第一章 移动gis概述(课件)

1、u1.1 移动GIS的概念u1.2 移动GIS的组成u1.3 移动GIS的发展u1.4 移动GIS的特点u1.5 移动GIS的应用GIS在经历了几个阶段的发展后,开始与无线互联网技术集合,使得移动用户可以在移动中获得空间信息服务. 移动智能终端技术的快速发展以及与移动终端相配套的GPS,GSM等外围设备技术的发展,进一步拓宽了移动智能终端的应用领域.国际GIS界将GIS,GPS和无线互联网一体化的技术称为”移动GIS”(Mobile GIS，MGIS).移动GIS将改变人们的生活和工作方式.“软件变服务，服务走网络”是界的新共识 随着人们活动范围的扩大，对空间信息的需求不断增加，特别是时间上的

2、要求 GIS由单机桌面、企业发展到网络、社会GIS，向移动GIS发展，为大众提供基于位置的服务移动通信的不断更新换代，可以提供大容量的数据服务，为人们实时、实地获取空间信息提供了保障移动终端制造技术的发展，使得GIS移动成为可能Mobile GIS发展是技术与市场双重推动的结果移动GIS是一种集成系统，是GIS、GPS、RS、移动通讯、互连网、多媒体等技术的集成。 移动GIS为用户提供的是类似于桌面GIS系统的GIS功能服务 移动GIS运行于移动计算环境下，它处于以无线网络为主，支持移动用户访问网络数据，实现无约束自由通讯和共享的分布式计算环境。 移动GIS作为一种服务系统，它描绘了未来空间信

3、息服务和移动定位服务的蓝图，即当用户与现实世界的一个模型交互时，在不同时间、不同地点，这个模型会动态地向不同用户按需提供具有个性化、智能化、多样化的空间信息服务。移动GIS是一种集成系统，它必须承载在一定的载体上才能提供给最终用户，这就注定了移动GIS必须与电信运营商合作，需要电信运营商、空间信息服务提供商、空间数据生产商等合作共同开发这个市场。移动通信网络移动通信网络服务器端服务器端移动终端移动终端2020世纪世纪9090年代初期移动年代初期移动GISGIS刚形成时的个人移动刚形成时的个人移动电台（电台（Private Mobile RadioPrivate Mobile Radio，PMR

4、PMR）基于卫星系统的通信网络基于卫星系统的通信网络基于蜂窝通信系统的基于蜂窝通信系统的GSMGSM、GPRSGPRS、CDMACDMA FDMA FDMA、TDMATDMA和和CDMACDMA的示意图的示意图 第一代蜂窝移动通信系统第一代蜂窝移动通信系统l第一代移动通信系统是模拟移动通信系统，20世纪70年代问世，模拟电路单元为实现语音通信的基本模块，采用频分多址（FDMA）技术。它对移动通信的最大贡献是采用蜂窝结构体系，使频带可重复利用，实现大区覆盖，支持移动终端的漫游和越区切换，实现了移动环境下的不间断通信，真正体现了移动性，也结束了无线通信长期在通信领域处于辅助地位的历史。FDMAFD

5、MA系统原理系统原理lFDMA为每一个用户指定了特定信道，这些信道按要求分配给请求服务的用户。l在呼叫的整个过程中，其他用户不能共享这一频段。FDMAFDMA系统原理系统原理FDMAFDMA系统的工作示意图系统的工作示意图 FDMA FDMA系统频谱分割示意图系统频谱分割示意图第二代蜂窝移动通信系统第二代蜂窝移动通信系统l 第二代移动通信是目前广泛使用的数字移动通信系统，20世纪90年代问世。数字信号处理技术是其最基本的技术特征，用数字电路单元为基本模块实现语音通信和短消息数据业务通信，能对轻小手机和大量网络的用户进行支持。 l 第二代移动通信产品可分为两大类别：一类是数字式时分多址系统（TD

6、MA）；另一类是数字式码分多址系统（CDMA）。TDMA系统的产品主要有美国的D-AMPS、日本的PDG和欧洲的GSM三种。CDMA的产品主要有美国的QCDMA系统。 l 第二代移动通信在系统构成上与模拟系统无多大差别，但是，在射频调制技术、多址方式、话音编码、数字信号处理、控制信道及保密和确认等六个方面采用了全新的数字技术，因而使移动通信性能增强了许多。第二代数字移动通信系统提高了频谱利用率，扩大了系统容量，并增加了非话音业务。被称为全球移动通信系统的GSM（Global System for Mobile Communication）已被许多国家广泛采用。TDMA系统原理lTDMA是在一个

7、宽带的无线载波上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。l系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号（突发信号），在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。TDMA系统原理l同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号（TDM信号）中把发给它的信号区分出来。lTDMA系统发射数据是用缓存- 突发法，因此对任何一个用户而言发射都是不连续的。这就意味着数字数据和数据调制必须与TDMA一

8、起使用，而不象采用模拟FM的FDMA系统。 TDMATDMA系统的工作示意图系统的工作示意图TDMATDMA帧结构帧结构 CDMA系统原理lCDMA系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。lCDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。 CDMA系统原理CDMACDMA系统的工作示意图系统的工作示意图第三代蜂窝移动通信系统第三代蜂窝移动通信系统l第三代移动通系统是当前正在大力投入开发的系统，其最基本的特征是智能信号处理技术。智能信号处理单元成为它的基本功能模块，实现基于话音为主的多媒体数据通信。l第三带移动通信系统的一个突出特点是：要

9、在未来移动通信系统中实现个人移动终端能在全球范围内的任何时间、任何地点、与任何人、用任意方式、高质量的完成任何信息之间的移动通信与传输。在3G时代，当移动终端以车速行驶时，其数据传输速率为144Kbps，室外静止或步行时速率为384Kbps，而室内为2Mbps。这样的速率，基本上可以满足空间信息对移动通信的要求。l目前的国际标准有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。其中TD-SCDMA是我国自主知识产权的移动通信标准.发展历程发展历程年代年代20世纪世纪80年年代代20世纪世纪90年年代代2000年年2010年年系统系统1G2G3G4G技术技术模拟模拟数字数字CDMA与分与分组交换

10、组交换基于基于IP业务业务模拟蜂窝电模拟蜂窝电话、模拟无话、模拟无绳电话绳电话数字蜂窝电数字蜂窝电话、数字无话、数字无绳电话绳电话数据服务、数据服务、最大数据率最大数据率2Mbps4G蜂窝、蜂窝、宽带接入、宽带接入、最低数据最低数据率率20Mbps，最小数据最小数据率率156Mbps发展趋势发展趋势l从第二代（2G）的GSM、CDMA移动通信经2.5G的GPRS、CDMA1X向第三代（3G）的WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA演化。lIP网将成为基础网,“三网”趋于融合. l因特网在向宽带发展的同时也开始向无线移动方向发展。目前发展的移动无线互连网主要是从蜂窝移动电话向移动数据业务

11、演化.应用服务器应用服务器空间数据库空间数据库WebWeb服务器服务器应用服务器应用服务器应用服务器是整个系统的核心，它为广大移动GIS用户提供大范围的地理服务以及潜在的空间分析和信息查询服务l提供高质量的地图、数据下载及各种空间查询,分析等服务功能;l能同时处理大量请求服务以及不间断的访问请求；l同时处理巨大数据集以及大数据量的应用请求，并在不中断操作的情况下增加处理能力。l必须具有可扩展性能，以便适应今后用户数量的增加和新设备的接入。l地理服务必须保证时刻都能获得，因此服务器必须稳定可靠，使用成熟的技术以及GIS与数据库管理软件，以保证其可靠性。l移动GIS技术虽然还不成熟，但是发展迅速，

12、因此所用的技术要尽可能地符合标准，这样可以保证系统以后的兼容性和可扩展性。空间数据库空间数据库l空间数据库用于组织和存储与地理位置相关的空间数据及相应的属性数据。l是移动GIS的数据存贮中心，也是进行地理应用服务的数据来源。l它还在移动GIS中充当了数据泵的作用，使移动终端设备可以和多种数据源进行交互，屏蔽固定网络环境的差异，优化查询条件，提供无线长事务处理，使整个系统具有良好的灵活性和适应性。WebWeb服务器服务器lWeb服务器使用超文本标记语言（HTML-HyperText Marked Language）描述网络的资源，创建网页，以供Web浏览器阅读。 lWeb逐渐从简单的两级客户机/

13、服务器模式演化成三级客户/服务器模式。一个服务器用来提供基本的HTTP服务，另一个服务器用来实现具体的应用，第二级服务器包括一些大型的后端数据库系统，如DB2和Oracle等。lWeb服务器在移动GIS系统中并不是必须的，当移动GIS系统的服务器端不与因特网相连时，即不提供与因特网相关的服务时，就不需要Web服务器了。移动硬件平台移动硬件平台移动软件平台移动软件平台高端移动硬件平台高端移动硬件平台- -智能终端智能终端l代表产品是PDA、Palm、车载电脑以及相对数量的高端手机。l较高性能的CPU，相当大的内存和外存空间、彩色显示屏和包括触摸屏在内的变化多端的输入方式.l在软件上，几乎每个智能

14、终端都拥有可移植的嵌入式操作系统，并由厂商提供开发包进行或简或繁的移动开发。l智能终端拥有更快的速度、更大的空间、更漂亮的表现画面、更高级的无线通信系统和更方便的开发模式，是移动GIS运行的主体。低端移动硬件平台低端移动硬件平台- -普通手机普通手机l运行速度一般无法承受大数据量移动运算的负荷；内存过小无法加栽复杂的移动GIS软件；输入方式过分简单几乎无法实现人机交互。l目前利用低端手机的移动GIS的交互方式主体暂时为文本和简单的栅格图片形式，实现的方式是比较大众化的SMS和WAP。 l高端硬件平台和低端硬件平台的划分界限完全在于价格，由于硬件技术的日新月异，今天的高端设备完全可能变为明天的低

15、端设备。移动软件平台移动软件平台- -Palm OSPalm OSPalm是3Com公司的产品，其操作系统为Palm OS。Palm OS是一种32位的嵌入式操作系统。Palm OS最初安装在Palm系列产品上，随着Palm系列的走红，Palm OS又被授权于第三方生产的兼容PDA和其他产品上，包括Hand-Spring，IBM、Symbol、TRG、Sony、Nokia等，并逐渐成为主流操作系统之一。l Palm OS提供了串行通信接口和红外传输接口，利用它可以方便地与其他外部设备通信、传输数据。Palm OS与同步软件的结合可以使掌上电脑与PC机上的信息实现同步，把台式机的功能扩展到手掌上

16、。Palm的外围硬件也非常丰富，有数码相机、GPS接收机、调制解调器、GSM电话、数码音频播放设备等。lPalm OS最大缺点之一在于图形和多媒体应用能力不足 移动软件平台移动软件平台- -Windows CEWindows CElWindows CE是一个开放的、可升级的32位操作系统，它的设计可以满足多种设备的需要。这些设备包括了诸如工业控制器、通信集线器以及销售终端之类的企业设备，还有照相机、电话、家用娱乐器材之类的消费产品。 lWindows CE提供了较之Windows系统更好的兼容性，支持硬件实时处理功能。实时功能使Windows CE成为像机器人、测试和测量设备以及可编程的逻辑控

17、制器之类的工业设备理想的操作系统。依靠出色的存贮能力、文件处理能力、进程间的通信能力以及对网络的支持能力，Windows CE 可以很好到工作在基于Windows NT和Windows 2000的桌面工作环境之下。l它成为由小型移动系统和高性能桌面系统、服务器和工作站所组成的企业系统的最佳选择。移动软件平台移动软件平台- -嵌入式嵌入式LinuxLinuxlLinux是一个类似于Unix的操作系统。是以核心为基础的、完全内存保护的、多任务多进程的操作系统。是最为流行的一款开放源代码的操作系统。lLinux支持广泛的计算机硬件，包括X86、Alpha、IMPS、PPC、ARM、Motorola等

18、现有的大部分芯片。目前，在Linux平台上的应用软件也不断的得到扩充，许多著名的商业软件都有了Linux下的版本，其开发工具也进一步完善。 lLinux比Palm OS和Windows CE更小、更稳定，而且Linux是开放的OS，在价格上极具竞争力。我们相信，Linux将会成为未来嵌入式操作系统的主流。对移动GIS的研究开始于20世纪90年代初。当时从事这一研究的大多为国外一些对野外作业人员进行管理的专门部门（如电力，自来水公司等）,主要是利用无线网络实现数据及时更新.早期的移动GIS解决的问题主要是数据双向通讯以及数据管理。此时对移动GIS的功能要求还比较弱，基本上是以现有的GIS作为后端

19、管理系统，从中获取各种空间与非空间数据，并与移动GIS用户之间进行数据交互的.早期的移动GIS功能还不强大，受到许多技术上的限制，应用范围比较小，且专业性强.20世纪90年代中期以来，计算机软硬件发展迅速，电子移动终端不断涌现，GIS本身的理论和技术也有了很大的发展，特别是GPS的实用化，促使移动GIS进入了GIS和GPS相结合的发展阶段.应用面也极大拓宽，涉及的行业应用也更为广泛，各种与移动计算相关的行业都试图利用移动GIS进行移动办公。这时的移动GIS主要被用做室外移动办公的辅助工具，典型的应用领域包括：图像导航、环境调查、国土资源调查等。在图像导航应用方面，国外学者利用移动GIS实现了基

20、于图象导航的多功能3D虚拟现实系统。在环境调查方面，利用移动GIS进行野外环境资源的调查和监测。 在国土资源调查方面，移动GIS以掌上电脑、GPS 以及数码相机等为工具完成数据的采集和处理。 随着移动通信与网络技术的高速发展和相互融合，移动GIS的移动环境发生了极大的变化并进一步完善，这将促进移动GIS向多元化、多途径方向发展，在辅助野外作业、紧急救援、智能交通系统、消防抢险、物流监控、个人位置服务等领域发挥重要作用，将为移动GIS带来更广阔的发展空间。无线通信技术与GIS技术、因特网技术的结合 ,随之衍生出一种新的服务，即空间位置信息服务.LBS是一种将通信与GIS进行整合的技术，是当前移动

21、GIS的主要应用方向之一，其目的是真正实现GeoInformation for Anyone、Anything、Anywhere、Anytime。 目前的主要传输网络还是数字蜂窝移动电话网络，采用基站与客户端通信的方式。由于受到传输网络和周围环境的影响，移动GIS的数据传输速率较低，信息质量也不高，同时客户端的小型化使得处理大量数据和进行大型的数据运算受到限制。 虽然移动GIS的出现只是近十几年的事情，但是由于用户需求增长很快，目前各个主要GIS企业均提供了自己的解决方案。 2009年1月7日，工信部同时发放三张3G牌照，标志着我国将正式进入3G时代。3G时代的到来给我国手机定位服务市场带来前

22、所未有的发展机遇，LBS将成为最受欢迎的3G服务之一。“手机地图、手机导航、手机支付和手机搜索”将被列入中国移动通信商的主要增值服务。在2008年，中国移动位置服务（LBS）已进入了快速成长期，LBS市场份额在2008年已经达到4850万元人民币（约合710万美元）。预测2008年全年，LBS市场总体份额将在10亿元人民币左右（约合1.46亿美元）。随着3G用户和服务商的发展日益快速增长，预测2012年LBS市场份额有望达到38亿人民币（约合5.6亿美元）。到2009年，全球LBS市场规模接近210亿美元位置服务将占有位置服务将占有3G3G服务市场最大的份额服务市场最大的份额16.3%27.4

23、%31.1%31.1%31.9%37.0%39.2%50.1%0.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%付帐可视电话听音乐国际漫游27% (US)27% (US)13% (US)找你、找我找你、找我指路指路49% (US)LBSLBS车辆应用趋向于导航、监控、交通信息一体化车辆应用趋向于导航、监控、交通信息一体化中国中国LBSLBS服务的服务的20042004年至年至20082008年市场规模年市场规模中国中国LBSLBS服务的服务的20092009年至年至20122012年市场规模预测年市场规模预测移动性终端的多样性对空间位置的依赖性实时性分布式数据源信息载体的多样性资源的有限性强大的应用服务支持频繁的断接性无线移动空间信息服务的美好前景无线移动空间信息服务的美好前景 GeoInformation for Anyone,Anything,Anywhere,Anytime随着无线传输技术的更新换代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能力扩展到移动终端上，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。在资源管理、社会经济活动和人们生活中，有80%以上的信息属于具有空间位置特性的地理信息，移动空间信息服务将在未来信息服务业中占有很大比重。公共领域应用