基于PDA的个人移动导航系统的设计

摘 要：简略分析了嵌入式地理信息系统的研究现状、技术背景、特点及应用，提出了基于PDA的个人移动导航系统的逻辑设计框架、实现原理及应用模式。 
关键词：嵌入式地理信息系统；嵌入式地图；移动地理信息系统；移动地图；移动计算；个人辅助导航系统 

        引    言 

        信息技术的重点正由技术转向信息，即转向对信息的处理、集成、有效利用和快速获取。地理信息系统是实现地理信息获取、管理、可视化、分析、输出等的高效手段。PDA是最近迅速崛起的新兴电子消费性产品，即智能电脑工具，是供人们沟通、连接和互动的移动数字设备，集计算、电话、传真和网络等多种功能于一身，并且，这些功能都能通过无线方式实现。 

        移动计算是国际上最近几年发展起来的新科技，但已获得了长足的发展，在硬件方面有手执鼠标、语音输入设备等。使用移动计算技术，特别是移动GIS，能够远距离传输图形等数据，工作人员能够在偏远的山区通过移动设备将获得的最新测量结果传送给数据中心，也可以获取数据中心的数据。在国外，在Mobile GIS技术的前沿，分别有：AutoDesk公司提供了AutoDesk OnSite的“移动访问”模块；ESRI提供了ArcGis 软件产品ArcPad； InterGraph提供了自己的移动解决方案IntellWhere。 

        国内PDA产品相对来说还处于起步阶段，一是由于国内硬件技术不成熟，另一方面是国内嵌入式软件开发技术刚兴起不久。但也有一些比较好的产品问世，比如：北京灵图软件公司推出的在移动信息设备上提供地理信息以及位置信息服务的Smart InHand产品；北京慧图公司提供的一种可运行于掌上电脑、进行移动制图和GIS应用的野外地质数据采集系统(TopMap CEGenius)；台湾“英瑞得信息”公司设计出支持GPS全球定位系统专用软件“WalkMap地图随身走”等等。这些产品都具备一些共有的基本功能，如图形显示、资料查询、GPS定位与导航、距离量算、用户标注、路径选择、语音提示、人性化界面等。 

        嵌入式地理信息系统的一些基本概念 

        嵌入式系统的含义在于结合微处理器或微控制器的系统电路与其专属的软件，来达到系统操作效率的最高化。它是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合的产物，是硬件与软件的综合体。这一点就决定了它必定是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。有关的基本概念如下： 
        
        嵌入式设备，是指将一独立功能设备A在保持其原有功能的前提下，以某种通信协议为基础连接到另一台独立功能设备B上，从而使B兼有A的功能。嵌入式设备通过WAP 协议、蓝牙技术和无线家用协议，可以使访问者能处于移动之中。 

        嵌入式操作系统是一种实时的、支持嵌入式系统应用的操作系统软件。比较常用的有Windows CE、Linux、Palm OS、EPOC等。 

        无线通信技术，无线网络是移动用户和有线网络之间最有效的桥梁，也是移动通信的最有效载体。目前，有以下几种类型的无线网络：广域蜂窝网络(wide area cellular networks)、高速无线局域网络(High Bandwidth LocalArea Wireless Technologies)、无线个人区域网络、卫星网络。 

        信息家电，是将计算机数字化技术、现代通信技术融入传统的家用电器之中，使之智能并具备网络信息终端的功能，可以主动发布、获取和处理信息。信息家电的产品大致可分为个人型/移动型产品、家庭式/娱乐式/视听式及企业型/网络型三大类。目前已推出的IA产品有：网络电视、智能移动电话、智能掌上装置、网络可视电话等等。 

        地理信息系统，可以简单定义为采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的信息系统。它由3个部分组成：计算机系统(硬件与软件)、地理数据库系统、应用人员与组织机构。 

        嵌入式地理信息系统，是集成GIS功能的嵌入式系统产品，是系统设计与开发层次上的应用，是一个软硬件混合的系统，它是导航、定位、地图查询和空间数据检索的一种理想解决方案。 

        个人移动导航系统的设计 

        系统逻辑结构设计 
        个人移动导航系统包括移动端软件“移动地图浏览器”和桌面端软件“移动地图集成工具”。两端以数据为纽带，相互支持，沟通了用户与制图者之间的信息。逻辑设计如图1所示。 

        图1 　个人移动导航系统逻辑设计图 

        系统功能模块的设计 
        该系统功能模块如图2所示。 

图2 　个人移动导航系统功能模块

        信息查询设计 
        信息查询针对专题层而言，专题层是叠加在背景地图上，由点、线、面等空间目标组成的可检索图层，层内空间目标通过关键字与属性信息相关联。属性信息利用关系数据库管理。 

        信息查询设计的思路是“一幅地图对应一个数据库，一个专题层对应一张数据表，一个空间目标对应一条属性记录，一个字段对应空间目标的一个索引或媒体索引”，如图3所示。 


        图3 　信息查询设计图 

        系统物理结构设计 
        系统文件管理层次 
        因为对数据库的一切操作都要落实到对文件的存取，因此文件组织是整个系统的基础。文件是由记录组成的，结构组织的复杂程度取决于文件的使用方式。 

        索引的建立 
        检索的一种方法是顺序索引，找到需要的数据就取出来，这种方法不需要占用额外的空间，编程简单，但速度较慢；另一种方法是建立空间索引结构，在该结构基础上进行索引，这种方法速度快，但占用额外的空间。 

        系统应用模式 
        根据不同成本及条件，提供两种应用模式： 

        (1) 初级阶段———地图信息卡(Map Flash Card) 。 
        “地图信息卡”模式是在用户对空间信息普遍需求而网络宽带相对滞后的条件下，利用信息卡的廉价、方便、有效的特点，使地图信息成为大众生活的一部分。信息卡可设计成与手机、PDA相兼容的形式。 

        (2) 高级阶段———客户/服务器模式(Client/Server Mobile Map) 。 
        “客户/服务器”模式是在数字移动产品(如智能手机、PDA、掌上电脑等) 广泛普及且能日益增强、无线网络传输条件日益成熟的条件下，利用网络的虚拟空间实现移动用户、空间信息、无线网络无缝集成，最终使移动用户可以在任何时间、地点、通过任何媒体得到任何内容的信息。