ArcPad在移动GIS开发中的应用研究

1、ArcPad在移动GIS开发中的应用研究付宪国凌柳凤1信息工程大学测绘学院 河南郑州 450052273603部队 江苏南京 210049Email:fxgllf摘要:本文介绍了移动GIS的概念、特点和体系结构等内容,讨论了移动GIS当前的几种主要开发方式及设计时需考虑的问题,分析并论述了ArcPad在开发移动GIS系统方面具有的特性,提供的功能以及开发移动GIS方面的多种方式等。关键词:ArcPad 移动GISAbstract: This paper introduces the concept,characteristics and system structure of the Mobi

2、le GIS, discusses the mainly development and designing questions, analyzes and discusses the ArcPad's speciality in the aspects of developping the Mobile GIS system, provides the function and more methods of developing the Mobile GIS and so on.Keywords: ArcPad Mobile GIS1.引言在资源管理、社会经济活动和日常生活中,有8

3、0%以上的信息属于具有空间位置特性的地理信息。流动性和“位置”特性成为这些信息的最大特点,单纯的移动和单纯的GIS已经不能满足人们对这些信息的应用需求,因此,需要开发一种在任何时间、在任何地点、对于任何人、对任何事情都能利用的移动GIS系统。在人们的生活和社会发展对移动GIS的需求程度不断提高的引导下,大量的移动厂商都围绕着移动GIS方面进行了软件开发和试验,并针对移动平台发布了基于移动平台的开发环境。当前应用较广泛的有ESRI公司的ArcPad,Maplnfo公司的MapX Mobile,Intergraph针对移动领域推出的解决方案IntelliWhere,Autodesk公司提供了OnS

4、ite、SuperMap公司的eSuperMap、北京灵图软件技术有限公司推出的SmartInHand以及台湾“英瑞得信息”公司推出的WalkMap等,利用这些开发包可以很大程度上简化移动终端的开发过程。本文在分析移动GIS和ArcPad的基础上,探讨并研究了ArcPad在移动GIS开发中的应用问题。2.移动GIS的概念及特点移动GIS (Mobile GIS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GIS,是一个集GIS、GPS、移动通信(GSM/GPRS/CD2MA三大技术于一体的系统,通过GIS完成空间数据管理和分析, GPS进

5、行定位和跟踪,利用PDA完成数据获取功能,借助移动通信技术完成图形、文字、声音等数据的传输。与传统GIS相比,移动GIS的体系结构略微复杂些,因为它对GIS提供空间信息的时效性有着更高的要求,要求移动GIS通过无线通信技术能够实时的将空间信息传输给服务器,这也是称之为移动GIS的主要原因。因此,移动GIS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。数据层:移动GIS各类数据的集散地,确保GIS功能实现的基础和支撑。包含存有空间数据和属性数据的大型对象关系型数据库(如Oracle来实现数据组织管理。空间数据引擎是中间层与数据层交互的桥梁和纽带

6、。中间层:该层是移动GIS的核心部分,系统的服务器都集中在该层,主要负责传输和处理空间数据信息,执行移动GIS的功能等。包括Internet、Web Server、Map Server 等组成部分。因此,该层必须具备很强的、全方面的工作能力,如:提供高质量地图,地理和属性查询,数据下载,地名字典,邻接分析,地理编码以及传输服务等;同时处理大量请求服务以及可能具有的数以百万计的访问请求;由于移动计算发展迅速,很难预料将来的发展规模,服务器必须具有可扩展性能以保证系统以后的兼容性及扩展性;地理服务必须保证每时每刻都可获得,因此,服务器必须健壮且可靠。表现层:该层是客户端的承载层,直接与用户打交道,

7、是向用户提供GIS服务的窗口。该层支持各种终端,包括手机、PDA、车载终端,还包括PC机,为移动GIS提供更新支持。通过对移动GIS的概念和体系结构等内容的分析可知,移动GIS具有以下几个特点:(1移动性:移动GIS是运行在各种移动终端上,通过无线通信技术与服务器端交互,可以随时随地的移动着进行空间信息服务等;(2客户端多样性:移动GIS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PDA,移动电话等等,甚至可以是专用的GIS嵌入设备,这也就决定了移动GIS应该是一个开放可伸缩的平台。(3服务实

8、时性:移动GIS最大的特点就是在各种导航定位设备的支持下,在移动的过程中,不受限制地把采集到的相关信息及时处理并发布给用户;(4数据资源分散、多样性。移动GIS运行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的移动数据请求。(5信息载体的多样性。与传统GIS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。3.移动GIS的开发方式及注意问题移动GIS在系统组成、功能设计等方面与传统GIS存在着很大差异,具有一定的特殊

9、性,需要考虑的问题也是非常的多。因此,通过对移动GIS的特点、体系结构和应用情况等方面的分析,在进行移动GIS开发设计时需要注意以下几个方面的问题:(1优化移动数据在客户端的存储量。移动客户端通常只有有限的存储空间,虽然技术的不断提高使存储器的容量不断增加,但在大多数应用中,存储容量仍然是宝贵的。而GIS数据通常包括空间数据、属性数据、图形数据、拓扑数据和参数数据,其数据量非常大,所需的存储空间也相应很大。因此,在系统设计开发过程中,应首先考虑尽量减少客户端的数据存储量。(2科学组织空间数据的逻辑结构。鉴于移动GIS的开发平台和移动设备性能的考虑,为了提高软件的运行速度和节约设备的内存空间,移

10、动GIS软件应该具有自身的空间数据模型及适应该数据模型的数据结构。同时,在已设计好的空间数据模型的基础上,充分考虑掌上设备的存储空间、运行速度及GIS所需实现的功能。因此,设计一个精练、实用的数据结构对于系统的实现也是非常重要的。(3科学合理设计用户界面。移动设备的屏幕不仅分辨率低而且形状也各不相同,并且各自都有纵向、横向、方形等不同形状的版本。对于数据量丰富的GIS数据,应合理设计用户界面以适合不同分辨率、不同形状的设备,满足用户实际使用的需要。同时,大部分移动设备没有鼠标和键盘等输人设备,有的只有屏幕触摸的方式,所以在操作方式上,与普通PC机有很大不同,因此,设计一个方便、简练的操作界面也

11、是移动GIS系统开发中值得注意的地方。(4考虑网络通信对移动GIS的影响。移动GIS采用无线网络作为数据交换介质。由于目前的无线网络还不完善,存在着传输速率低,容易断线等特点,移动GIS在开发过程中应充分考虑到网络的不稳定性。特别是一些依赖于网络服务的系统,更需要合理设计保证系统在网络速率低甚至无网络连接状态下都能正常运行。移动GIS的开发根据系统的组成可分为移动端的开发与服务器端的开发。服务器端的开发与传统GIS服务器端的开发几乎一致,而移动端的开发是移动GIS最特殊的地方。目前在移动端的开发上主要有三种方式:(1基于现有平台的二次开发。主要指在基于现有移动GIS平台上,借助于厂商提供的工具

12、软件进行系统的扩展开发。这种开发方式可以最大限度的利用已有平台的丰富功能,并开发所需的扩展模块,增强原有系统的功能,是目前移动GIS主流的开发方式。(2基于现有类库的组件式开发。主要指利用GIS工具软件厂商提供的GIS功能组件,并使用程序开发语言进行二者的集成开发。通常,这些GIS组件都提供了诸如地图显示、缩放和平移等基本的GIS功能,开发者可以很方便的利用这些组件或类库将其集成到现有的系统中,而不必关心底层的具体实现。由于移动GIS的开发起步较晚,目前提供移动GIS组件的厂商并不多。(3自主独立开发。主要指不依赖于任何GIS软件或组件,从空间数据的采集、编辑到数据的处理分析及结果输出,所有的

13、算法都有开发者独立设计,然后选用程序设计语言在一定操作系统平台上编程实现。这种方式的好处主要在于不依赖任何商业GIS工具软件,可降低成本,开发出适合自身需要的GIS系统。但是,这种开发方式通常需要大量的时间、人力和财力等方面的投入。同时,由于移动GIS平台本身的特殊性,往往要求开发者具备比桌面GIS开发更高的程序设计能力。综上所述,我们可以看出,基于现有平台的二次开发方式更适合当前移动GIS研究和发展的需求,开发难度更低,需要的时间、人力和财力也要比其他方式少很多,而且更便于提高移动GIS的广泛适用性,便于推广移动GIS产品。4.ArcPad在移动GIS开发中的应用ArcPad 是ESRI 公

14、司开发的可运行于掌上机上的小型通用地理信息系统平台, 通过手持和移动设备为野外用户提供数据访问、制图及GIS 分析和GPS集成功能。同时, ArcPad提供GIS的多种功能可以定制以及良好的二次开发环境。在开发移动GIS方面具有较强的优势。4.1 ArcPad提供的功能及优势特性ArcPad在开发移动GIS系统方面提供的可定制的功能主要包括:地图导航,包括漫游和缩放,空间书签及确定当前GPS的中心位置数据编辑,通过触摸笔或者GPS输入,创建和编辑空间数据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、方向量测连接到GPS并通过GPS导航移动的地理数据库编辑,通过ArcGIS

15、从数据库中检出数据,并进行转换和投影,用ArcPad在野外进行编辑,并且把改变的数据提交给中心数据库 自动GIS野外作业的应用开发同时,ArcPad传承了ArcGIS系列软件的多种特性,具有较强的二次开发支持能力,不仅在功能上可定制,自身的软件结构、软件接口等方面也更加开放,便于二次开发人员尽快掌握开发技术和方法等。ArcPad在移动GIS开发方面具有的优势特性包括以下几个方面:可识别多种数据格式。无须格式转换能直接使用符合业界标准的shapefile矢量格式这种格式被ArcInfo、ArcView GIS、ArcIMS及其他ESRI软件使用以及以下的图象格式JPEG 、MrSID压缩影像、W

16、indows Bitmap和CADRG所能使用的数据量只受硬件性能的限制并且地图引擎针对Windows CE进行过优化。GIS的显示和查询功能比较全面。包含全套的浏览、查询和显示工具,如缩放、要素属性显示、层可见性随比例而变、与外部文件的超链接、距离与面积量算、图层显示控制以及各种显示符号的设置。具有与ArcIMS的连通性。支持ArcIMS图像服务,ArcPad可以作为ArcIMS的一个移动客户端通过一个活动的TCP/IP连接到服务器并取回数据到当前图层,并新建一个.GND文件(geography network definition file。较强的数据编辑和数据获取功能。允许用户新建、删除

17、、移动Shapefile中的点、线和多边形要素,也能通过GPS以点模式或流模式进行数据采集。属性数据可以通过内置的编辑界面或用户自定义窗体进行操作。具有可选的GPS。集成GPS功能,带上一个可选的GPS,ArcPad能够在的图上实时显示用户的当前位置,ArcPad支持大量不同的GPS设备,只要这种GPS接受器的输出格式遵循NMEA标准,这个标准对电子信号需求,数据传输协议,定时和具体的语句格式都做了定义。ArcPad能够接收GPS发送过来的信息,所有的GPS数据都能以跟踪日志的形式记录下来。友好、美观的用户界面。ArcPad为底层复杂的功能使用提供了一个简单又流行的用户界面,通过受控的工具条,

18、用户能实现大部分功能,这己经成了屏幕尺寸限制下的一个条重要的设计标准,特别是在更小的手掌尺寸大小的Window CE设备上。而且ArcPad允许用户定制软件程序,可以增加和删除用户街面上的按钮,创建或者编辑已有的工具条,并且支持别的输入设备,如条形码扫描器,这些定制功能都可以在ESRI公司发布的针对ArcPad的定制环境ArcPad Application Builder中完成。人性化定制。允许用户来定制软件程序可以增加和删除用户界面上的按钮,创建或者编辑已有的工具条,并且支持别的输入设备诸如条码扫描器。提供针对ArcView GIS的ArcPad工具集。ESRI公司专门在ArcView中发布

19、了一套针对ArcPad的工具集,这套工具结允许ArcView GIS用户为ArcPad抽取、转换以及投影数据,ArcView GIS用户能够裁剪Shapefile专题以及生成ArcPad投影和符合文件。用户能够把符号输出成点、线和多边形。ArcVew GIS的用户也能生成简单元数据文件供ArcPad使用。4.2 ArcPad提供的开发方式ArcPad是ArcGIS企业解决方案的一部分,是专为手持设备和移动系统设计的移动制图GIS系统。为了便于用户基于ArcPad平台进行移动GIS系统的开发,ArcPad提供了多种的开发方式:一是定制开发。这种方式通过编辑系统的相关选项和书写脚本,用户可以通过定

20、制开发定制用户界面,增加额外的功能和工具,强制数据的完整性,创建模板,将一些任务组合在一起。在脚本定制环境下,用户可以使用系统的VBScript调用ArcPad内建的组件对象来进行脚本开发,基于的代码文件可以是VBScript或者XML。二是扩展开发。这种开发方式相对高级一点,主要的原理是利用底层为ArcPad开发出新的DLL,存放在ArcPad的extensions目录,在ArcPad启动时加载DLL,作为ArcPad 的一部分运行。扩展插件主要的用途上为ArcPad添加新的特性,如添加新的功能,添加对新设备的支持,添加对新的数据结构的支持等。它的优点是比脚本方式灵活,可以只安装想要使用的扩

21、展,且速度比较快,新编写的模块可以无缝得集成到ArcPad中去,但是缺点是开发的门槛过高,需要开发者对C/C+有相当深入地了解,因此只有经验相对丰富的程序员才可以进行这类开发。与其它移动GIS软件相比,ArcPad具有很强的二次开发能力,使用它的二次开发软件ArcPadApplication Builder(ArcPad Studio,用户根据自己的野外地质数据采集模型,通过XML和VBScript语言,对系统界面及功能进行定制开发,能够在可视化环境下完成系统框架的构建及系统具体功能的实现(扩展开发采用eMbedded Visual C+。这种开发方式优点在于它充分利用了ArcPad提供的现有功能及底层函数。通过对系统的重新定制,开发适合自己的野外地质数据采集系统。从而减少对硬件的依赖程度,大大减少了开发工作量,使专业技术人员略懂程序编写知识即可进行系统的开发工作。采用面向对象的编程技术,使程序具有很强的扩展性。ArcPad软件对实体的表达通过形文件点线面的方式,能与台式机上运行的ArcView、ArcGIS软件共享数据源,具有很好的交互性。即可在台式机上使用ArcGIS