基于ArcGIS Mobile的移动GIS开发研究
摘要:ArcGIS Mobile是ESRI从ArcGIS 9.2开始推出的移动GIS开发框架,它的出现把ArcGIS Server应用扩展到了移动领域。介绍了ArcGIS Mobile的主要特点和功能,以及开发移动GIS的软硬件要求和主要开发方式,并分析和探讨了实现移动GIS的关键技术,最后展望了其发展应用前景。
关键词:ArcGIS Mobile;移动GIS;GPS
1引言
随着各种智能手机、导航设备、UMPC(超便携电脑)在内的各种移动终端的迅速普及,移动设备开始在人们生活和业务中发挥越来越重要的作用。人们可以随时随地完成以前只有在办公室或家里才能完成的工作,智能终端加无线互联网已经成功应用到人们生活的方方面面。
2ArcGIS Mobile及移动GIS介绍
作为GIS界世界上最大的软件公司,ESRI公司在2008年推出了新一代移动GIS开发包——ArcGIS Mobile,它主要的优点是基于微软最新的.NET Compact Framework平台,能够提供强大的数据同步应用和开发定制支持,可被用于在智能手机、UMPC等智能设备上创建和部署专业移动GIS应用。这些应用支持与ArcGIS Server的无线同步、GIS数据复制和野外在线编辑。除了支持在线应用外,ArcGIS Mobile也支持离线应用,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。
在ArcGIS9.3产品系列中,ArcGIS Mobile开发包是作为ArcGIS Server产品的一个扩展模块发布的。ArcGIS Mobile SDK是一个基于Microsoft.NET Framework的构建高性能移动GIS应用的软件开发包,它主要包含一套用于移动GIS开发的控件。
基于ArcGIS Mobile的移动GIS系统,通过与GPS、无线网络以及移动数据库等技术的结合,可以实现以下丰富的功能:
(1)查询浏览空间数据和属性信息,显示影像地图和街景图片等。
(2)接收GPS信号并定位、获取位置坐标、记录轨迹、路线导航和监控追踪等。
(3)能够编辑点、线、面等空间要素,能够与服务器实现无线同步和实时交互。
(4)支持多种空间数据格式,可以访问WMS、WFS等符合OGC标准的数据源。
(5)基于移动数据库技术,能实现丰富的数据应用和数据管理。
以上多种功能的组合,可以使移动GIS应用于各种领域,如城市网格化管理、环境监测、农林调查、车辆监控等。
3基于ArcGIS Mobile的移动GIS的开发方式
3.1软硬件环境
ArcGIS Mobile目前只支持微软的Windows Mobile平台,其开发需要.NET Compact Framework的支持,后者是用于移动或嵌入式设备的.NET Framework版本,它包含了移动应用程序运行所需要的公共语言运行时和类库。开发工具可以选择Visual Studio 2005或Visual Studio 2008。
各种基于Windows Mobile的智能手机、UMPC等移动设备都支持ArcGIS Mobile。如果需要GPS支持,该移动设备还必须内置GPS接收功能,或者通过蓝牙连接外置的GPS模块。如果需要在移动设备上上网和进行数据同步的话,该设备还必须支持SIM卡或Wi-Fi,前者可以利用GPRS实现无线上网,后者则可以通过无线路由器接入网络,从而实现与服务器的连接。
3.2创建地图服务和数据
ArcGIS Mobile基于ArcMap进行图层组织和地图设计。由于移动设备一般在野外工作,因此在设计地图时要对地图的颜色搭配和符号样式有严格的要求,地图要尽可能的简洁,以方便野外工作人员进行查看和编辑。
用户可以用ArcCatalog发布设计好的地图文件。在ArcCatalog中创建地图服务时,在服务类型中,一定要勾上“Mobile Data Access”一项,这样建立的地图服务就支持ArcGIS Mobile应用。另外,用户也可以通过ArcGIS Server Manager,在IE中发布和管理地图服务。ArcGIS Server Manager提供了一种基于网页的轻量级的后台管理平台,用户可以在远程机器上实现对服务器上的地图服务的建立、启动、停止和删除等操作。
由于ArcGIS Mobile支持离线应用,即在没有网络连接的时候,可以调用本地设备上的地图缓存数据,这增强了系统的灵活性,也有利于程序开发和调试。因为打开地图缓存的速度比在服务器上打开一个地图服务快很多,并且可以减少和GIS服务器数据同步的数据量。
生成地图缓存的方式有几种,可以用ArcGIS Mobile SDK中的Extractor程序,也可以用ArcToolbox中的工具生成。在工具箱中,找到“Mobile Tools”,ArcToolbox专门为Mobile应用提供了两个工具,其中“Generate Mobile Service Cache”就是用以生成Mobile地图服务的缓存。
3.3创建移动应用程序
一旦组织和发布了一个支持Mobile应用的地图服务,就可以利用该地图服务来建立应用程序了。由于不同智能设备平台的应用程序的差别,在Visual Studio 2005中新建项目时,要根据自己持有的设备类型来创建一个新的移动设备项目。
在Visual Studio 2005下提供了基于控件的智能设备应用程序开发。在工具箱的“ArcGIS Mobile Controls”选项卡中提供了与Mobile开发的各种控件,其中Map控件提供了对地图内容进行管理和控制的功能。当给窗体添加了一个Map对象时,会发现Map自动绑定了一个MobileService对象,在ArcGIS Mobile中,地图内容通过MobileService控件获得和发送,Map则主要负责表现。地图服务地址和地图缓存路径的设置也保存在MobileService对象中。
Map控件中还需要设置放大、缩小和漫游等地图操作,这通过Map控件的MapActions实现。同时通过添加Pan MapAction等几个基本操作控件并把相应的按钮事件对应到这些地图操作上,一个基本的移动GIS应用就实现了。
3.4程序调试与部署
智能设备仿真器可以模拟实际的移动设备,因此可以方便的用来进行程序调试。用户可以在目标平台中选择以Emulator结尾的仿真器来调试程序,也可以选择真实的移动设备进行调试。
当程序编译成功后,可以直接把生成的可执行文件拷贝到移动设备上。如果采用仿真器,则通过在仿真器中设置共享目录的方式,把程序从主机拷贝到仿真器的内存中。如果使用真实设备,则可以省略设置共享目录的操作,而直接在PC中通过资源管理器访问连接的移动设备,并拷贝相关程序。程序拷贝完后,即完成了部署,可以直接单击运行。
4移动GIS开发的关键技术
4.1无线网络技术
无线网络技术摆脱了线缆约束,真正实现了随时随地的无线接入网络,对移动GIS系统的发展影响重大。
无线网络技术可分为两类:一类是移动通信网技术,如2G、2.5G、3G等;另一类是无线局域网(WLAN)技术,如Wi-Fi等。目前的移动GIS系统,多采用第一类无线网络技术接入互联网,提供的服务也主要受制于其低带宽。即将到来的3G时代,移动终端以车速移动时,传输速率为144Kbps,室外静止或步行时速率为384Kbps,而室内则高达2Mbps。可以预见,随着无线网络接入技术的发展,约束移动GIS系统的“瓶颈”将会被逐渐解决。
对于支持SIM卡的智能设备(如智能手机),可以利用其无线通信能力实现自定义的功能。从WM5.0开始,微软在.NET Compact Framework中提供了丰富的托管类库,以支持对智能设备上的电话、短信和联系人等进行二次开发。在.NET Compact Framework中提供的SystemState类主要用于收集和监视系统的很多状态信息,包括日历、邮件、电话、同步、电源等。RegistryState类用于监视注册表某键值发生变化。Phone类提供直接弹出电话拨通界面,并提供Talk方法,该方法传入电话号码(string类型)后即可拨号。还有PocketOutlook类所提供的Appointment(约会)、Task(计划)、Contact(联系人)、短信和邮件的操作。
用户通过调用相应的接口,可以很快的实现移动GIS需要的功能,如通过短信定时发送智能设备的经纬度坐标,从而实现位置跟踪等。
4.2移动数据库技术
目前在WM系统下开发基于数据库的移动应用时,可以选择的移动数据库有Pocket Access和SQL Server CE。SQL Server CE是用于移动设备上的小型关系数据库,它支持常见的结构化查询语言(SQL)语法,以及提供开发模式和与SQL Server兼容的API,已成为简化移动应用系统开发的强大工具。
在.NET Compat Framework未出来之前,开发基于数据库的移动应用时,采用的是Embedded Visual Tools 3.0中的VB或VC++,使用OLEDB for SQL Server CE或ADOCE来访问SQL Server CE数据库。在SQL Server CE 2.0推出后,加入了对.NET Compact Framework的支持,用户可以直接用Visual Studio.NET中的ADO.NET来访问数据库了。
在智能设备中数据库的关键技术是要实现与服务器的同步问题。在SQL Server CE中,提供了远程数据访问(RDA)或合并复制两种技术实现移动设备与服务器上数据的同步。这意味着,智能设备应用程序不仅可以访问自身的SQL Server CE数据库,还可以通过TCP/IP连接直接访问服务器上的SQL Server数据库,从而实现数据同步。
4.3GPS移动定位技术
无论在行业应用还是个人应用,GPS(Global Positioning System,全球定位系统)技术的使用已经变得非常广泛。微软从Windows Mobile 5.0开始,推出了GPS Intermediate Driver(GPS中间驱动程序,以下简称GID),使开发基于GPS的Windows Mobile应用程序变得更加简单。GID的原理是在开发人员编写的应用程序和GPS设备之间加入一个中间层,使开发人员不需要通过串口直接访问GPS设备,而是访问GID提供的API函数,GID再去访问GPS设备。从而使编写出来的GPS应用程序具有设备无关性。
在ArcGIS Mobile中提供了三个控件来支持GPS功能的快速开发。FileGpsConnection控件提供文件GPS连接,它可以从一个包含GPS数据的文本文件中,模拟一个GPS连接,这样在调试中会非常方便;SerialPortGpsConnection控件则提供串口GPS连接,这主要用在实际应用中;GpsDisplay和上述两种GpsConnection联动,实现GPS信息在地图上的表现。
通过GPS与GIS技术的结合,可以实现各种与位置有关的地理信息服务(LBS,Location Based Services),从而大大扩展了移动GIS的应用领域。
参考文献
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