基于LBS的嵌入式GIS研究

　ITS 是国家“十五”期间科技发展的重点领域,已列入《国家国民经济和社会发展“十五”规划》。科技部已启动国家ITS“十五”示范工程,首都北京为科技部确定的十个ITS 的示范城市之首。为了有效提升北京的国际化大都市形象,确保2008 年奥运会的成功举办,北京市将ITS 新型交通理念和高新技术手段运用到交通管理与运营实践中,率先开展了交通综合信息平台的建设。

　　北京大学根据北京市ITS 规划总体方案和北京市“数字北京”、“数字奥运”总体框架,以及北京市交通综合信息平台示范工程的要求,开展了GIS-T子系统的研究。

　　GIS-T 作为地理和交通数据存储及应用的支持系统,是整个交通综合信息平台的核心模块之一。为交通管理各部门提供GIS 支持,充分发挥GIS 技术特点,通过公共共享数据库,将全市道路交通信息置于同一平台和操作环境下集中管理和调度,完成实时数据采集、传输、处理和动态显示,服务信息组织管理、信息抽取、GIS 交通应用运算和信息分发,提供基于GIS 的可视化信息表达功能。GIS-T 分为两部分: GIS-T1 和GIS-T2 。GIS-T1 为整个交通综合信息平台的与位置有关的应用提供数据服务,它直接为有线用户提供数据服务,并经过服务端的GIS-T2-DB 为移动终端用户提供数据支持和服务; GIS-T2 面向广大的移动终端用户(包含车载终端、手持等) ,充分利用经过整合和处理的多源数据,逐步深入地提供基于位置服务为主的信息服务。GIS-T1 与GIS-T2 的关系如图1 所示。

　　系统总体设计

　　子系统的划分

　　本方案中,子系统的划分如图2 所示。由于车载终端、PDA 以及两类手机终端在硬件设备、运营模式、使用对象等方面存在差异,因此,本方案中将这四种终端按三类GIS 软件(车载、PDA/ 多模手机、普通手机) 分别进行设计开发。这三类终端GIS 软件既有共性,也存在明显区别。

　　采用或引用的标准与规范(参见表1)

　　系统的开发方案

　　各子系统开发方案如表2 。在此基础上,设计了合理的空间数据结构。如何有效管理涉及的大量空间数据如地图数据和交通数据等,是系统能否正常运行的关键之一。

　　不同种类的移动终端设备的数据下载

　　不同的移动终端的数据下载途径存在差异(如表3) ,所以要求GIS-T2 软件系统能够对不同的数据下载方案予以支持。

　　不同种类的移动终端设备的定位方案

　　如表4 ,不同的移动终端的定位方式存在差异,所以要求GIS-T2 软件系统能够对不同的定位方式予以支持。

　　FLEX数字广播的形式发布实时交通事件表信息

　　从方便、快速、经济等方面考虑,对于实时交通事件信息,将采用数字广播的形式发布。交通事件通过交通事件表来描述,一条或多条交通事件表发送到移动终端后,应用程序对其进行解码,转换成应用程序可理解的数据格式,并将事件信息关联到空间对象,最后显示在地图上,如图3 所示。基于上述考虑,本方案在参考国际通用标准的基础上,设计带有空间位置属性或者空间位置关联属性的交通数据表规范。

　　车载终端软件子系统设计

　　车载终端软件系统

　　车载终端软件系统业务流程

　　根据总体结构模块的划分、相关的处理流程以及与硬件设备关系进行模块外部和内部设计如表5 、表6 。

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PDA 软件子系统设计与实现

　　PDA 导航设备软件设计的内容可以包括:显示模块、通信模块、定位模块、路径规划模块、信息查询模块、用户设置模块。设计细节略,具体实现见图6 。

　　PDA 移动终端软件系统的使用对象为普通PDA 用户,因此操作界面应简捷、易懂,且符合我国和北京市的所有法律、规章和条例,满足行业标准。

　　PDA 终端软件系统与服务端的接口主要完成两个方面的功能,一是支持硬件提供的通信方式,通过系统通信设备向服务端发出服务请求(主要是数据下载请求) ;二是服务端数据到本地后的数据解压缩,以及向本地存储设备进行传输存储。系统采用高效的自行开发的解压缩算法完成解压缩任务。

　　手持终端软件子系统

　　多模手机子系统

　　多模手机子系统在PDA 软件子系统基础上形成。这里核心部分是插件式软件组合方式。手持终端软件子系统的平台可以有以下几种:BREW ,JAVA ,WAP。本软件适合的多模手机类型如表6 所示,基本包括:以手机特征为主,在具备PDA 基础上,分为高中低三档。

　　普通手机子系统

　　交互界面主要以HTML 页面为基础。无论存储在本地或者从服务器端下载,界面都为HTML 页面。其中支持HTML 的按钮、Check Box 、Radio But ton 、文本框、超链接等页面元素。

　　地图为另一种主要的人机交互界面形式,地图可以缩放、平移及旋转,用户应可以在地图上点击某处获取该处的信息。

　　交通事件表( Trafficial IncidentTable) 与元数据结构

　　交通事件表(参见表7) 是根据信息熵基本原理,将交通事件分类;采用变结构自组织数据结构,实现数据的有效存储、压缩与无线传输。系统元数据设计参照FGDC 元数据的内容标准,将元数据内容分为几个部分如表8。

　　结论

　　本研究得到了如下成果:

　　①提出了平台GIS( GIS-T1) 与移动GIS( GIS-T2) 的概念,并确定了其关系图;

　　②对移动GIS进行了总体设计,确定了相关的标准与规范,提出了各子系统开发方案,移动终端设备数据下载、定位方案,大量交通信息服务的数字广播方式;

　　③提出了车载终端软件结构、业务流程和内外模块接口;

　　④介绍了PDA的功能实现;

　　⑤对多模手持终端的组合方式进行了规范,对普通手机LBS功能实现进行了介绍;

　　⑥最后对交通事件表和元数据进行了设计分析。