14.4. 嵌入式GIS

近年来,宽带互联网技术、分布式计算技术、无线通讯与移动互联技术、移动计算技术、嵌入式技术得到了快速的发展。与此同时,计算机技术发展掀起了第三次浪潮,其核心即为把普通的计算技术嵌入到各种日常的信息工具之中,并使它具有多种功能和高度智能化。

嵌入式系统(Embedded System)的含义在于结合微处理器和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比。嵌入式系统是先进的计算机技术、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,是软件和硬件的综合体,这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。

有经济学家预测,嵌入式计算机产业将是21世纪信息产业新的经济增长点,而占所有信息量的80%以上的空间信息将会成为信息应用的热点。嵌入式地理信息系统(Embedded GIS)是集成GIS功能的嵌入式系统产品,是系统设计和开发层次上的应用,是一种软硬件混合的系统。简单的讲,嵌入式GIS即为在诸如手机、PDA、掌上电脑等嵌入式设备上实现通用GIS功能的GIS系统。

嵌入式设备的优点是小巧灵活、便携性好。但受到其硬件的限制,传统的运行于PC机上的GIS软件的某些功能在嵌入式环境下难以实现,如可视化,嵌入式设备的显示屏通常较小,传统GIS软件中图形和注记等的可视化方式可能就不适合于嵌入式设备。嵌入式设备的操作系统和PC机的操作系统也不一样,如通常嵌入式设备支持的操作系统为微软公司的Windows CE、3COM公司的PalmOS、Symbian公司的EPOC和嵌入式Linux操作系统等。这也使得一些在PC机上的操作不能直接移植到嵌入式设备上来。另外,为了提高执行速度和系统可靠性,嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中,而不是存贮于磁盘等载体中,这就要求软件体积要小,运行效率高需要大量运算的复杂空间分析功能,这也决定了它的运算速度和存储能力远远不及桌面型计算机。表14-2为嵌入式GIS软件与桌面GIS软件的比较。

嵌入式GIS是新一代地理信息技术发展的代表方向之一,作为一个新兴边缘领域,嵌入式GIS的研究和发展主要依赖以下技术的发展和更新。

(1)嵌入式技术。嵌入式GIS要求硬件平台支持较大存储能力和较强计算能力,满足空间数据存储和复杂计算的需求。由于嵌入式的操作系统以及硬件平台多种多样,嵌入式GIS应能在多硬件平台、多操作系统上运行、开发。

表14-2 嵌入式GIS软件与桌面GIS软件比较

桌面GIS 嵌入式GIS
程序和数据的存储方式 PC机的硬盘中 嵌入式设备的晶片中
程序的容错程度 不允许有错
程序的改变和升级 容易实现 不容易实现
程序的安全性
程序的通用性
程序的可靠性
目标代码的大小限制 基本无限制 要求代码精炼
程序的数据容量

(2)GIS技术。GIS是采集、存储、管理、分析和描述空间信息的计算机系统。其主要涉及对现实世界的地理建模技术、空间数据的采集技术、空间数据的管理技术、空间数据的分析和显示技术。当前,随着GPS、全站仪、遥感技术的发展,空间数据的采集已获得飞速发展。GIS数据模型的研究以及数据库技术的发展也使得空间数据的管理变得方便快捷。计算机图形学的发展更加强了GIS中图形的显示和处理能力。

(3)GPS技术。嵌入式GIS如果没有GPS支持移动环境下的GIS就没有多少使用价值。由GPS接收机获取的空间坐标如果没有数字地图或电子地图的配合,用户也无从知道自己的相关位置或决定自己的去向。所以嵌入式GIS往往把定位位置、数字地图和相关的地理信息有机结合起来才能向用户提供完美的移动地理信息服务。

(4)移动互联技术。移动终端的计算和存储能力是有限的,移动环境所需要的空间信息的范围是大区域的。利用移动通讯技术解决有限的移动终端的计算资源和移动环境对大区域地理空间的需求之间的矛盾,在移动终端和地理数据服务器之间架一个桥梁,根据终端移动位置服务器实时传输地理信息。

目前国内外市场上也有一些嵌入式GIS的产品,如Autodesk公司的Autodesk Onsite的“移动访问”模块,ESRI的ArcPad,Intergraph公司的IntelliWhere。北京慧图信息科技开发有限公司的TopMap CEGenious、北京灵图软件技术有限公司的SmartInHand和北京超图地理信息技术有限公司的eSuperMap,还有台湾英瑞得信息公司的WalkMap,台湾通路股份有限公司的PalmPilot和Map Explore。这些产品都具有基本的图形显示、数据查询、空间分析等功能。

嵌入式GIS可应用于国防、测绘、导航等领域。

(1)军事国防领域;武器控制,从火炮控制高炮指挥仪到导弹控制(弹上计算机),从坦克、轰炸机、舰艇、雷达、电子对抗等军事电子装备到军事通信及军事指挥系统。

(2)野外数据采集;野外地质调查与地理调查,可运行于掌上电脑、进行移动制图。作为一种低成本的数据采集方案,微型嵌入式GIS软件平台将赋予便携式计算机矢量和栅格数据一体化显示和数据库管理的能力,通过可选的GPS接收机还可以进行实时定位。

(3)智能汽车领域;随着无线通信与全球定位技术的日益成熟和广泛应用,集通信、信息、导航、娱乐和各类汽车安全电子系统于一体的车载盒会成为下一代和未来汽车的发展方向。

(4)智能交通领域;特定应用的嵌入式操作系统和微型嵌入式GIS软件平台将是发展智能综合路口控制机、路车交互系统、新型停车系统、交通信息管理系统、车辆导航系统、流量控制系统、信息监测与汽车服务系统、高速公路的信息监控与收费综合管理系统等的关键技术,其应用将确保智能交通系统的低成本与高性能,大大提高系统的可靠性和智能化程度。

(5)环境工程与自然;水文资料实时监测,防洪体系及水土质量监测、堤坝安全,地震监测网,实时气象信息网,水源和空气污染监测等。

(6)个人用户;在手机上的应用和在个人PDA的应用,可以大大提高人们的生活质量,,实时提供地图信息,并给出出行提示等。