端显示鹰眼地图 移动终端与服务器地图主窗口有部分相同的图层 即城市道路交通基础数据 包括 行政区名 行政区边界 公路等级 公路等外 公路其它 背 景 及 地名 七个图层 另外还有以下几个自建图层 包括 宾馆 餐饮 医 院 另外 鹰眼地图由于使用区域较小 不需要显示地图的细节信息 因此只包括 行 政区名 和 背景 两层即可 在移动终端数据中 有三个特殊功能图层 沈玉英 空间移动信息服务 1 用户当前位置 层 点层 用于存储用户移动过程中的定位点 2 信息报告 层 点层 用于存储从g i s 服务器发送到移动终端的信息报 告点 3 道路交通 层 线层 用于存储城市道路交通网的路段信息 小数据量 服务器地图主窗口数据中 有四层特殊功能图层 1 信息报告 层 点层 用于存储处理的信息报告的位置 与发送给移动 终端的位置相同 2 1 用户位置反馈 层 点层 服务器处理信息报告之前 需要知道所有用 户的当前位置 并将这些位置在图层中生成具体的点要素 服务器根据这些点查找特定 区域内的用户 提取用户编号 即对应点要素的 u s e r n o 域 再把提示信息发送给这 些用户 3 客户位置 层 点层 用于跟踪用户及查询用户轨迹时存储用户的位置 点 4 道路交通 层 线层 用于存储城市道路交通网的路段信息 大数据量 移动终端的数据以s h a p e f i l e 文件格式直接存储在实现其功能的本机上 g i s 服务器 的数据将原始的s h a p e f i l e 文件通过a r c s d e 和a r c c a t a l o g 导入到已经建立好的s q l s e r v e r 数据库中 与m x d 地图文件中的某个图层对应的数据 使用的是被导入到数据库 中的s d ef e a t u r ec l a s s 类型的文件 a r c s d e 本身就是以c s 模式工作的 对应用程序 而言 它屏蔽了客户端与服务器之间的空间数据传输 因此g i s 服务器可以像使用本地 数据一样使用s q ls e r v e r 数据服务器上的空间数据 2 22 系统功能设计 系统功能是在g i s 服务器和移动终端协同工作下实现的 主要分为以下三类 即基 本功能 查询功能和交互功能 1 基本功能 地图缩放 浏览 全幅面显示 图层列表显示 鹰眼和距离测量等 2 查询功能 点图查找 周围环境查询和查找最近距离的要素等 3 交互功能 用户位置信息的上传 信息报告 服务器对用户的跟踪及轨迹查询 交通阻塞条件 下的最优路径规划等 一1 0 大连理工大学硕士研究生学位论文 2 3 系统开发方式及运行环境 2 3 1 系统开发方式 空间移动信息服务系统客户端和服务器的实现采用基于a r c o b j e c t s 组件库的集成 二次开发方式 即调用a r c o b j e c t s 组件库开发独立的应用程序 编程语言选用v i s u a l b a s i c 因为v b 具有良好的面向对象特性 方便易用 无线数据传输平台的仿真在m a t l a b 中实现 为了达到使用c o m 扩展a r c o b j e c t s 体系结构的目的 需要创建客户组件 最常用 的方法是在新类中使用e s r i c o r e 中的接口 但以自己的代码实现这些接口 这样 对象 就可以无缝地添加到a r c o b j e c t s 的体系结构中 从而提供自己的功能 利用v b 调用 a r c o b j e c t s 开发自定义组件方法如下 3 7 3 8 1 进行组件的设计 明确c o m 组件所能实现的功能 2 根据组件进程的类型及进程内组件的数目设置组件的基地址 如果需要创建很 多进程内c o m 组件 较好的做法是以随机方式选择一个基地址 然后使其他组件的基 地址交错地出现在第一个基地址的土方 用这种方法 可以保证组件的基地址不会冲突 减少地址空间发生冲突的可能 3 创建组件的基本程序框架 建立a c t i v e xd l l 工程 工程的名称定义了c o m 服务器的类型库的名称 工程的描述内容在p r o j e c t r e f e r e n c e 中 用以标识编译生成的 a c t i v e xd l l 4 从v b 的r e f e r e n c e 窗e l 中选中 e s r io b j e c tl i b r a r y 将a r c o b j e c t s 对象库 e s r i c o r e o l b 引入 从而建立了到a r c o b j e c t s 的连接 提供了a r c m a p 或a r c c a t a l o g 的接口 组件 属性 方法及事件 5 在类的变量定义部分 用i m p l e m e n t s 关键字声明所要实现的接口 要创建在 a r c l n f o8 中使用的任何一个命令 必须实现i c o m m a n d 接口 如果要创建工具 还必须 实现i t o o l 接口 而且在初始化过程中需要为对象赋值 或者是当其他事件调用代码时 赋值 6 对继承下来的e s r 接口中的每一个属性和方法进行实现 不管它是否需要完 成 开发人员需要负责全面实现某个接口 在v b 中 可以使属性和过程与接口成员的 i d l 规范对应 g e t 属性期待一个返回值 l e t 和s e t 属性是由外部的c o m 对象赋值的 属性 l e t 关键字用来对内部数据类型赋值 比如字符串或双精度变量 而s e t 关键字 用来对对象或接口引用进行赋值 7 根据功能需要 添加其他代码 也可创建窗体和代码模块 沈玉英 空间移动信息服务 8 创建组件对象并测试组件 设置组件版本兼容性 2 3 2 系统运行环境 系统的运行环境如下 c p u i n t e lp e n t i u m42 4 显卡 g e f o r c e 2m x4 0 0 内存 5 1 2 m 硬盘 8 0 g 7 2 0 0 转 操作系统 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r s p 4 软件环境 a r c g i s8 3 m a t l a b 6 5 a r c s d e8 3 s q ls e r v e r2 0 0 0 大连理工大学硕士研究生学位论文 3 无线数据传输平台 3 1v b 与m a t l a b 的接口 在工业生产和科研工作中 经常遇到复杂的数据信息处理问题 需要大运算量的矩 阵计算及对分析结果进行实时 直观的图形化显示 m a t l a b 是一种面向科学与工程计算 的高级语言 它集数值分析 矩阵运算 信号处理 神经网络和图形显示于一体 具有 极高的编程效率 在通信系统的分析和设计中 m a t l a b 既能按物理概念直接建立仿真模 型 又能提供直观的数学模型进行仿真 v b 是由m i c r o s o f t 公司开发的主力编程语言之一 它避开了c 编程过分繁琐和抽 象的缺点 同时又能实现大多数w i n d o w s 编程 v b 语言易学易用 是设计开发用户界 面的利器 它采用面向对象编程技术和事件驱动编程机制 界面友好 程序开发效率大 大提高 并且通过开放式数据库互连 终端用户可在应用程序中访问数据库中的数据 但它们各自也都存在局限性 一般基于m a 廿a b 的应用程序不能脱离m a u a b 集成环 境工作 而且编写界面的功能相对较弱 而v b 在进行复杂运算和处理时 计算繁琐 运算速度慢 使其在一些专业领域方面不能得到充分的利用 因此 倘若能将m a t l a b 与v b 有效地集成在一起 相得益彰 将m a t l a b 强大的计算功能与v b 在图形用户界面 开发方面的优势结合起来 实现应用系统的无缝集成 对于有效缩短开发周期 优化系 统性能是十分有意义的 但是 m a t l a b 只提供了与c 语言的程序接口 并没有提供直接 与v b 的接口 3 1 1 v b 与m a t i a b 集成的几种方法 在本文的研究工作中 c d m a 无线数据传输平台的仿真需要利用m a t l a b 来实现 而移动终端和g i s 服务器的设计需要在v b 中调用a r c o b j e c t s 组件库来开发 移动终端 和g i s 服务器之间的数据交互必须通过v b 与m a t l a b 的连接来实现 因此 对于v b 与 m a t l a b 接口的研究是非常有意义的 下面将分别讨论v b 应用程序与m a t l a b 集成的几种常用方法 f 1 借助d d e 技术 d d e d y n a m i cd a t ae x c h a n g e 动态数据交换 是w i n d o w s 支持的几种进程间通 讯机制之一 允许应用程序间通过交换数据实现通信 由于v b 支持d d e 客户端功能 而m a u a b 则提供了d d e 服务功能 因此可以实现在v b 程序中调用m a t l a b 应用程序 间首先要建立并初始化一个d d e 会话 初始化会话时 客户端应用程序必须指定两个 参数s e r v i c en a m e 服务器应用程序的名称 和t o p i c 会话主题 对会话进行初始化 沈玉英 空间移动信息服务 的应用程序称为客户端 c l i e n t 对c l i e n t 做出响应的应用程序称为服务器 s e r v e r 图3 1 描述了m a f l a b 作为服务器时与其他应用程序的通信机制日9 1 另外 d d e 只是一 种进程间的通信方式 它不负责进程的启动 所以执行这个程序前m 甜a b 必须已经处 于开启状态 否则程序会报错 m a t i a b 会话 客户端应用程序 i 跚务器模块l f e 功能函数 j 图3 1d d e 方式下的通信机制 f i g 3 id d e sc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m 2 借助a c t i v e x 部件 a c t i v e x 是一种开放式标准 它允许一个应用程序或部件控制另一个应用程序或部 件的运行 v i s u a lb a s i ca c t i v e x 部件是m i c r o s o f t 公司提供的 种用于模块集成的新协 议 它是工具箱的扩充部分 在程序中加入a c t i v e x 部件后 它将成为开发和运行环境 的一部分 并为应用程序提供新的功能 由于v b 支持a c t i v e x 自动化控制端协议 m a t l a b 支持a c t i v e x 自动化服务器端协议 因此如果已经建立了一个v b 应用程序和m a t l a b 之 间的a c t i v e x 自动化连接 那么在应用程序中就可以调用m a t