基于PDA的GIS系统研究与开发

[摘 要]本文首先介绍了使用移动终端的GIS系统的开发环境，然后介绍了系统的功能设计和数据库设计，并就开发过程中关键的三个部分――通信编程、地图绘制、路径选择进行了详细分析。

[关键词]GIS系统 研究 开发

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0314-01

引言

手机、平板电脑等移动终端设备，近年来发展迅猛，移动终端已经成为网络浏览的一种新趋势，因此，选用PDA作为移动GIS系统的终端，在掌上电脑上安装嵌入式的Windows CE操作系统。这一系统环境可以实现数据的计算和管理工作，并可以通过无线信号接入网络，符合移动式GIS系统平台的功能要求。本文在此开发环境下，通过研究符合PDA使用要求的GIS系统的实现过程，分析了系统的功能设计和数据库设计，例如：GIS地图的绘制、浏览和信息查询等。并就开发过程中的三大关键问题――通信编程、地图绘制、路径选择进行了详细分析。

1.系统开发环境

操作系统选用Windows CE。该系统是32位的嵌入式操纵系统，Windows CE与处理器无关，采用Unicode字符集。它的兼容性和拓展性都非常优秀，支持网络功能和各类外设，键盘、触摸屏、串并口、打印机、USB、PCMCIA卡等都能支持。在编程上Windows CE支持ATL和MFC，但不支持STL。开发内存的选择上，PDA的内存比台式机低，一般是ROM×RAM（32×32M）。

在开发工具包上，选择了eMbedded VC++、Windows CE Platform SDK软件包、Windows CE Service软件包、Windows2000工具包、Office2000工具包、Visual Studio工具包和ActiveSync 3.1。

2.系统设计

（1）功能设计

有一部分GIS系统用户需要随时随地通过系统了解定位信息，移动终端的发展帮助我们有机会实现这一需求。 如图1所示，用户可以通过PDA上的操作界面，将 MIF、 SHP 、 DXF等格式的数据转换为系统所要求的格式。然后对数据进行处理，并以地图的形式表现出来。系统的功能包括绘制地图、修改地图中的信息，浏览地图、查询地图中的信息和测距分析。

其中绘制地图功能包括：绘制矢量元素和地理要素，例如：点、线、圆、方等基本几何图形和道路、建筑物等地图元素。本系统中的绘制地图，运用了图层的概念，不同的信息在不同的图层展现，最后叠加起来形成用户见到的地图。通过对图层的修改来编辑地图。修改的内容包括地图元素的添删改查，整体移动，元素的捕捉和复制等。另外为了方便用户编辑地图，系统中封装了很多基础操作类，包括水平线、竖直线、矩形框等等。最后，在地图的查询上提供信息双向查询等功能。

（2）数据库设计

GIS系统的数据主要是地图数据，例如各公司、医院、商铺、学校等信息点，还有道路、河流等地图元素。数据库设计使用了MapInfo的数据模型和access数据库相结合的方式，MapInfo数据模型中属性数据和空间数据的存储形式是分开的，属性数据的保存格式为.TAB和.DAT格式，空间数据的保存格式是系统自行设定的，两者通过ID相关联。

由于MapInfo的空间数据没有拓扑关系，因此为了建立道路的拓扑网络，我们采用了Arc-Node结构，它的优势在于可以简洁的展现道路网络拓扑关系。它的原理在于运用一些小段的直线表示曲折的道路，这些小段曲线就是所谓的Arc，而线的两端就是Node。

为了将系统中的地图元素信息保存下来，我们又利用了Access数据库。在系统中当本次无法完成所有测图工作时，将已测的信息保存，第二天，可以通过Access中的数据找到昨天完成的部分，继续测图工作，以保证地图的完整性。

3.关键技术开发

在本系统的开发过程中，采用了MapX Mobile开发工具，这是一个ActiveX控件，提供了一些放大、缩小等基本操作函数，通过对该控件进行配置，可以完成地图的显示和查看等功能，另外例如测距之类稍微复杂一些的功能可以通过编程开发来实现。在实现过程中主要存在三个难点，首先是通信编程，其次是地图绘制，最后是路径选择。

（1）通信编程

由于GIS系统对信息的及时性要求较高，所以需要采取多线程的通信方式，主线程需要完成打开串口通信资源、配置参数、数据实时接收、后台数据和前台数据的交互。其中串行口的通信类似于文件操作，例如：CreateFile（）函数打开串行接口，ReadFile（）和WriteFile（）读写串行接口，CloseFile（）关闭串行接口。

面对多线程可能造成的冲突问题，设计的过程中采用建立同步机制的方法来解决，同步机制包括使用等待函数来监测对象之间的同步；设置事件对象，将同步对象设置为有信号的同步对象、无信号的事件对象和销毁事件对象等。

在通信编程的实现中运用API函数对串口进行操作。实现方式包括查询方式和事件驱动方式。本系统选用了事件驱动方式来完成通信编程的工作。

在系统的通信过程中选用了全站仪，例如：索佳SET22D型号，它包括一个五针接口和九针的转接线，通过这个就能和PDA的九针通信线沟通，获得用于观测的距离信息、设备信息等数据。

（2）地图绘制

在绘制地图的开发上，采用了面向对象的设计方法，将图形元素封装成一个对象。并设计了点类、直线类、曲线类等基础对象。由这些基础类组成了道路、建筑物等等地图元素，因此保存地图元素时只需要保存这些类的数据就可以了，节约了存储资源和编码工作量。

实时绘图的设计是利用用户坐标系绘制的，首先要做的就是将PDA设备坐标转换成用户坐标。由于在PDA中设备坐标与逻辑坐标始终一致的。所以只需进行设备坐标与用户坐标的转换。在转换的过程中，由于用户坐标未变，只是改变设备坐标，因此可以完成地图的移动和缩放功能。

除了在系统中可以随时随地的查看地图、缩放地图外，还能够对地图进行修改操作。由于系统的设计上采用了面向对象的设计，因此只需要取得当前操作的对象，就能够对该对象进行删除或者移动操作。并且在地图绘制或者编辑的过程中，利用access数据库存放编辑操作的数据，以保证地图绘制的完整性。

（3）路径选择

系统会针对用户不同需求，采取不同的路径规划方案，例如最短路径规划，可以细分为最短“经济距离”、最短“物理距离”、最短“时间距离”，一般GIS系统会选用Dijkstra算法，对路径进行优化，但本系统并未如此。因为Dijkstra算法采用邻接矩阵的方式对路网进行优化，这在存储和效率上都不是最优方案。本文采用Arc-Node结构建立了路网，然后对该路网进行最短路径分析，这样可以保证系统的运行效率。

结语

通过本文对基于PDA的GIS系统进行分析，我们可以了解系统的开发环境、系统的功能设计和数据库设计，并了解本系统设计中遇到的困难，为同类系统的研究开发提供参考，但本系统的开发还存在一些不足之处，例如，系统是C/S结构，无法实现随时随地通过PDA浏览器访问，这不便于用户使用系统。在第二阶段的开发中，一定会注意改进，使得本系统在实际工作中更便于用户操作。