嵌入式GIS

嵌入式GIS( Embedded GIS) 是GIS 与嵌入式设备集成的产物,是在嵌入式设备上运行的GIS，是GIS 的一个新兴应用领域, 是GIS 走向大众、服务于大众的一种应用。

典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。

 

1 嵌入式系统软硬件平台

1.1 硬件系统

通常嵌入式GIS是以掌上电脑为硬件开发平台的。

CPU可以为ARM，MIPS， SH3， SH4， x86等；

ROM最好为XIP，占资源少，运行时间短；

RAM采用对象存储器(object store)，程序内存， 可以调节；

另外最好备有CF卡 (Compact Flash)，SD卡，主电池，备用电池等硬件设备。

掌上电脑( PDA) 、智能手机( Smart phone) 和车载电脑三种典型的智能终端设备是目前嵌入式GIS 系统运行的主要平台。

 

1.2 操作系统

嵌入式系统的操作系统嵌入式操作系统是一种实时的、支持嵌入式系统应用的操作系统软件, 核心通常要求很小。

目前, 常见的嵌入式操作系统主要有: 微软公司的Windows CE、Windows Mobile，3COM公司的PalmOS、Nokia 等手机公司的Symbian 操作系统、嵌入式Linux 系统，Google的Android，苹果的Mac OS。

 

1.3 开发工具

常用开发工具有Microsoft Windows CE Platform Builder、Microsoft embedded Visual C++ 3.0 / 4.0、Microsoft Visual Studio. Net等。

 

2 嵌入式GIS应用软件体系结构

　　嵌入式GIS应用软件的系统结构因具体应用的不同而有所增减。如图所示为一般嵌入式GIS应用软件所应具备的几个基本功能模块。通常该类系统最底层应为嵌入式操作系统，然后上面依次应为空间数据管理层、数据分析层，最上面应为GIS用户操作界面。

 

 

 

3 嵌入式GIS的开发方式

嵌入式GIS 的开发根据GIS 系统服务组成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 服务器端开发几乎一致, 这里主要介绍的是移动端的开发, 目前常用的开发方式有三种：

 

3.1 基于现有平台的二次开发

基于现有平台的二次开发指在现有嵌入式GIS 平台的基础上,借助于厂商提供的工具软件进行系统的扩展开发, 如ESRI 公司的ArcPad 提供的ArcPad Application builder 集成开发环境。这种开发方式可以最大限度的利用已有平台的丰富功能, 开发所需的扩展模块,强化原有系统的功能, 是目前嵌入式GIS 普遍的开发方式。

 

3.2 基于现有类库的组件式开发

基于类库的移动GIS 开发指利用GIS 工具软件厂商提供的GIS功能组件, 如Maplnfo 公司的MapX Mobile 组件、北京超图公司的eSuperMap 组件等, 并使用某种程序开发语言进行二者的集成开发。

 

3.3 独立开发

独立开发指不依赖于任何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, 所有的算法都有开发者独立设计, 然后选用某种程序设计语言在一定操作系统平台上编程实现。

 

4 嵌入式GIS 的设计原则

嵌入式GIS 是一个运行于嵌入式硬件平台上的嵌入式GIS 软件系统。嵌入式GIS 软件由于其平台的特殊性, 使得嵌入式GIS 软件(Embedded GIS/EM- GIS)的特征与普通PC 上的GIS 软件相比有着明显不同, 如下表：

 

由于嵌入式GIS 平台的特殊性, 在进行嵌入式GIS 开发设计时需要遵循以下几点原则：

 

4.1 尽量减少移动端数据本地存储量

嵌入式设备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。所以嵌入式GIS 系统必须是低存储要求的。从服务器端获取所需数据是一个非常好的办法。

 

4.2 合理组织空间数据的逻辑结构

鉴于嵌入式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, 嵌入式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。具体来说，对于图形数据而言，尽量用整形坐标数据来代替双精度型或浮点型数据，以便来节约存储单元。

 

4.3 按需分层调入GIS数据

　　通常整幅图的GIS数据量是庞大的，在嵌入式GIS中，我们只考虑当前需要研究的地图数据及图层，其它不予考虑，这样就可以避免不必要的内存开销。

 

4.4 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, 如同是采用Windows Mobile 的Pocket PC 屏幕分辨率为320X240, 而Smart Phone则为176 X 220, 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, 应合理设计软件的用户界面以适合不同分辨率不同形状的设备, 以满足用户实际使用的需要。此外, 大部分移动设备没有鼠标和键盘等输入设备, 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、简练的操作界面也是嵌入式GIS 开发中值得注意的地方。

 

4.5 考虑离线情况

嵌入式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, 嵌入式GIS 在开发过程中应充分考虑到网络的不稳定性。比如将一些临时数据缓存在本地是一个比较好的解决方法。

 

5嵌入式GIS应用

　　嵌入式GIS开发在测绘、智能交通(ITS)、海事、国防、公安等领域都有无限广阔的应用前景，可广泛应用于军事、野外测绘、医疗、汽车导航等领域；个人汽车导航和PDA(或手机)定位服务(LBS)的出现与发展更是将嵌入式地理信息技术深入到每个人的日常生活。目前最主要的应用领域有：

(1)智能交通（交通信息管理系统、车辆导航系统等大量嵌入式GIS软件在交通部门的应用将大大提高交通系统的智能化程度）

(2)野外数据采集和各种普查(公路普查、环保普查等)

(3)军事国防领域(步兵装备、装甲、坦克、情报收集等)

(4)智能汽车（集通信、信息、导航、地图、娱乐和各类安全电子系统于一体的智能汽车将是未来汽车的发展方向）

(5)个人用户(结合手机和个人PDA的应用,将提供实时的地图信息和出行参考，大大提高人们的生活质量)

 

6 嵌入式GIS发展前景

　　随着定位手段的多样性（美国GPS 、俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo、中国的“北斗”、基站）、通信网路的广泛性（GPRS、CDMA、CDPD等无线公网）、用户终端的广泛性（手机、PDA）以及巨大市场潜力的无限性（以我国两亿手机用户一个月5元的地理信息服务，一年将是120亿的市场），我们可以看到嵌入式GIS的前景广阔，由于嵌入式GIS市场巨大，因此竞争非常激烈，国外的GIS巨头纷纷投入巨资开发自己的嵌入式GIS产品，国内也有近十家企业进行相关产品开发工作。

 

参考文献：

1、石文杰、刘绍平、许晓宏、魏中辉，嵌入式GIS 概述及开发浅析，科技信息，2007 年第22 期

2、 张衡，GIS开发者，  http://www.gisforum.net/show.aspx?id=913&cid=28 2005-02-21