云计算时代移动GIS技术特点及趋势

原文发表在第三十期《超图通讯》上。作者为超图软件助理总裁李绍俊。

 

    云计算时代，随着3G、4G等无线网络技术的飞速发展，移动GIS也迅速走入我们的视野和生活，它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，是继组件GIS、服务式GIS之后又一新的技术热点。GIS的应用在经历了C/S(Client/Server)、B/S(Browser/Server)的发展历程后，正在向M/S(Mobile/Server)的方向快速发展和前进。
      本文结合SuperMap在移动GIS方向的产品开发及行业应用，为您介绍移动GIS的产品定义、分类、关键技术特点及技术发展趋势。

移动GIS的定义与分类
      简单来讲，运行在便携可移动终端上的GIS都可称之为移动GIS，正是基于这个定义，移动GIS的分类维度并不唯一，我们可以从多个维度来看移动GIS的分类，并分析其各自的优势与局限性。
      1. 从运行终端来分，可分为如下六类：
      2. 从数据更新机制来分，可分为实时在线模式、离线模式和混合模式三类。
      实时在线模式通过无线网络连接到GIS服务器，地图及应用数据实时通过网络从服务器端获取，在网络中断或无信号时不能使用。这种模式适应于网络条件好，但存储和计算资源有限的移动GIS应用系统，但需要注意流量上的耗费成本。
      离线模式是将数据存储在移动终端上，GIS应用系统读取本地的文件和数据。这种应用模式不需要有网络条件的支持，也无流量耗费，另外数据从本地读取，性能方面也更有保证，可以进行一些复杂的数据编辑及分析应用，但数据更新编辑后需要有良好的与服务器同步的机制。
      混合模式将实时在线模式与离线模式结合起来，当网络畅通时可以使用在线模式与服务器实时同步更新数据，浏览地图及应用数据的同时可以将数据缓存到本地，下次浏览同样数据时即可减少流量耗费；当网络条件不佳时可以使用已经缓存在本地的数据进行GIS应用，降低了移动GIS应用对网络条件的依存度。
      3. 从应用运行机制来分，可将移动GIS分为App应用和Web浏览器应用两类。
      App应用也称为移动端原生App应用，是指运行于移动端设备上的原生程序，它基于C、C++或Java等语言开发，直接运行在移动终端上，通常需要针对不同的终端编译不同的版本，并安装或部署于移动终端上。App应用需要在每一个终端上进行安装及部署，它针对具体的终端开发，可以更充分地发挥终端的硬件资源能力，也能支持更全面、丰富的GIS功能；但从另一方面来看，App应用的针对性编译，也决定了App应用的通用性不强，面向一种设备编译出的应用程序一般来讲不能直接放到其他类型的设备上运行和使用。
      Web浏览器应用模式是指通过移动终端上的浏览器或中间件(如Flex基于FlashPlayer中间件)来运行的GIS应用，它可以通过无线网络(3G或Wifi)访问服务器端发布的地图及应用服务，在移动终端上展现结果及进行用户交互。Web浏览器模式的通用性强，不需要进行单独的编译、安装及部署，只要移动终端上有Web浏览器即可连接服务器进行操作；但Web应用模式需要有服务端的基础，另外，在没有Wifi的情况下流量耗费也是需要关注的问题。

移动GIS的关键技术特点与发展趋势
      1. 用户体验
      云计算时代的GIS，是云+端的应用模式，云服务注重的是GIS及相关应用的数据存储、分析与计算；端GIS这一头，则更注重用户的交互与数据的展现。不管是用户交互还是数据展现，都与用户体验息息相关。移动GIS，作为端GIS的最重要的组成部分，尤其需要关注用户体验。
      移动GIS的用户体验需要重点关注三个方面：
      ◇ 用户界面：用户界面是移动GIS应用面向用户的前端，既要注重功能的实用，又要能够给用户以美和愉悦的感觉。好的用户界面需要通过多个方面来展现：地图配图要简洁、清楚、直观、美观，也要符合用户的阅图习惯；窗体、工具栏、对话框、按钮等界面元素的设计与风格要一致并与地图协调，最好能提供可选择的界面风格或皮肤以满足不同用户的不同审美习惯。
      ◇ 交互方式：传统PC应用的交互方式以鼠标、键盘为主，而移动GIS应用的设备为保障其便携性一般不带鼠标和键盘，而以笔控、触控代替鼠标，以屏幕虚拟键盘代替实体键盘，而移动GIS设备在屏幕尺寸方面与PC相比又有很大差距，所以移动GIS的用户交互方面与PC应用相比有很大不同。移动GIS的用户交互需注意如下几点：首先，受屏幕大小及触控精度所限，界面上的菜单及按钮不宜过多过挤；其次，菜单级别不宜过深，以不超过三级为宜；第三点，在移动设备的屏幕上点击操作精度有限，但可充分利用并响应触控的动作和手势消息进行相关的操作，如放大、缩小、旋转，以及对话框或菜单的呼出、消隐等；最后一点，需要重视一些新的更自然的人机交互方式技术与趋势，如语音识别技术、体感技术等。
      ◇ 性能：移动设备本身计算与存储能力有限，所以在用户体验方面需要比桌面应用更加关注性能方面，试想一个移动GIS应用，即使界面再华丽，功能再全面，但不易操作，也很少有用户愿意去用。
      2. 服务式GIS
      移动GIS是云计算时代GIS体系中的重要组成部分，但只有移动端的GIS是不完整也不全面的。移动端主要负责GIS的数据展现及用户交互，大量的数据处理、计算与分析需要在服务端完成。GIS的服务端大致可分为两种模式：WebGIS模式和ServiceGIS。
      WebGIS向移动GIS端提供Web地图服务，主要是发布地图切片缓存及地图位置定位服务，不支持复杂的GIS查询、分析服务。
      而ServiceGIS除提供地图及位置定位服务外，还提供专业查询、分析、数据在线编辑处理、数据后台计算等全面的GIS功能，此外，ServiceGIS还支持服务器端及客户端的扩展开发，可以方便地将行业业务模型及数据集成到GIS应用系统中，并发布到移动GIS端，便于建立丰富、全面、深入的M/S架构的GIS应用。因为移动GIS端的存储及计算资源比较有限，ServiceGIS更适合于搭建移动GIS应用。
      业界比较知名的服务端产品里，SuperMap IS和ArcIMS属于WebGIS产品，在搭建移动GIS应用时功能有限；而SuperMap iServer和ArcGIS Server则属于ServiceGIS产品，适合于搭建功能丰富的移动GIS应用。
      3. 服务聚合能力
      GIS应用若脱离了空间数据便失去了其生命力，移动GIS也是如此。也正因为此，空间数据也被誉为GIS应用的血液。目前除了可以搭建自己的ServiceGIS服务外，线上也已经有不少的在线地图及数据，如Google Maps、Bing Maps、天地图、百度地图等，对于移动GIS来说，若能充分利用在线的地图及数据，则可大大增强应用的数据丰富度，为用户提供更全面的应用展现能力。服务聚合是将在线数据整合到移动GIS应用中的非常便捷的方式。
      SuperMap iServer产品提供了丰富而成熟的服务聚合能力，既支持地图服务的聚合，也支持业务数据及计算能力的聚合；在聚合模式方面，也同时支持服务端的聚合模式和客户端的Mashup聚合模式。
      4. 一致性
      移动GIS虽是一种新的GIS模式，但其数据准备、交换等应用还是需要与传统桌面GIS进行协同，所以对移动GIS来讲在数据、模型、算法等方面与桌面GIS、服务式GIS的一致性就非常重要了。一致性可以确保桌面GIS准备好的数据不需转换即可拷贝到移动设备上使用，减少中间环节的时间损耗，也减少了数据转换带来的数据损失的可能性。
      SuperMap GIS 6R的全系列产品都基于SuperMap Universal GIS Core(SuperMap UGC)开发，移动GIS与桌面GIS和服务式GIS用的类库内核是一致的，用桌面准备好的数据可以直接发布到iServer，也可以直接拷贝到移动端使用，几大产品体系的查询、分析、算法和操作也是一致的，降低了用户的使用门槛及学习成本，也最大程度上确保了数据在效果和质量上的一致性。
      5. 离线与在线的结合
      离线与在线的移动GIS应用各有优势。离线应用的数据在移动端本地存储，数据访问不受限于网络，数据访问速度更快，可以做更深入的数据应用与挖掘；在线应用的优势则在于对移动端本地存储要求低，而且可以实时在线看到数据的更新。
      SuperMap对离线、在线及混合的应用模式都有很好的产品提供支持。eSuperMap产品支持离线模式，SuperMap iClient for HTML5产品支持在线模式，SuperMap iMobile产品则对两种模式都可以很好支持，即支持移动GIS应用的混合模式。
      6. 移动端三维GIS
      随着二维导航应用的普及，大众也对移动GIS的空间展现能力提出了更高的要求，希望移动GIS能够支持三维空间数据的展现，针对这类需求，SuperMap移动GIS产品已开始提供一些简单或模拟的三维场景，如下图所示： 
目前的移动设备的存储和三维展现能力有限，移动GIS中的三维应用还以模拟三维为主，相信随着设备硬件能力及软件技术的发展，真三维终将在移动GIS应用中大放异彩。

结语
      综上所述，移动GIS是云计算时代GIS应用体系中的重要一环，虽然移动GIS可以认为是GIS的一种新的应用模式，但基于野外测绘、汽车导航等GIS相关应用多年的技术积累，和手机、平板电脑等移动端设备市场的蓬勃发展，移动GIS已迅速发展起来，并为GIS市场和应用注入了更多新的活力。
      移动定位、移动办公已经越来越成为企业或个人的迫切需求，移动GIS是其中非常核心的部分，为各种基于位置的应用提供了平台与环境支撑。相信随着硬件、软件、无线网络等环境的逐步发展与成熟，移动GIS将成为GIS应用中最耀眼的新星。