移动GIS与GPS的数据通讯

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摘 要： 基于ArcGIS 9.3 Mobile实现移动GIS与GPS的集成,该方法无需考虑较复杂的GPS数据结构,参考坐标转换简单,GPS信息在电子地图显示效果良好,应用结果表明,此方法有很好的灵活性,在移动GIS/GPS相互通讯的开发过程中有一定的实用意义.

关 键 词 ： 移动；数据通讯；地理信息系统

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210111－01

0 引言

掌上电脑是近年来发展迅速的移动式便携计算机,其为移动GIS与GPS的集成提供了良好的支持.GPS数据是移动GIS重要的数据源,它使得移动GIS具备了实时的位置信息,提供使用者基于位置的服务.然而在GPS应用中,由于GPS定位结果是基于WGS 84坐标系,而我国测绘成果普遍采用的是北京54坐标系,大部分城市为了避免高斯投影变形带来的不便,而采用地方独立坐标系.因此,集成系统需要实时将GPS坐标转换到相应的坐标系中.

1.移动GIS/GPS数据通讯关键技术

1.1 GPS数据解析与接收

目前,多数主流GPS硬件制造商采用NMEA协议进行GPS通信规范的定义.NMEA系列标准是其制定的关于海洋电子设备之间的通信借口和协议标准.1980年和1982年先后制定了两个有关海洋电子通信接口协议标准,但该NMEA协议仅仅是针对远距离无线导航系统和自动驾驶仪以及其相关设备的通信制定.1983年制定的NMEA-0183标准在之前的标准基础上,增加了GPS、测深仪、罗经方位系统等多种设备的接口和通讯协议,还允许一些特定设备制造商对其设备通信进行自定义.因为该标准的通用性和灵活性,在全球被广泛采用.

NMEA运用在GPS信号通信时,数据传输以语句的形式进行,每个语句实际上是一个ASCII码串.数据串会以“$”开始,根据传递的信息不同,协议定义了不同GPS语义的语句.常用的几种主要语句有：

$GPGSA DOP and Active Satellites（GSA）当前卫星信息

$GPGSV GPS Satellites in View（GSV）可见卫星信息

$GPGGA Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息

$GPRMC Remended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推荐定位信息

$GPVTG Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息

$GPGLL：Geographic Position（GLL）地理定位信息

$GPALM：GPS Almanac Data（ALM）

以语句$GPGGA为例说明：

$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>

*hh

语句的开头$GPGGA中GPGGA表示该语句是Global Positioning System Fix Data,即标准GPS定位信息,在GPGGA语句中,不同的字段不同的定义.<1>UTC时间,hhmmss（时分秒）格式、<2>纬度ddmm.mmmm（度分）格式、<3>纬度半球N（北半球）或S（南半球）、<4>经度dddmm.mmmm（度分）格式、<5>经度半球E（东经）或W（西经）、<6>GPS状态,0等于未定位,1等于非差分定位,2等于差分定位,6等于正在估算、<7>正在使用解算位置的卫星数量（00-12）、<8>HDOP水平精度因子（0.5-99.9）、<9>海拔高度（-9999.9-99999.9）、<10>地球椭球面相对大地水准面的高度、<11>差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数,如果不是差分定位将为空）、<12>差分站ID号0000-1023（前面的0也将被传输,如果不是差分定位将为空）.

1.2 GPS数据地图显示

双缓存技术解决了在移动设备有限内存的情况下,GPS所在位置的不断刷新对要求移动设备显示屏也不断刷新的问题,就是将需要绘制的界面先绘制在内存中和目前显示界面同样大小的虚拟区域上,界面变化时将该内存中的图象一次性绘制到屏幕上.

为了有限控制重绘区域的大小,在双缓存的基础上使用局部重绘.局部重绘是指考虑GPS位置在不同比例尺的地图中漂移的范围确定重绘区域进行绘画.在小比例尺状况下,假设GPS漂移的距离最大为60米/秒,即以前一个GPS位置为中心,边长120米的正方形设为漂移范围,将该正方形按照相应比例尺转化到屏幕范围即为相应的局部重绘范围,这样的局部重绘操作,有效避免在小比例尺情况下,全幅重新绘制所带来的内存负荷.

1.3 GPS采集实体的GIS表达

GPS采集数据是离散的定位点,需要根据实际采集情况构成地理实体.图1为GPS采集实体的GIS表达.在利用GPS RTK技术实测时,在己知控制点上架设GPS基站,在移动点上采用GPS移动站,掌上电脑通过串口与GPS移动站连接.在基站上配备无线电台,实时广播GPS相位差分信息.移动站配备无线电台接收模块,实时接收相位差分信息.GPS移动站在实时差分处理GPS接收数据后,输出符合NMEA-0183导航陇议格式的GPS数据.掌上电脑接收来自GPS移动站的GPS数据,并遵循NMEA-0183协议进行实时解析,解析后获得WGS 84坐标系的大地坐标.

图1 GPS数据接收与转换过程

2.基于ArcGIS 9.3 Mobile的GIS/GPS数据通讯实现

图2 移动GIS总体设计

PDA上的电子地图的编写需要嵌入式GIS软件支持,当前市场上的嵌入

式GIS软件产品众多,如国外的嵌入式GIS软件ArcPad,MapX Mobile、国内的武汉中地、灵图、北京超图等都有自己的嵌入式GIS产品,且技术上的差距并不大,各有千秋.ArcGIS 9.3 Mobile包含一个软件开发包和一套现成的移动数据采集及检查应用程序,ArcGIS Server 9.3通过有线或无线网络连接到Windows 移动设备,提供对移动GIS数据、地图、任务和项目的中枢式配置和管理.新加的ArcGIS移动应用和现有增强的ArcGIS 移动软件开发包扩展了ArcGIS Server平台,使其不再局限于Office范围.增加了对设备Windows Mobile 5和6的ArcGIS Mobile应用支持,新的out-of-the-box ArcGIS Mobile应用程序使得ArcGIS Mobile的实施变得更容易、更快捷.新的地图控件支持多种数据源和图层数据的存储,改进的基础地图编辑和绘图工具用来处理几何图形,同时增强对GPS支持.

本文作者在Pocket PC上实现了基于B/S方式的移动GIS,并实现了GIS与GPS数据的无缝连接.移动GIS总体结构如图2.

系统开发环境如下：

① 软件环境：Microsoft Windows Professional XP Service Pack 2,ArcGIS 9.3 sp1（全套）,SQL Server 2005 Enterprise,Microsoft Visual Studio 2008,Microsoft Windows Mobile 6.0 Professional（移动端操作系统）.② 硬件环境：处理器Celeron D 2.66G,内存DDR2 1.5G,多普达696 Pocket PC.

3.结论与总结

随着3G移动通讯时代的到来,移动设备、智能手机、PDA、导航设备、平板电脑等各种移动终端,在人们生活中发挥越来越重要的作用.对于移动设备来说,通过无线网络构建的GIS应用天生与目前基本属于移动设备标准配置的GPS关系密切.

ArcGIS 9.3 Mobile开发的应用,不仅支持在线应用,它同时也支持离线应用.甚至在应用部署的时候,我们可以预先生成缓存直接部署到目标设备上.这种灵活的模式使ArcGIS Mobile应用在移动环境下有着非常好的伸缩性.本文利用ArcGIS 9.3对移动设备的支持,研究并实现了移动GIS中GPS数据的融合问题,实现结果表明,该方法有较好的实用性.