嵌入式GIS技术之浅析

　　近年来，随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大，把GIS与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理空间集成平台，是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点，而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。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。

嵌入式系统软硬件平台
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。

2 操作系统

　　OEM厂商定制自己的Windows CE操作系统，该系统是微软开发的一个简洁、高效、多任务、完全抢占式的32位嵌入式系统。一般支持常用的Microsoft Win32 API，可用于开发应用程序，接口包括：MFC、ActiveX、COM、ATL等。

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。

嵌入式GIS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1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Windows CE，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。

嵌入式GIS设计原则

　　嵌入式GIS，它是运行在嵌入式设备(掌上电脑、PDA、智能手机)上的，它与台式PC机不同，嵌入式GIS基础内核要小，功能适用，文件存储量要小。而GIS空间数据包括图形数据、拓扑数据、参数数据以及属性数据等，其数据量非常大，所需存储空间也应很大。所以，针对嵌入式设备的特点并结合GIS应用程序的需求要重新设计GIS平台。

1 选择适当的嵌入式GIS数据库

　　基于嵌入式移动数据库的应用可划分为水平应用和垂直应用。所谓水平应用，是指应用方案能够用于多种不同行业，只需要极少的定制工作；而垂直应用则针对特定行业的应用，数据处理具有独特性。GIS系统通过获取指定地点的地图信息来指导工作，该系统可以应用到自然资源和环境控制中。所以嵌入式数据库一般采用水平应用方式。

2 尽量减少存储量

　　传统的基于PC机的GIS软件系统对空间数据逻辑存储结构一般为顺序存储，基本全入内存，而嵌入式GIS则是依据所建索引，随机存储，少部分入内存。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，可采用滤点压缩的方法去掉那些不能对图形精度的提高有任何贡献的多余点。对于参数数据和属性数据而言，可以采用统计的方法，只存储不同的参数数据和属性数据，然后建立索引即可。

3 设计合理的空间数据管理方式

　　在设计GIS应用时，属性数据可以用数据库来管理。在嵌入式GIS中，可以采用面向对象的管理方式来管理空间数据。如图2所示。

 

 

4 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。

5 其它一些需要注意的问题

(1)选择合适的算法，尤其在选择空间分析算法时，尽量减少实体的内存分配空间；

(2)设计嵌入式GIS应用程序的用户界面最好依据具体设备的形状而设计，可以为用户提供方便的操作界面。

(3)Windows CE是基于Unicode的操作系统，凡是涉及到的文本、字符串、控件等均为Unicode字符串。


嵌入式GIS的功能设计

嵌入式GIS的主要功能包括以下几个部分。

1 基本地图操作功能
　　主要用于地图的显示、缩放、漫游、查询等。结合本文前述，该功能应尽量保证具有精简的内核和快速的浏览速度。

2 图层管理功能
　　根据用户需求可以打开/关闭，显示/隐藏图层，但要避免频繁调入图层数据，以便加快数据的显示速度。

3 查询、检索、分析、导航功能
　　主要用于目标的查询（包括分类查询、图文互查）、定位以及结合GPS定位数据的导航功能等。本功能与用户需求结合较多，系统设计主要体现用户的意愿。


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)。

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。

 【作者简介】：
张衡，男，山西临汾人，解放军信息工程大学测绘学院工程师，硕士生，从事航测与遥感工程、GIS应用等研究。