面向移动GIS的分析与展望

[摘要]作为地理信息技术在移动领域的最新应用成果，移动GIS带来了更为便利的用户体验，让用户可以随时随地地获取地理信息，分享信息的价值。随着面向移动GIS技术的不断发展，各种面向移动GIS的关键技术层出不穷。本文旨在对国内最新面向移动GIS的关键技术和应用领域进行了全面系统地梳理，总结了面向移动GIS的应用特点，分析了面向移动GIS的发展限制，并展望了面向移动GIS的未来发展趋势。

[关键词]移动GIS 分析 展望

[中图分类号] P208 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-11-265-2

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技术，是一个集GIS、GPS、移动通信（GSM/GPRS/CD2MA）三大技术于一体的系统。它不是简单结合个人数字助理与GIS、GPS，而是有着深刻的涵义。它以移动终端设备、网络、地理信息系统、各类地理信息服务及其供应商为必备要素，以“实现随时随地为所有人和事提供实时服务”为目标，把复杂的地理信息变成能够充分利用和享受的信息。研究面向移动GIS的关键技术和应用领域，具有重要的研究意义和广泛的应用前景。

1移动GIS的特点

（1）移动性。以各种移动终端为媒介，既可与服务端通过无线通信进行交互实时获取空间数据，也可以脱离服务器与传输介质的约束独立运行。

（2）实时性。作为一种应用服务系统，它不仅能及时地响应用户的请求，而且能处理用户环境中随时变化的因素造成的实时影响。

（3）对位置信息的依赖性。在移动GIS中，系统所提供的服务和用户的当前位置是密切联系的，比如“我前方是什么？”，“我怎样才能到达最近的机场”。因此，为了能够实时获取用户的当前位置和相关信息，需要将各种定位技术结合在一起。

（4）移动终端的多样性。移动GIS的表达以移动终端为媒介，比如手机、掌上电脑等。由于这些设备的生产商不具有惟一性，所采用的技术各种各样，因此移动终端具有多样性[1]。

2关键技术

2.1移动接入技术

移动无线网络是移动GIS的客户端与服务器端用于通讯与数据交互的一种网络运行平台。移动用户不受限于线缆和位置，可通过多种方式接入移动Internet。按不同的无线承载网络划分，移动接入技术可分为两类：一类是移动通信网技术，如2G，2.5G，3G等；另一类是无线局域网（WLAN）技术，如移动IP。

2.2移动访问技术

无论何时何地，移动GIS用户都可以较轻松地接入移动Internet访问所需的空间信息，目前流行的移动Internet的访问方案要有两种：无线应用协议和短消息服务。无线应用协议可以通过标记语言WML和脚本语言WMLScript处理WAP网页。WAP以移动Internet中广泛应用的标准（如HTTP，TCP/IP，XML等）为标准，提供一个移动Internet全面解决方案，此方案能独立于空中接口和无线设备。作为一种全球开放的无线通信协议的WAP，不仅能支持现在及未来的任何操作系统，包括WindowsMobile，Palm OS，EPOC等嵌入式操作系统而且能支持2G，3G，PHS等移动网络。随着移动通信和网络技术的发展以及WAP协议的不断完善，WAP将在移动通信领域内提供统一平台服务中占有重要地位。短消息业务（SMS，ShortMessaging Service）是以移动用户为服务对象的一种简单实用、功能丰富的文字信息交互平台，140个字节为传输的文本信息最大长度。SMS能通过信令信道完成用户终端业务，并能同时进行话音等业务，这样可以实现移动用户和网络之间的双向寻呼功能，此功能适用于移动电话。

2.3移动定位技术

处在移动环境中的移动GIS用户，依赖于位置信息，通过移动用户当前位置来获取很多信息。通常能够实时获取位置信息的移动定位手段有两类：一类是卫星定位技术，如：GPS、A-GPS；另一类是移动通信网络定位技术，如：COO，TOA，AOA和E-OTD等。移动定位技术的多样化为开展移动GIS服务尤其是LBS业务的定位技术选择与解决方案的多样性提供了便利。但在选择移动定位技术的同时，应考虑关键因素，如定位精度、覆盖能力、配置代价和终端改造。

2.4嵌入式技术

移动GIS的嵌入式终端主要有4类：（1）笔记本电脑；（2）掌上电脑。（3）手机；（4）车载终端。由于笔记本电脑体积较大，因此不方便移动。而移动电话和车载终端的计算能力、内存容量又十分有限。在综合考虑移动终端的移动性和计算、存储及显示能力等方面的情况下，移动GIS终端设备的最佳选择是PDA。但手机与PDA相比，操作简单，用户很多，全球移动电话用户约12亿，而PDA用户只有3000万。最近，手机出现了结合PDA和手机功能的智能手机。因此，手机尤其是智能手机也是较理想的移动GIS终端设备。嵌入式操作系统有很多种，如WindowsMobile，SymbianEPOC和嵌入式Linux等。嵌入式开发工具逐渐具有效率高、简单操作、跨平台操作和联网等特性，如J2ME。

2.5语音技术

人们通过结合语音识别技术、语音合成技术和语音命令进行操作，对键盘的依赖性逐渐减小。逐渐成熟的语音技术可以更好为移动GIS用户提供服务，如友好的自然语言人机交互界面以及丰富的语音提示[2]。

2.6分布式空间数据管理及空间数据引擎技术

分布式空间数据库系统是移动GIS体系结构中的关键技术，它具有物理上分布，逻辑上集中的特点。由于数据在物理上分布，且由系统统一管理，因此用户感受不到数据的分布。给用户产生不是一个分布式数据库，而是一个全局数据模式的集中式数据库的错觉。

为了分布式空间信息能够实现网上共享，实现远地域远程数据操作的关键是空间数据引擎技术。其中重点建立空间元数据和空间索引，国际上制定了一些Metadata的标准，有FGDC的Metadata标准、OGC的Metadata标准。为了解决空间信息的信息量比较大的问题，所有的空间信息系统需要空间索引的支持，如BSP树、R树。

2.7其它相关技术

在研究移动GIS过程中，国内学者还研究过移动计算技术、移动数据库技术等。移动计算是以移动终端为媒介，通过无线和固定网络与远程服务器交换数据的一种分布计算环境称。移动计算涉及的领域广泛，也是移动GIS的关键技术。目前国际数据界的一个研究热点是处于移动计算环境下的移动数据库。移动数据库是指移动环境下的分布式数据库，是在传统的分布式数据库的基础上进行延伸和发展，其时态空间数据库技术尤为关键[3]。

3应用领域

3.1移动GIS的应用特点

3.1.1路由选择

路由选择是移动终端基于GIS的最常见的实现方式之一。移动用户可以在制图系统输入其起点、目的地和通过位置，当然其中有些输入也能从GPS直接获取。如果同时使用GPS设备与机动终端，并且有快速的传播速度（如GPRS），移动用户也能够获取相应的路线指导。移动终端可通过文本或语音方式等从服务器获取比较详细的路由结果，并能够将其在移动终端上较为明显的展现出来。

3.1.2查询

用户可以根据已有的位置信息，通过搜索地图查询用户所需查询的地点，而且能在一定的半径区域内查询有关餐馆、银行等公用设施的信息。用户可以轻松地从移动终端上的GPS获得自己现在所处的地理位置。

3.1.3工作分配和车队管理

这是结合GPS或移动定位系统的一个应用领域。野外采集人员、销售人群、物流车等都能在地图上定位。系统不仅实时跟踪他们的位置并将工作分配给他们，还能实时收到工作进展概况等信息。

3.1.4实时交通监控

在重要叉路口上的车流监控设备能实时记录交通状况并及时传送给网络服务器。当汽车司机在一条道路上行驶时，如果他突然想改变路线，他就可以通过移动终端获得的实时道路交通状况信息来选择行驶路线，而且显示的道路监控信息图像能够不间断刷新，甚至是以视频形式不间断刷新[4]。

3.1.5方便的数据采集

当野外采集数据的时候，由于采集的空间数据容量很大，但存储设备容量很小。此时，野外采集人员就可以通过移动GIS把空间数据直接传到空间数据服务器上。同时，为了满足外出采集数据的需要，服务器可以将处理后的有用数据再传到移动GIS的终端上[5]。

3.2移动GIS的最新应用

3.2.1城市导游系统

城市导游系统是基于位置服务技术（LBS）的典型应用。游客可以通过城市导游系统查询到自己最感兴趣的景点、餐馆、天气情况等服务，并可以获取与用户所在位置相关的信息，如距离、最佳路线、耗时等。

3.2.2森林火灾抢险

在整个森林抢险的过程中，移动GIS技术能够通过在林区周围的监控设备，为救灾人员提供起火位置、起火时间、危害范围、气象情况等关键信息，甚至是起火点的实时视频资料，及时为指挥部门提供辅助决策，向相关部门和媒体及时报告灾情，有效地降低灾难损失。

3.2.3城市救护车管理系统

该系统结合了GIS，GPS和GMS技术，在医院终端的GIS服务器接受多种即时数据包括道路交通网信息，医院或医疗中心的位置，救护车的位置信息等，通过计算机的快速计算，为救护车建立了一条能够从接收事故信息地点到赶往事故发生地再到最近医院的最佳路径。

3.2.4移动GIS在考古学中的新应用

移动GIS的出现为区域研究开辟了一片新天地。在考古研究中，科学家利用移动GIS方不仅能方便地获取、记录数据，并且能够完成空间分析，将分析后的结果用来辅助研究。在配备了新型的移动GIS装置后，考古人员在传统的考古调查基础上还能快速侦察，记录遗迹的空间分布状况；在遗迹所在地获取样品和测试性挖掘。当发现有价值的文物时，考古专家能够利用移动GIS装置有效地记录该文物的地理位置和各种属性[6]。

4技术特性

4.1挖掘信息的潜在价值

移动GIS的优点突出表现在“随时随地”上。它让信息与实际的空间位置有了直观的联系，并能在两个或多个位置信息之间，挖掘出更多有利于用户的信息，极大方便了人们的生产生活。

4.2分享地理信息

移动GIS的可移动性，使用户在互联网上方便地分享地理信息成为了可能。用户在生活中不再是“孤立”的个体，而是与所处的环境关联起来。用户在互联网上分享的每一条信息，如景点环境、交通状况、突发事件等，都能让其他感兴趣的人锁定信息的位置，从而更大地提升了分享信息的价值。

4.3实时运用GIS技术服务

随着网络通信速度的加快，GIS技术可以处理更为结构复杂、体量更大的空间数据。用户可以发送基于当前位置的多种信息，经过服务端提供的地理分析、处理服务，返回得出的分析结果，辅助用户当前的决策，提高判断的准确度。

5发展制约因素

目前，GIS产业上游数据不公开、缺少GIS产业标准体系、移动GIS在个人应用领域缺少成熟的赢利模式、移动互联网和移动终端设备的普及率低等都是阻碍移动GIS在国内快速发展的制约因素。综合分析，制约移动GIS技术的主要因素有：

（1）移动GIS标准具有多样性，急需统一；（2）大部分的专业移动GIS设备不方便携带，而且成本比较高；（3）定位传感器有些区域接收不到，这会导致接收的数据错位和变形等；（4）定位精度有一定的限制。定位精度主要受限于导航传感器和制图传感器；（5）输出的信息具有单调性。对于空间信息，不能实时地将目标实体的空间定位数据与其属性数据结合；（6）自动识别、提取空间目标及校准自动制图影像的准确性有待提高；（7）受限于无线网络。由于地理空间数据较大，传输数据需消耗较长时间。（8）相关的法律法规、法规许可配套还不完善[4]。

6未来发展趋势

2010年，我国地理信息产业规模约1000亿元，包括ArcGIS、SuperMap和MapGIS在内的GIS平台软件总量不到50亿元，这表明GIS产业是两端大、中间小的哑铃型产业，是一个发展状况还不健全的产业，问题亟待解决。

移动GIS的发展离不开两个阵营的支持。一个是GIS平台及软件厂商，他们不断完善基础平台的建设，为用户提供适于移动端操作的功能，但对于移动终端的选择则更加多元，智能手机、平板电脑都可以成为运行软件的硬件载体，而且对于不同的行业需求，可定制性较强。另一个是仪器设备厂商，他们通过高精度GNSS的硬件设备进入移动GIS领域，生产包括手持GIS数据采集器在内的硬件产品，可以用于不同行业在外业普查时的高精度数据采集。当然，这两个阵营并不是孤立的，当然，他们之间也存在着合作的机会。

综合以上分析得出，未来移动GIS的发展趋势如下：（1）移动GIS的标准化；（2）研制的动力供给设备具有快速补给、方便灵巧、能量持久的特性，数据显示、算法消耗能量低；（3）移动GIS设备各组件的生产成本逐渐降低，移动GIS技术的普及；（4）为了有效地实现高速处理、传输、显示和充分利用大量的高分辨率空间数据，开发研制的空间实体自动提取以及图像处理算法具有高效性；（5）为了提高空间信息定位的精确性，并有效地改变移动GIS数据显示的单调性和能够同时获得空间图像和相关的属性数据，设计传感设备必须定位精度更高、接收信息更丰富；（6）航空摄影测量中的三角测量技术有待于提高和完善[4]。

参考文献

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