ArcPad在移動(dòng)GIS開發(fā)中的應(yīng)用研究

1、ArcPad在移動(dòng)GIS開發(fā)中的應(yīng)用研究付憲國凌柳鳳1信息工程大學(xué)測繪學(xué)院 河南鄭州 450052273603部隊(duì) 江蘇南京 210049Email:fxgllf摘要:本文介紹了移動(dòng)GIS的概念、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)等內(nèi)容,討論了移動(dòng)GIS當(dāng)前的幾種主要開發(fā)方式及設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的問題,分析并論述了ArcPad在開發(fā)移動(dòng)GIS系統(tǒng)方面具有的特性,提供的功能以及開發(fā)移動(dòng)GIS方面的多種方式等。關(guān)鍵詞:ArcPad 移動(dòng)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.引言在資源管理、社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和日常生活中,有8

3、0%以上的信息屬于具有空間位置特性的地理信息。流動(dòng)性和“位置”特性成為這些信息的最大特點(diǎn),單純的移動(dòng)和單純的GIS已經(jīng)不能滿足人們對這些信息的應(yīng)用需求,因此,需要開發(fā)一種在任何時(shí)間、在任何地點(diǎn)、對于任何人、對任何事情都能利用的移動(dòng)GIS系統(tǒng)。在人們的生活和社會發(fā)展對移動(dòng)GIS的需求程度不斷提高的引導(dǎo)下,大量的移動(dòng)廠商都圍繞著移動(dòng)GIS方面進(jìn)行了軟件開發(fā)和試驗(yàn),并針對移動(dòng)平臺發(fā)布了基于移動(dòng)平臺的開發(fā)環(huán)境。當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的有ESRI公司的ArcPad,Maplnfo公司的MapX Mobile,Intergraph針對移動(dòng)領(lǐng)域推出的解決方案IntelliWhere,Autodesk公司提供了OnS

4、ite、SuperMap公司的eSuperMap、北京靈圖軟件技術(shù)有限公司推出的SmartInHand以及臺灣“英瑞得信息”公司推出的WalkMap等,利用這些開發(fā)包可以很大程度上簡化移動(dòng)終端的開發(fā)過程。本文在分析移動(dòng)GIS和ArcPad的基礎(chǔ)上,探討并研究了ArcPad在移動(dòng)GIS開發(fā)中的應(yīng)用問題。2.移動(dòng)GIS的概念及特點(diǎn)移動(dòng)GIS (Mobile GIS是建立在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境、有限處理能力的移動(dòng)終端條件下,提供移動(dòng)中的、分布式的、隨遇性的移動(dòng)地理信息服務(wù)的GIS,是一個(gè)集GIS、GPS、移動(dòng)通信(GSM/GPRS/CD2MA三大技術(shù)于一體的系統(tǒng),通過GIS完成空間數(shù)據(jù)管理和分析, GPS進(jìn)

5、行定位和跟蹤,利用PDA完成數(shù)據(jù)獲取功能,借助移動(dòng)通信技術(shù)完成圖形、文字、聲音等數(shù)據(jù)的傳輸。與傳統(tǒng)GIS相比,移動(dòng)GIS的體系結(jié)構(gòu)略微復(fù)雜些,因?yàn)樗鼘IS提供空間信息的時(shí)效性有著更高的要求,要求移動(dòng)GIS通過無線通信技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)的將空間信息傳輸給服務(wù)器,這也是稱之為移動(dòng)GIS的主要原因。因此,移動(dòng)GIS的體系結(jié)構(gòu)主要由三部分組成:客戶端部分、服務(wù)器部分和數(shù)據(jù)源部分,分別承載在表現(xiàn)層、中間層和數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層:移動(dòng)GIS各類數(shù)據(jù)的集散地,確保GIS功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和支撐。包含存有空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的大型對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(如Oracle來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織管理?？臻g數(shù)據(jù)引擎是中間層與數(shù)據(jù)層交互的橋梁和紐帶

6、。中間層:該層是移動(dòng)GIS的核心部分,系統(tǒng)的服務(wù)器都集中在該層,主要負(fù)責(zé)傳輸和處理空間數(shù)據(jù)信息,執(zhí)行移動(dòng)GIS的功能等。包括Internet、Web Server、Map Server 等組成部分。因此,該層必須具備很強(qiáng)的、全方面的工作能力,如:提供高質(zhì)量地圖,地理和屬性查詢,數(shù)據(jù)下載,地名字典,鄰接分析,地理編碼以及傳輸服務(wù)等;同時(shí)處理大量請求服務(wù)以及可能具有的數(shù)以百萬計(jì)的訪問請求;由于移動(dòng)計(jì)算發(fā)展迅速,很難預(yù)料將來的發(fā)展規(guī)模,服務(wù)器必須具有可擴(kuò)展性能以保證系統(tǒng)以后的兼容性及擴(kuò)展性;地理服務(wù)必須保證每時(shí)每刻都可獲得,因此,服務(wù)器必須健壯且可靠。表現(xiàn)層:該層是客戶端的承載層,直接與用戶打交道,

7、是向用戶提供GIS服務(wù)的窗口。該層支持各種終端,包括手機(jī)、PDA、車載終端,還包括PC機(jī),為移動(dòng)GIS提供更新支持。通過對移動(dòng)GIS的概念和體系結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的分析可知,移動(dòng)GIS具有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1移動(dòng)性:移動(dòng)GIS是運(yùn)行在各種移動(dòng)終端上,通過無線通信技術(shù)與服務(wù)器端交互,可以隨時(shí)隨地的移動(dòng)著進(jìn)行空間信息服務(wù)等;(2客戶端多樣性:移動(dòng)GIS的客戶端指的是在戶外使用的可移動(dòng)終端設(shè)備,其選擇范圍較廣,可以是擁有強(qiáng)大計(jì)算能力的主流微型電腦,也可以是屏幕較小、功能受限的各類移動(dòng)計(jì)算終端,比如PDA,移動(dòng)電話等等,甚至可以是專用的GIS嵌入設(shè)備,這也就決定了移動(dòng)GIS應(yīng)該是一個(gè)開放可伸縮的平臺。(3服務(wù)實(shí)

8、時(shí)性:移動(dòng)GIS最大的特點(diǎn)就是在各種導(dǎo)航定位設(shè)備的支持下,在移動(dòng)的過程中,不受限制地把采集到的相關(guān)信息及時(shí)處理并發(fā)布給用戶;(4數(shù)據(jù)資源分散、多樣性。移動(dòng)GIS運(yùn)行平臺向無線網(wǎng)絡(luò)的延伸進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域,由于移動(dòng)用戶的位置是不斷變化的,移動(dòng)用戶需要的信息也是多種多樣的,這就需要系統(tǒng)支持不同的傳輸方式,任何單一的數(shù)據(jù)源都無法滿足所有的移動(dòng)數(shù)據(jù)請求。(5信息載體的多樣性。與傳統(tǒng)GIS相比,移動(dòng)終端用戶與服務(wù)器及其他用戶的交互手段更加豐富,包括定位服務(wù)、視頻、語音、圖像、圖形、文本等。3.移動(dòng)GIS的開發(fā)方式及注意問題移動(dòng)GIS在系統(tǒng)組成、功能設(shè)計(jì)等方面與傳統(tǒng)GIS存在著很大差異,具有一定的特殊

9、性,需要考慮的問題也是非常的多。因此,通過對移動(dòng)GIS的特點(diǎn)、體系結(jié)構(gòu)和應(yīng)用情況等方面的分析,在進(jìn)行移動(dòng)GIS開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面的問題:(1優(yōu)化移動(dòng)數(shù)據(jù)在客戶端的存儲量。移動(dòng)客戶端通常只有有限的存儲空間,雖然技術(shù)的不斷提高使存儲器的容量不斷增加,但在大多數(shù)應(yīng)用中,存儲容量仍然是寶貴的。而GIS數(shù)據(jù)通常包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)和參數(shù)數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)量非常大,所需的存儲空間也相應(yīng)很大。因此,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中,應(yīng)首先考慮盡量減少客戶端的數(shù)據(jù)存儲量。(2科學(xué)組織空間數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。鑒于移動(dòng)GIS的開發(fā)平臺和移動(dòng)設(shè)備性能的考慮,為了提高軟件的運(yùn)行速度和節(jié)約設(shè)備的內(nèi)存空間,移

10、動(dòng)GIS軟件應(yīng)該具有自身的空間數(shù)據(jù)模型及適應(yīng)該數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。同時(shí),在已設(shè)計(jì)好的空間數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上,充分考慮掌上設(shè)備的存儲空間、運(yùn)行速度及GIS所需實(shí)現(xiàn)的功能。因此,設(shè)計(jì)一個(gè)精練、實(shí)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)也是非常重要的。(3科學(xué)合理設(shè)計(jì)用戶界面。移動(dòng)設(shè)備的屏幕不僅分辨率低而且形狀也各不相同,并且各自都有縱向、橫向、方形等不同形狀的版本。對于數(shù)據(jù)量豐富的GIS數(shù)據(jù),應(yīng)合理設(shè)計(jì)用戶界面以適合不同分辨率、不同形狀的設(shè)備,滿足用戶實(shí)際使用的需要。同時(shí),大部分移動(dòng)設(shè)備沒有鼠標(biāo)和鍵盤等輸人設(shè)備,有的只有屏幕觸摸的方式,所以在操作方式上,與普通PC機(jī)有很大不同,因此,設(shè)計(jì)一個(gè)方便、簡練的操作界面也

11、是移動(dòng)GIS系統(tǒng)開發(fā)中值得注意的地方。(4考慮網(wǎng)絡(luò)通信對移動(dòng)GIS的影響。移動(dòng)GIS采用無線網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)交換介質(zhì)。由于目前的無線網(wǎng)絡(luò)還不完善,存在著傳輸速率低,容易斷線等特點(diǎn),移動(dòng)GIS在開發(fā)過程中應(yīng)充分考慮到網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性。特別是一些依賴于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的系統(tǒng),更需要合理設(shè)計(jì)保證系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)速率低甚至無網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)下都能正常運(yùn)行。移動(dòng)GIS的開發(fā)根據(jù)系統(tǒng)的組成可分為移動(dòng)端的開發(fā)與服務(wù)器端的開發(fā)。服務(wù)器端的開發(fā)與傳統(tǒng)GIS服務(wù)器端的開發(fā)幾乎一致,而移動(dòng)端的開發(fā)是移動(dòng)GIS最特殊的地方。目前在移動(dòng)端的開發(fā)上主要有三種方式:(1基于現(xiàn)有平臺的二次開發(fā)。主要指在基于現(xiàn)有移動(dòng)GIS平臺上,借助于廠商提供的工具

12、軟件進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展開發(fā)。這種開發(fā)方式可以最大限度的利用已有平臺的豐富功能,并開發(fā)所需的擴(kuò)展模塊,增強(qiáng)原有系統(tǒng)的功能,是目前移動(dòng)GIS主流的開發(fā)方式。(2基于現(xiàn)有類庫的組件式開發(fā)。主要指利用GIS工具軟件廠商提供的GIS功能組件,并使用程序開發(fā)語言進(jìn)行二者的集成開發(fā)。通常,這些GIS組件都提供了諸如地圖顯示、縮放和平移等基本的GIS功能,開發(fā)者可以很方便的利用這些組件或類庫將其集成到現(xiàn)有的系統(tǒng)中,而不必關(guān)心底層的具體實(shí)現(xiàn)。由于移動(dòng)GIS的開發(fā)起步較晚,目前提供移動(dòng)GIS組件的廠商并不多。(3自主獨(dú)立開發(fā)。主要指不依賴于任何GIS軟件或組件,從空間數(shù)據(jù)的采集、編輯到數(shù)據(jù)的處理分析及結(jié)果輸出,所有的

13、算法都有開發(fā)者獨(dú)立設(shè)計(jì),然后選用程序設(shè)計(jì)語言在一定操作系統(tǒng)平臺上編程實(shí)現(xiàn)。這種方式的好處主要在于不依賴任何商業(yè)GIS工具軟件,可降低成本,開發(fā)出適合自身需要的GIS系統(tǒng)。但是,這種開發(fā)方式通常需要大量的時(shí)間、人力和財(cái)力等方面的投入。同時(shí),由于移動(dòng)GIS平臺本身的特殊性,往往要求開發(fā)者具備比桌面GIS開發(fā)更高的程序設(shè)計(jì)能力。綜上所述,我們可以看出,基于現(xiàn)有平臺的二次開發(fā)方式更適合當(dāng)前移動(dòng)GIS研究和發(fā)展的需求,開發(fā)難度更低,需要的時(shí)間、人力和財(cái)力也要比其他方式少很多,而且更便于提高移動(dòng)GIS的廣泛適用性,便于推廣移動(dòng)GIS產(chǎn)品。4.ArcPad在移動(dòng)GIS開發(fā)中的應(yīng)用ArcPad 是ESRI 公

14、司開發(fā)的可運(yùn)行于掌上機(jī)上的小型通用地理信息系統(tǒng)平臺, 通過手持和移動(dòng)設(shè)備為野外用戶提供數(shù)據(jù)訪問、制圖及GIS 分析和GPS集成功能。同時(shí), ArcPad提供GIS的多種功能可以定制以及良好的二次開發(fā)環(huán)境。在開發(fā)移動(dòng)GIS方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。4.1 ArcPad提供的功能及優(yōu)勢特性ArcPad在開發(fā)移動(dòng)GIS系統(tǒng)方面提供的可定制的功能主要包括:地圖導(dǎo)航,包括漫游和縮放,空間書簽及確定當(dāng)前GPS的中心位置數(shù)據(jù)編輯,通過觸摸筆或者GPS輸入,創(chuàng)建和編輯空間數(shù)據(jù)為識別屬性而進(jìn)行的數(shù)據(jù)查詢,超級鏈接顯示以及屬性定位地圖距離、面積、方向量測連接到GPS并通過GPS導(dǎo)航移動(dòng)的地理數(shù)據(jù)庫編輯,通過ArcGIS

15、從數(shù)據(jù)庫中檢出數(shù)據(jù),并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和投影,用ArcPad在野外進(jìn)行編輯,并且把改變的數(shù)據(jù)提交給中心數(shù)據(jù)庫 自動(dòng)GIS野外作業(yè)的應(yīng)用開發(fā)同時(shí),ArcPad傳承了ArcGIS系列軟件的多種特性,具有較強(qiáng)的二次開發(fā)支持能力,不僅在功能上可定制,自身的軟件結(jié)構(gòu)、軟件接口等方面也更加開放,便于二次開發(fā)人員盡快掌握開發(fā)技術(shù)和方法等。ArcPad在移動(dòng)GIS開發(fā)方面具有的優(yōu)勢特性包括以下幾個(gè)方面:可識別多種數(shù)據(jù)格式。無須格式轉(zhuǎn)換能直接使用符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的shapefile矢量格式這種格式被ArcInfo、ArcView GIS、ArcIMS及其他ESRI軟件使用以及以下的圖象格式JPEG 、MrSID壓縮影像、W

16、indows Bitmap和CADRG所能使用的數(shù)據(jù)量只受硬件性能的限制并且地圖引擎針對Windows CE進(jìn)行過優(yōu)化。GIS的顯示和查詢功能比較全面。包含全套的瀏覽、查詢和顯示工具,如縮放、要素屬性顯示、層可見性隨比例而變、與外部文件的超鏈接、距離與面積量算、圖層顯示控制以及各種顯示符號的設(shè)置。具有與ArcIMS的連通性。支持ArcIMS圖像服務(wù),ArcPad可以作為ArcIMS的一個(gè)移動(dòng)客戶端通過一個(gè)活動(dòng)的TCP/IP連接到服務(wù)器并取回?cái)?shù)據(jù)到當(dāng)前圖層,并新建一個(gè).GND文件(geography network definition file。較強(qiáng)的數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)獲取功能。允許用戶新建、刪除

17、、移動(dòng)Shapefile中的點(diǎn)、線和多邊形要素,也能通過GPS以點(diǎn)模式或流模式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。屬性數(shù)據(jù)可以通過內(nèi)置的編輯界面或用戶自定義窗體進(jìn)行操作。具有可選的GPS。集成GPS功能,帶上一個(gè)可選的GPS,ArcPad能夠在的圖上實(shí)時(shí)顯示用戶的當(dāng)前位置,ArcPad支持大量不同的GPS設(shè)備,只要這種GPS接受器的輸出格式遵循NMEA標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對電子信號需求,數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,定時(shí)和具體的語句格式都做了定義。ArcPad能夠接收GPS發(fā)送過來的信息,所有的GPS數(shù)據(jù)都能以跟蹤日志的形式記錄下來。友好、美觀的用戶界面。ArcPad為底層復(fù)雜的功能使用提供了一個(gè)簡單又流行的用戶界面,通過受控的工具條,

18、用戶能實(shí)現(xiàn)大部分功能,這己經(jīng)成了屏幕尺寸限制下的一個(gè)條重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),特別是在更小的手掌尺寸大小的Window CE設(shè)備上。而且ArcPad允許用戶定制軟件程序,可以增加和刪除用戶街面上的按鈕,創(chuàng)建或者編輯已有的工具條,并且支持別的輸入設(shè)備,如條形碼掃描器,這些定制功能都可以在ESRI公司發(fā)布的針對ArcPad的定制環(huán)境ArcPad Application Builder中完成。人性化定制。允許用戶來定制軟件程序可以增加和刪除用戶界面上的按鈕,創(chuàng)建或者編輯已有的工具條,并且支持別的輸入設(shè)備諸如條碼掃描器。提供針對ArcView GIS的ArcPad工具集。ESRI公司專門在ArcView中發(fā)布

19、了一套針對ArcPad的工具集,這套工具結(jié)允許ArcView GIS用戶為ArcPad抽取、轉(zhuǎn)換以及投影數(shù)據(jù),ArcView GIS用戶能夠裁剪Shapefile專題以及生成ArcPad投影和符合文件。用戶能夠把符號輸出成點(diǎn)、線和多邊形。ArcVew GIS的用戶也能生成簡單元數(shù)據(jù)文件供ArcPad使用。4.2 ArcPad提供的開發(fā)方式ArcPad是ArcGIS企業(yè)解決方案的一部分,是專為手持設(shè)備和移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的移動(dòng)制圖GIS系統(tǒng)。為了便于用戶基于ArcPad平臺進(jìn)行移動(dòng)GIS系統(tǒng)的開發(fā),ArcPad提供了多種的開發(fā)方式:一是定制開發(fā)。這種方式通過編輯系統(tǒng)的相關(guān)選項(xiàng)和書寫腳本,用戶可以通過定

20、制開發(fā)定制用戶界面,增加額外的功能和工具,強(qiáng)制數(shù)據(jù)的完整性,創(chuàng)建模板,將一些任務(wù)組合在一起。在腳本定制環(huán)境下,用戶可以使用系統(tǒng)的VBScript調(diào)用ArcPad內(nèi)建的組件對象來進(jìn)行腳本開發(fā),基于的代碼文件可以是VBScript或者XML。二是擴(kuò)展開發(fā)。這種開發(fā)方式相對高級一點(diǎn),主要的原理是利用底層為ArcPad開發(fā)出新的DLL,存放在ArcPad的extensions目錄,在ArcPad啟動(dòng)時(shí)加載DLL,作為ArcPad 的一部分運(yùn)行。擴(kuò)展插件主要的用途上為ArcPad添加新的特性,如添加新的功能,添加對新設(shè)備的支持,添加對新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的支持等。它的優(yōu)點(diǎn)是比腳本方式靈活,可以只安裝想要使用的擴(kuò)

21、展,且速度比較快,新編寫的模塊可以無縫得集成到ArcPad中去,但是缺點(diǎn)是開發(fā)的門檻過高,需要開發(fā)者對C/C+有相當(dāng)深入地了解,因此只有經(jīng)驗(yàn)相對豐富的程序員才可以進(jìn)行這類開發(fā)。與其它移動(dòng)GIS軟件相比,ArcPad具有很強(qiáng)的二次開發(fā)能力,使用它的二次開發(fā)軟件ArcPadApplication Builder(ArcPad Studio,用戶根據(jù)自己的野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集模型,通過XML和VBScript語言,對系統(tǒng)界面及功能進(jìn)行定制開發(fā),能夠在可視化環(huán)境下完成系統(tǒng)框架的構(gòu)建及系統(tǒng)具體功能的實(shí)現(xiàn)(擴(kuò)展開發(fā)采用eMbedded Visual C+。這種開發(fā)方式優(yōu)點(diǎn)在于它充分利用了ArcPad提供的現(xiàn)有功能及底層函數(shù)。通過對系統(tǒng)的重新定制,開發(fā)適合自己的野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。從而減少對硬件的依賴程度,大大減少了開發(fā)工作量,使專業(yè)技術(shù)人員略懂程序編寫知識即可進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)工作。采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù),使程序具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。ArcPad軟件對實(shí)體的表達(dá)通過形文件點(diǎn)線面的方式,能與臺式機(jī)上運(yùn)行的ArcView、ArcGIS軟件共享數(shù)據(jù)源,具有很好的交互性。即可在臺式機(jī)上使用ArcGIS