基于PDA的個(gè)人移動(dòng)導航系統的設計

    簡(jiǎn)略分析了嵌入式地理信息系統的研究現狀、技術(shù)背景、特點(diǎn)及應用，提出了基于PDA的個(gè)人移動(dòng)導航系統的邏輯設計框架、實(shí)現原理及應用模式。  


    引    言  

    信息技術(shù)的重點(diǎn)正由技術(shù)轉向信息，即轉向對信息的處理、集成、有效利用和快速獲取。地理信息系統是實(shí)現地理信息獲取、管理、可視化、分析、輸出等的高效手段。PDA是最近迅速崛起的新興電子消費性產(chǎn)品，即智能電腦工具，是供人們溝通、連接和互動(dòng)的移動(dòng)數字設備，集計算、電話(huà)、傳真和網(wǎng)絡(luò )等多種功能于一身，并且，這些功能都能通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式實(shí)現。  

    移動(dòng)計算是國際上最近幾年發(fā)展起來(lái)的新科技，但已獲得了長(cháng)足的發(fā)展，在硬件方面有手執鼠標、語(yǔ)音輸入設備等。使用移動(dòng)計算技術(shù)，特別是移動(dòng)GIS，能夠遠距離傳輸圖形等數據，工作人員能夠在偏遠的山區通過(guò)移動(dòng)設備將獲得的最新測量結果傳送給數據中心，也可以獲取數據中心的數據。在國外，在Mobile GIS技術(shù)的前沿，分別有：AutoDesk公司提供了AutoDesk OnSite的“移動(dòng)訪(fǎng)問(wèn)”模塊；ESRI提供了ArcGis 軟件產(chǎn)品ArcPad； InterGraph提供了自己的移動(dòng)解決方案IntellWhere。  

    國內PDA產(chǎn)品相對來(lái)說(shuō)還處于起步階段，一是由于國內硬件技術(shù)不成熟，另一方面是國內嵌入式軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)剛興起不久。但也有一些比較好的產(chǎn)品問(wèn)世，比如：北京靈圖軟件公司推出的在移動(dòng)信息設備上提供地理信息以及位置信息服務(wù)的Smart InHand產(chǎn)品；北京慧圖公司提供的一種可運行于掌上電腦、進(jìn)行移動(dòng)制圖和GIS應用的野外地質(zhì)數據采集系統(TopMap CEGenius)；臺灣“英瑞得信息”公司設計出支持GPS全球定位系統專(zhuān)用軟件“WalkMap地圖隨身走”等等。這些產(chǎn)品都具備一些共有的基本功能，如圖形顯示、資料查詢(xún)、GPS定位與導航、距離量算、用戶(hù)標注、路徑選擇、語(yǔ)音提示、人性化界面等。  

    嵌入式地理信息系統的一些基本概念  

    嵌入式系統的含義在于結合微處理器或微控制器的系統電路與其專(zhuān)屬的軟件，來(lái)達到系統操作效率的最高化。它是將先進(jìn)的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應用相結合的產(chǎn)物，是硬件與軟件的綜合體。這一點(diǎn)就決定了它必定是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng )新的知識集成系統。有關(guān)的基本概念如下：  
         
    嵌入式設備，是指將一獨立功能設備A在保持其原有功能的前提下，以某種通信協(xié)議為基礎連接到另一臺獨立功能設備B上，從而使B兼有A的功能。嵌入式設備通過(guò)WAP 協(xié)議、藍牙技術(shù)和無(wú)線(xiàn)家用協(xié)議，可以使訪(fǎng)問(wèn)者能處于移動(dòng)之中。  

    嵌入式操作系統是一種實(shí)時(shí)的、支持嵌入式系統應用的操作系統軟件。比較常用的有Windows CE、Linux、Palm OS、EPOC等。  

    無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是移動(dòng)用戶(hù)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之間最有效的橋梁，也是移動(dòng)通信的最有效載體。目前，有以下幾種類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )：廣域蜂窩網(wǎng)絡(luò )(wide area cellular networks)、高速無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )(High Bandwidth LocalArea Wireless Technologies)、無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)絡(luò )、衛星網(wǎng)絡(luò )。  

    信息家電，是將計算機數字化技術(shù)、現代通信技術(shù)融入傳統的家用電器之中，使之智能并具備網(wǎng)絡(luò )信息終端的功能，可以主動(dòng)發(fā)布、獲取和處理信息。信息家電的產(chǎn)品大致可分為個(gè)人型/移動(dòng)型產(chǎn)品、家庭式/娛樂(lè )式/視聽(tīng)式及企業(yè)型/網(wǎng)絡(luò )型三大類(lèi)。目前已推出的IA產(chǎn)品有：網(wǎng)絡(luò )電視、智能移動(dòng)電話(huà)、智能掌上裝置、網(wǎng)絡(luò )可視電話(huà)等等。  

    地理信息系統，可以簡(jiǎn)單定義為采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的信息系統。它由3個(gè)部分組成：計算機系統(硬件與軟件)、地理數據庫系統、應用人員與組織機構。  

    嵌入式地理信息系統，是集成GIS功能的嵌入式系統產(chǎn)品，是系統設計與開(kāi)發(fā)層次上的應用，是一個(gè)軟硬件混合的系統，它是導航、定位、地圖查詢(xún)和空間數據檢索的一種理想解決方案。  

    個(gè)人移動(dòng)導航系統的設計  

    系統邏輯結構設計  
         

    個(gè)人移動(dòng)導航系統包括移動(dòng)端軟件“移動(dòng)地圖瀏覽器”和桌面端軟件“移動(dòng)地圖集成工具”。兩端以數據為紐帶，相互支持，溝通了用戶(hù)與制圖者之間的信息。邏輯設計如圖1所示。  

    圖1 　個(gè)人移動(dòng)導航系統邏輯設計圖 



    系統功能模塊的設計 

 
    該系統功能模塊如圖2所示。 



    圖2 　個(gè)人移動(dòng)導航系統功能模塊 

    信息查詢(xún)設計  
         

    信息查詢(xún)針對專(zhuān)題層而言，專(zhuān)題層是疊加在背景地圖上，由點(diǎn)、線(xiàn)、面等空間目標組成的可檢索圖層，層內空間目標通過(guò)關(guān)鍵字與屬性信息相關(guān)聯(lián)。屬性信息利用關(guān)系數據庫管理。  

    信息查詢(xún)設計的思路是“一幅地圖對應一個(gè)數據庫，一個(gè)專(zhuān)題層對應一張數據表，一個(gè)空間目標對應一條屬性記錄，一個(gè)字段對應空間目標的一個(gè)索引或媒體索引”，如圖3所示。  




    圖3 　信息查詢(xún)設計圖  

    系統物理結構設計  
        

    系統文件管理層次  
        

    因為對數據庫的一切操作都要落實(shí)到對文件的存取，因此文件組織是整個(gè)系統的基礎。文件是由記錄組成的，結構組織的復雜程度取決于文件的使用方式。  

    索引的建立  
         

    檢索的一種方法是順序索引，找到需要的數據就取出來(lái)，這種方法不需要占用額外的空間，編程簡(jiǎn)單，但速度較慢；另一種方法是建立空間索引結構，在該結構基礎上進(jìn)行索引，這種方法速度快，但占用額外的空間。  

    系統應用模式  
         

    根據不同成本及條件，提供兩種應用模式：  

    (1) 初級階段———地圖信息卡(Map Flash Card) 。  
    “地圖信息卡”模式是在用戶(hù)對空間信息普遍需求而網(wǎng)絡(luò )寬帶相對滯后的條件下，利用信息卡的廉價(jià)、方便、有效的特點(diǎn)，使地圖信息成為大眾生活的一部分。信息卡可設計成與手機、PDA相兼容的形式。  

    (2) 高級階段———客戶(hù)/服務(wù)器模式(Client/Server Mobile Map) 。  
    “客戶(hù)/服務(wù)器”模式是在數字移動(dòng)產(chǎn)品(如智能手機、PDA、掌上電腦等) 廣泛普及且能日益增強、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸條件日益成熟的條件下，利用網(wǎng)絡(luò )的虛擬空間實(shí)現移動(dòng)用戶(hù)、空間信息、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )無(wú)縫集成，最終使移動(dòng)用戶(hù)可以在任何時(shí)間、地點(diǎn)、通過(guò)任何媒體得到任何內容的信息。