掌上地理信息系统(HandGIS)的应用与发展

掌上地理信息系统(HandGIS)的应用与发展上海杰狮信息技术有限公司顾登生[摘要]互联网的诞生带来人类对网络的一个梦想：自由自在随时在线。移动数据通信技术的发展和掌上终端设备的广泛应用，帮助人们实现了随时随地与数据同在的愿望。移动地理信息系统解决方案也就应运而生，本文就掌上地理信息系统的终端设备配置、平台软件介绍、应用功能设计、应用前景分析、发展制约因数等方面进行探讨，与业界同行分享。[关键字]地理信息系统（GIS,GeographicInformationSystem），全球定位系统（GPS,GlobalPositionSystem），遥感(RS,RemoteSensing)，掌上地理信息系统（掌上GIS，HandGIS）引言GIS（地理信息系统）的发展是从1965年开始的，当时哈佛大学一个土地测量专业的学生在毕业论文中提到这样一个想法：能否把数据系统与地理测量融合在一起。于是，他设计了一个最简单的GIS系统，并在毕业后成立了ESRI（美国环境资源研究所）公司。现在它是全球最大的GIS系统方面的公司。随着遥感技术（RS）的不断普及，加上全球定位系统(GPS)，特别是随着美国取消S/A，民用GPS的精度也在不断的提高，这也更进一步的推动了民用3S（RS/GPS/GIS）的实用化进程。同时，互联网的诞生带来人类对网络的一个梦想：自由自在随时在线。另一方面，移动数据通信技术的发展和移动终端设备的广泛应用，帮助人们实现了随时随地与数据同在的愿望。ESRI公司的ArcPAD等掌上GIS产品也就相继应运而生。地理信息系统掌上应用的画卷正在人们面前层层铺开，本文就掌上地理信息系统的终端设备配置、平台软件介绍、应用功能设计、应用前景分析、发展制约因数等方面进行探讨。正名：掌上GIS（HandGIS）关于掌上地理信息系统的名称，在国内有很多不同叫法：有人称为移动GIS（mobileGIS），也有人称为手持GIS（PalmGIS），袖珍GIS（PocketGIS），如此种种，众说纷纭。“mobileGIS”，可能更强调GIS和移动通讯之间的集成性；“PalmGIS”，给人的感觉又好象GIS功能太过简单；“PocketGIS”，有可能象“PocketPC”那样，不上不下。掌上GIS（HandGIS），简洁明了，通俗易懂，还可以涵盖“mobileGIS”，“PalmGIS”，“PocketGIS”等，同时有与桌面GIS相呼应。所以，本文统一采用这一标准：掌上GIS（HandGIS）掌上GIS（HandGIS）终端设备配置GIS技术依托的主要工具和平台是计算机及其相关设备。近年来，随着PC市场的不断增长和软件应用范围的扩展，互联网逐步普及，掌上应用设备正成为人们移动交流和信息沟通的简单又便利工具之一。1992年，世界第一台手持计算设备问世，即苹果公司推出的第一代PDA产品Newton(“牛顿”)，随后包括Mi-crosoft、Apple、Philips、Mo-torola等IT、电子、通讯厂商也加入到这一前景广阔的市场竞争中来，其中个人数字助理PDA(PersonalDigitalAssis-tant)、掌上电脑(PPC、HPC)为人们提供了信息交互和移动处理的功能，帮助人们解决日常的商务活动，因而，发展相当迅速。随着网络的无处不在，人们为了更加方便地进行移动办公和简单的商务交流活动，个人数字助理和掌上电脑通过采用有线或无线接入Inter-net的方式，帮助人们进行网上操作和随时随地获得信息和娱乐，从而得以广泛应用。1998年，国内的联想、方正、海信、恒基伟业等IT厂商也开始着手个人数字助理和掌上电脑等手持计算设备的研发。但目前比较流行的掌上GIS的终端设备的基本满足以下几点要求：1、处理器包括HitachiSH3和SH4、StrongARM、MIPS2、操作系统可支持WindowsCE为主，有的掌上GIS平台还支持PalmOS等。3、内存容量16M、32M、64M或更多。4、手持设备电源工作时间可达4小时到8小时或更长。5、显示器类型应以彩色为主，如彩色（4096色，12bit）背光触摸TFT液晶显示屏（LCD）一般来说，掌上GIS对硬件要求不高，系统配置主要取决于用户需求和地图数据的类型及大小。例如，我们在苏州电力局HandGIS系统中，每4平方公里的1：500电子地图的主要信息和该区域相关的电力专业GIS数据，通过我们的整理和压缩，仅仅是6M多一点。在上海市府项目中，整个上海的道路网图及门牌信息，通过我们的整理和压缩，也就10M左右。但是，以下几点，在掌上GIS项目具体实施应用中一定要充分注意：第一、显示器对环境光适应性要强：掌上GIS的应用一定是以户外工作为主，环境光适应能力是选配掌上设备的一个重要参数，特别的要满足阳光直射下要清晰、不伤眼。第二、电池工作时间要在4小时或8小时以上：也正是户外工作的特点，要求电池工作时间要长，一般情况下，建议同时配置汽车充电器或备用电池。只有具备这两个基本条件，才能真正把GIS带到户外掌上GIS（HandGIS）平台软件介绍掌上GIS平台软件有很多，象上面提到的ESRI公司的ArcPAD、Autodesk公司的Onside等，这里重点介绍一下ArcPad。ArcPad是ESRI公司新近推出一种可运行于掌上电脑、进行移动制图和GIS应用的软件。通过可选的GPS接收机，还可以进行实时定位。ArcPad的一个主要特点是可以直接使用来自GIS系统的数据，不需进行数据转换。ArcPad使用支持工业标准的矢量数据格式shapefiles（该格式广泛用于ArcInfo、ArcViewGIS、ArcIMS和其他GIS的软件产品）。此外，ArcPad还可以直接支持下列的栅格影像格式：JPEG、MrSID（压缩影像）、WindowsBitmap和CADRG栅格地图。ArcPad可以进行动态的基准转换，包括支持200个世界基准的数据库，并可以根据用户需要进行扩展。这极大地简化了地图数据和GPS设备之间的基准匹配问题。此外，ArcPad还支持地球经纬度坐标和UniversalTransverseMercator投影。ArcPad可以是独立运行的程序，也可以是桌面或企业化GIS用于野外数据采集的一个扩展模块。ArcPad是ArcIMS的掌上客户端。最近，高性能图像传输解决方案的先导AirZip(商标)公司与全球领先的地理信息系统(GIS)软件供应商ESRI公司已经宣布了一项商业技术联盟，在安装了AirZip公司的图像加速器以后，ArcIMS用户将体验到图像传输性能最多提高400％的感觉。作为该战略的一部分，ESRI公司正把它基于网络的地理信息系统技术与AirZip公司的图像加速解决方案集成到一起，把地图图像进行压缩，从而更快地通过因特网向移动客户传输，这其中包括ArcPad的未来版本。掌上GIS（HandGIS）应用功能设计在美国，70％的掌上电脑用在行业应用方面，这就必须满足不同领域人士的个性化需求。这也必然涉及到一个在操作系统基础上的二次开发问题。我们利用ESRI的ArcPad软件作为掌上GIS的开发平台，同时集成了便携的EMTAC公司的CRUXII全球定位系统卫星信号接收器。我们是把用户共性的需求提炼出来作为掌上GIS/GPS系统的核心，把用户个性的需求通过二次开发形成满足不同行业应用的掌上GIS/GPS。我们在2001年年底在国内率先成功开发了满足电力/电信行业应用的掌上GIS/GPS系统（HandGIS/GPS），并在苏州供电局投入了试运行，它使现有的GIS系统向户外迈出了一步，将大量的配网数据通过手持电脑，由户内的带到了户外，为现场的数据采集、辅助设计、勘察修改提供服务。真正达到了将先进的GPS技术和手持移动GIS技术引入到配网生产管理工作中来，实现“地理信息，尽在掌握”。HandGIS/GPS系统，利用掌上电脑和便携GPS仪，可以让工作人员在现场享受到配网GIS强大的数据访问、制图及分析功能，大规模地进行现场数据采集和录入。利用这个系统，工作人员在到达现场前，可以将施工区域及周边区域的地理背景、线路设备资料下载到掌上电脑中，通过它可直接在现场查询信息，为现场查勘、设计、施工提供了良好的服务平台。主要功能包括：Ø图层信息分层控制功能Ø图层信息缩放漫游功能Ø图形信息标签使用功能Ø位置信息数据采集功能Ø设备信息台帐录入功能Ø设备信息图上查询功能Ø设备信息逻辑查询功能Ø设备信息空间统计功能Ø信息模糊检索定位功能Ø设备信息动态标注功能Ø点线面及角度测量功能Ø图形资料辅助修测功能ØGPS点位设备匹配功能ØGPS轨迹自动成图功能Ø显示区域GPS定位锁定掌上GIS（HandGIS）应用前景分析有关的数据表明，掌上设备去年同比增长在16.9％，另据不完全统计到2005年的时候，仅WDC大概全世界会有4000万—4500万的市场占有率。未来5年内，全球将有大约10亿左右的移动设备用户可以实现移动在线处理Internet信息。在发达国家，掌上电脑的用户总量是PC的两倍。1999年中国掌上信息产品的产量突破350万台，2000年达到500万台，年均增长率在35％以上，这些都预示着掌上电脑产业已进入高速发展时期。因此，围绕掌上电脑产品的技术与应用两方面都会孕育着巨大的商机。在结合GPS基础上，掌上GIS/GPS的应用也必将随之加速发展，应用前景十分看好，应用领域也十分宽广。我们公司也正在同时进行以下相关应用的开发：Ø野外数据采集Ø野外测量成图Ø野外自助导游Ø野外设备巡视Ø野外设备巡测Ø车辆自助导航Ø金融保险行业Ø房产中介行业Ø楼宇物业管理Ø消防抢险Ø现场勘察与设计Ø公安执勤信息查询Ø水利/水情勘探Ø电力设备检测Ø通讯系统巡检Ø等等当然，POCKETPC、PDA、PALM也只是PC的延伸而不是取代，受目前掌上终端技术发展的制约，特别是显示器小的影响，掌上GIS/GPS的应用也一定要根据实际情况，开发的功能也不能一味的求大、求全。否则反而会适得其反，丢掉其“随时、随地、随身”的特色。掌上GIS（HandGIS）发展制约因数目前，影响掌上GIS应用与发展的主要因数，不是掌上GIS本身，而是来源于外部——通信。通信问题，是掌上GIS快速发展通道的一个瓶颈。掌上GIS/GPS要想得到更广泛的应用与更快速的发展，关键技术问题是如何将有用的数据从中心数据库移到手持设备上，以及如何快速将修改后的数据传回数据库。当然，这并不意味着一定要在移动通信中直接解决GIS图形数据的传输，但做为整个GIS系统的一个组成部分，要能在移动中解决掌上GIS与桌面GIS的数据信息交换。这样掌上GIS才更有生命力。虽然，我们可以利用GSM卡、CDPD卡等等通信模块可以解决，但目前的通信费用等成本有让人望而却步。令人振奋的是：GPRS、3G等技术的飞速发展，通信问题也会不断得到改善，通信成本也会不断的下降。同时，我们更期待着能把掌上运算、掌上显示、掌上通信、掌上定位等方面完全一体、高度集成、小巧便携的掌上设备的出现。最终无线化带来的将是增强处理过程和更具生产力的掌上GIS。让我们共同期待着他的到来。本文选自《第五届ArcGIS暨ERDAS中国用户大会论文集2002》富融科技有限公司编