学术前沿数字城市应用系统建设关键技术—移动GIS技术

移动GIS技术概述
1.移动GIS概念

移动GIS是以移动互联网为支撑、以智能手机或平板电脑为终端、结合北斗、GPS或基站为定位手段的GIS系统,是继桌面GIS、WEBGIS之后又一新的技术热点。移动定位、移动办公等越来越成为企业或个人的迫切需求,移动GIS就是其中最核心的部分,使得各种基于位置的应用层出不穷。

2.移动GIS的组成

在传统的GIS中空间对象之间的关系是不变的或相对静止的,然而在移动GIS中,所描述的对象相对于其周围对象的位置是改变的。移动GIS不仅指在移动环境中使用GIS,更重要的是指利用GIS去描述移动的目标。

移动GIS主要由无线通信网络、移动终端设备、地理应用服务器及空间数据库组成。

(1)移动终端设备

移动GIS的客户端设备是一种便携式、低功能、适合地理应用,并且可以用来快速、精确定位和地理识别的设备。硬件主要包括掌上电脑(PDA)、便携式计算机、WAP手机、GPS定位仪器等。软件主要是嵌入式的GIS应用软件。用户通过该终端向远程的地理信息服务器发送服务请求,然后接受服务器传送的计算结果并显示出来。移动GIS的应用是基于移动终端设备的。便携、低耗、计算能力强的移动终端正日益成为移动GIS用户的首选。

(2)无线通信网络

无线通信网络是连接用户终端和应用服务器的纽带,它将用户的需求无线传输给地理信息应用服务器,再将服务器的分析结果传输给用户终端。

(3)地理应用服务器。

移动GIS中的地理应用服务器是整个系统的关键部分,也是系统的GIS引擎。它位于固定场所,为移动GIS用户提供大范围的地理服务以及潜在的空间分析和查询操作服务。该应用服务器应具备以下功能:数据的整理和存储功能、基本的地理信息空间查询和分析功能、高质量图形和属性查询功能、具有强大的计算能力和处理超大量访问请求的能力;有强大的数据更新功能,及时向移动环境中的客户提供动态数据;可连接空间数据库,对海量数据进行存储和管理。

(4)空间数据库

空间数据库用于组织和存储与地理位置有关的空间数据及相应的属性描述信息,移动空间数据库是移动GIS的数据存储中心,并且能对数据进行管理,为移动应用提供各种空间位置数据,是地理应用服务器实现地理信息服务的数据来源。

3.移动GIS涉及的关键技术

(1)嵌入式技术

移动GIS的无线终端是一种嵌入式系统,具有代表性的嵌入式无线终端设备包括:掌上电脑、PDA和手机等。嵌入式系统是以应用为中心的专用计算机系统,其软硬件可以根据应用需要进行裁剪。

(2)无线网络技术

在移动通信领域,无线接入技术可以分为两类:一是基于数字蜂窝移动电话网络的接入技术,目前已有CDMA、GPRS、GSM、TDMA、TD-LTE等多种无线承载网络;二是基于局域网的接入技术,如蓝牙、WIFI等技术。

(3)分布式空间数据管理技术

分布式空间数据库系统是移动GIS体系结构中的关键技术之一,它是指在物理上分布、逻辑上集中的分布式结构。由于移动用户的位置是不断变化的,需要的信息多种多样,因此任何单一的数据源都无法满足要求,必须有地理上分布的各种数据源,借助于现有的分布式处理技术,为多用户并发访问提供支持。

(4)移动数据库技术

移动数据库是指移动环境的分布式数据库,是分布式数据库的延伸和发展。移动数据库要求支持用户在多种网络条件下都能够有效地访问,完成移动查询和事务处理。利用数据库复制/缓存技术或数据广播技术,移动用户即使在断接的情况下也可以访问所需的数据,从而继续自己的工作。其中的时态空间数据库技术是移动GIS的关键。移动数据库技术的研究主要涉及五个方面:移动数据库复制/缓存技术、移动查询技术、数据广播技术、移动事务处理技术、移动数据库安全技术。

(5)GPS定位技术

GPS定位技术可为用户提供随时随地的准确位置信息服务。其基本原理是将GPS接收机接收到的信号经过误差处理后解算得到位置信息,再将位置信息传给所连接的设备,连接设备对该信息进行一定的计算和变换后传递给移动终端。

 移动GIS技术国内外现状及趋势
1.国外发展现状

国外谷歌和苹果公司分别推出移动端的地图应用。谷歌地图可以在移动设备上查找地图、路况、交通线路、周边信息,可以街景视图查看各地街道实拍景色,截止2013年,谷歌地图街景视图数据库已经覆盖全球的美国、加拿大、韩国、日本、澳大利亚、新西兰、欧洲、中国香港、中国澳门、中国台湾等地区。同时谷歌地图为开发者提供二次开发的API接口,允许开发者免费使用谷歌提供的地图和其他服务,便于GIS与其他各行各业的结合。

苹果公司发布了移动操作系统iOS6之后推出了全新的苹果地图。苹果公司以全新的角度投身于地图的设计之中,提供了互动式3D视图、Flyover 功能,地图采用矢量引擎,文字明快,图形清晰,平移和缩放流畅,可以用倾斜和旋转的角度查看一个区域,同时支持siri的语言查询功能。虽然其地图的准确性在推出之后被广大使用者诟病,但是不难看出,在巨头们追逐下的移动GIS产业正在蓬勃发展。

2.国内发展现状

全国各省市都在建设自己的移动互联网,由于各个省市基础、文化的不同,在移动互联网业务的发展上也各有特点。

上海市经济和信息化委员颁布了《上海推进移动互联网产业发展2012-2015年行动计划》。这一举措充分表达了上海市将在未来几年中大力发展移动互联产业的决心。

扬州电信积极运用移动互联网、物联网、云计算等现代信息技术,实施智慧云海,加快推进智慧城市建设,开发出数字两会、12345政务服务热线云、智慧交通、手机办税通、重大项目实时监控等系列应用。

成都高新区管委会与四川移动成都分公司于2013年2月1日签定《移动互联网产业发展战略合作协议》,就加快推进移动互联网产业发展,在整合通信业务区域、加快通信设施建设、联合打造移动互联网智慧示范区域、重点企业资费优惠等诸多方面开展深入合作。

山西联通在2010年4月双方签署的《信息化建设战略合作协议》中未来五年初步计划在太原市投资50亿元的基础上增加投资5亿元,与太原市政府将围绕信息惠民、信息兴业、信息强政三大服务领域,着力聚焦政务、金融、交通、医疗、安全、能源、文教、物流八大行业应用,加快转型创新,建设智慧太原。

北京市经济和信息化委员会统筹、集约在2010年建设了北京市移动电子政务平台,为全市各部门开展移动业务提供统一政务接入、统一应用管理、统一接口标准、统一安全标准、统一终端标准。2010-2012是该平台的试点阶段,建设市经信委移动OA系统作为首个示范应用,探索了移动政务管理平台接入模式、试用相关移动建设标准规范和国产化终端,为移动电子政务管理平台推广起到示范作用。2013开始是系统推广阶段,为多个委办局提供服务。

国内各类移动GIS应用层出不穷。百度地图是百度提供的一项网络地图搜索服务,覆盖了国内近400个城市、数千个区县。在百度地图里,用户可以查询街道、商场、楼盘的地理位置,也可以找到离您最近的所有餐馆、学校、银行、公园等等。被阿里巴巴收购的高德地图则是国内一流的免费地图导航产品,也提供了基于位置的最全面、 信息最丰富的生活服务功能。

3.发展趋势

移动GIS在20世纪90年代以来长时间的发展,基本上可以作为室外或者野外的采集工具和移动办公辅助工具。随着智能终端、无线网络技术、以及云计算技术的发展,移动GIS的发展趋势如下:

(1)用户人群基数飞速增长。除了专业应用,更多的公众应用会被推出。

(2)随着GNSS系统的增加、定位算法的改善以及其他定位手段的补充,定位的精度会越来越高、定位的限制会越来越少。

(3)除了传统的电子地图和影像,三维地图和街景地图越来越普及。

(4)地图内容更多、更丰富,更新速度更快。

(5)随着网络地图API的推广,二次开发的成本减少,与行业结合的应用越来越多,更多的工作重点会从传统的PC机转移到移动终端。

 移动GIS的建设流程和特点
1.移动GIS建设流程

目前主流的移动GIS的建设方式是建立移动终端应用的方式。根据使用手机和平板的操作系统的不同,一般分为IOS版和Android版。

以IOS版为例介绍移动GIS的建设流程,包括如下步骤:

(1)环境搭建

搭建服务器开发环境,包括服务器操作系统的选择,数据库管理软件的选择和GIS软件的选择。

(2)服务器地图服务发布

地图数据组织,确定使用的电子地图和影像地图的范围,以便让数据加工部门加工数据。与用户讨论他们需要上线的数据并组织成规定的格式。在数据准备完成后,通过GIS软件发布数据服务并进行性能优化。

(3)客户端APP应用开发

以IOS版为例,移动设备iPhone或者iPad,开发工具为XCode,开发语言选择为Objective C。在应用的图形界面开发上采用苹果公司提供的IOS二次开发的接口。GIS功能的定制上可采用商业GIS软件为IOS专门开发的接口。在GIS功能完成后还需进行系统界面美化。

(4)服务器程序开发

该步骤和上一步骤可同步进行,主要的工作为:开发Web Service接口来接收和发送HTTP的请求,与客户端进行信息的交互。

(5)APP测试与上线

开发工作完成之后,进行系统的测试,优化功能和调试BUG。最后在相应的苹果商店或者安卓商店推出上线。

2.移动GIS特点

相比于传统的WebGIS、桌面GIS,移动GIS的核心技术并没有什么大的不同,依然是空间数据的存储、索引、浏览交互、编辑、分析等,只是在移动设备上需要更多地考虑各种算法效率、服务端的通信交互、以及与其他信息的集成。

移动端与服务端通信通常有两种模式:

(1)socket通信

需要在移动端和服务端分别写socket客户端程序和socket服务端程序,自行定义传输信息的内容格式,这种模式的优点是通信效率高、一直连线、易实现服务器的信息下达,缺点是通用性不好、较复杂。

(2)http通信

服务器端以WEB服务的方式对外发布服务,移动端以http请求的方式获取服务端的信息,并能上传信息至服务端。切片地图Web服务可采用KVP、SOAP或REST等服务方式,在移动端较常用的是KVP方式,通信的数据内容通常采用XML或JSON来描述。具体选择哪种交互方式,根据具体项目需求而定。

移动GIS具有以下特点:

(1)移动性

移动GIS最大的特点是运行在移动设备上,通过无线通信技术与服务器进行信息交互。

(2)客户端多样性

移动设备的类型的多样性,包括移动计算终端,如PDA。还有移动通信设备,如手机、平板等。

(3)服务实时性

用户在移动的同时可以实时将采集的数据上传的服务器端,同时也可以从服务器实时获取最新信息。

(4)数据资源多样性

随着移动GIS应用领域的拓展,除了基础的电子地图和影像服务外,要需要发布针对于用户的数据层。

(5)信息载体多样性

与传统GIS相比,移动设备功能的多样化,决定了移动设备与其他用户交互的形式更多丰富,包括文本、语音、图像、视频、以及服务。

在数字城市中的应用

移动GIS技术是当前最为火热的移动互联网应用所必备的技术之一。由于其天然的便携型、移动性、实时性等特性,在企业级和大众化应用两个方面为城市的管理带来了新的价值,而这种价值是我们建设数字城市和智慧城市所需要的。可以说,移动GIS与桌面GIS、WebGIS一样,都是数字城市发展的推动者,但移动GIS的发展前景更为广阔,值得关注。

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