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在2l世纪的今天，伴随着通信、微电子、大规模集成电路等技术的快速发展，计算机在体积、重量和成本等方面都有很大程度的降低，数据处理能力越来越高，以至于能够实现大规模的空间信息处理，并涌现出一批以手机、掌上电脑为代表的移动终端(MobileTerminals)。因此，空间信息如何在移动计算环境下更好地为移动用户服务成为当今地理信息系统(GIS)研究的热点。特别是全球定位系统(GPS)的广泛应用及其GPS接收机研制水平的不断提高，其重量、尺寸不断减小，功耗、价格不断降低，而其定位精度却在不断提升。在这种情况下，利用GPS接收机的实时定位技术和移动终端的空间信息处理能力来解决各种电子导航系统、野外数据采集系统中空间地理数据的实时运算、更新等问题。与此同时，由于在移动环境中用户更多的是关心自己所处环境的信息，因此，借助移动通讯和Internet技术在移动终端上浏览或下载空间地理数据的需求也越来越强烈，为此移动互联技术扩展了传统的Internet空间，并正在营造一个更加广阔的移动计算(MobileComputing)环境，使人们在任何地点、任何时间都能利用移动设备、通过无线方式从互联网络获得所需信息成为可能。但由于受移动环境的制约和终端资源的限制，如何有效地管理和存储空间地理信息是嵌入式地理信息系统(Embedded GIS)亟需解决的问题之一，也是论文关注和研究的重点。
论文以国家863项目“面向网络应用的构件化嵌入式地理信息系统技术的研究与开发”为依托，通过利用和整合面向对象的GIS空间数据建模技术，空间数据索引、数据压缩等技术，主要研究、开发符合移动终端特点的、完整的、切实可行的嵌入式GIS空间数据管理、索引/查询、压缩/还原等模型，并根据嵌入式GIS应用环境提供上述模型的特定的解决方案。论文按照“软件能力成熟度3级模型(CMM3)”来进行研究与开发，不仅提供功能完备的软件设计模型，开发说明文档，适合用户二次开发的软件包，而且为嵌入式GIS的如下功能提供有效的数据支撑：空间投影变换、数据的可视化和交互编辑；与GPRS、CDMA等2.5G、3G无线互联网技术相结合，开展移动计算技术的研究；以及支持OGC的GML3.0二维数据标准，实现与大型MAPGIS平台的数据交换，实现基于OGC规范的WMS，WFS服务的开发和基于Web的动态目标监控等。同时，项目的开发完全基于二进制的构件技术，进而实现软件复用、移植、升级的独立化，智能化，为嵌入式GIS系统的跨操作系统和硬件平台提供良好兼容性、可靠性、可移植性。
论文的主要研究成果有以下几方面：
1．嵌入式GIS数据建模
在GIS研究领域，数据建模(Data Modeling)是将现实世界的地理信息转换成计算机中的地理数据，并且使这些地理数据能真实、客观的反映现实世界中的地理实体或现象，以及它们之间的相互关系和分布特征的过程。也就是说，GIS数据建模的核心是寻求一个能够有效表达和支持以下功能的地理数据模型(Geographic Data Model)：
1)能够定义可用性强的地理现象概念，如地理空间与时间的概念；
2)能够清楚的描述各种地理应用中的数据类型：
3)能够在不同的计算机系统中进行一致的描述和执行。
4)能够在实际中进行操作，并通过其提供的查询、分析等服务，指导人们对所关心领域的判断与决策；
由此可见，地理数据模型的建立应尽可能自然的反映现实世界和接近人对现实世界的观察和理解，也就是模型要面向现实世界，面向用户；但从实现角度来看，数据模型还应在一定程度上面向实现、面向计算机，特别是面向嵌入式计算机。显然这两方面的要求是矛盾的，为此，我们针对不同的使用对象和应用目的，由高级到低级、由现实世界到GIS实现采用“概念模型-逻辑模型．物理模型”的三层模型结构。
根据这一思路，论文分三个步骤进行GIS数据建模：首先选择面向对象的数据建模方法来对现实世界的地理数据进行抽象、组织和管理；然后选择符合嵌入式系统特点的数据结构来表达该数据模型；最后选择一种合适的文件格式来记录、存储该数据结构。
2．嵌入式GIS路网模型的GDF4．0标准扩展
车载导航作为二十一世纪汽车电子工业的新兴产业正在迅速发展，与之相适应，导航数字地图的生产也在飞速发展。但由于缺乏统一的导航数据标准，因而造成不同生产商的数据不能交换，数据制作和质量一直处于低水平状态。
GDF4．0(Geographic：Data Files 4．0)是针对智能交通领域地图数据库建设与数据交换而制定的标准，己成为目前全球智能交通领域(Intelligent Transportation System，ITS)及相关产业所公认并广泛采用的国际标准。现在我国也以该标准为工作基础制定了相应的国家标准，它规定了导航地理数据的数据模型和数据交换格式。GDF4.0的广泛应用将对规范我国的导航地理数据库建设，提高我国导航产业的技术和应用水平有着重要的作用。
论文在着重分析GDF4.0核心主题之一的“道路网络模型”基础上，比较归纳出嵌入式GIS道路网络模型与其异同之处，并以此为切入点提出：①引入“复合属性”；②划分道路网络为“规划层”和“引导层”；③增加“路段”、“交叉点”等复杂要素以及增加道路路口转向定义和各种关系模型等符合GDF4．0标准的嵌入式GIS路网模型扩展方案，从而实现对汽车的精确导航。
3．嵌入式GIS数据索引 支持精确有效的空间数据检索和快速及时的用户查询反馈是地理信息系统的主要任务之一。数据索引对空间数据的描述通常是依据空间实体的位置和形状或实体之间的某种空间关系，按照一定顺序排列的数据结构，其中包括空间实体的概要信息，如实体的对象标识、外接矩形以及指向该实体物理存储位置的指针。作为一种辅助性的空间数据结构，数据索引介于空间操作算法和空间实体之间，通过其筛选作用，大量与特定空间操作无关的实体被排除掉，从而提高空间操作的效率。 论文不仅对嵌入式GIS系统中采用的静态有序表、K-D树、四叉树、R树及其地址簿索引的设计、实现进行详尽的阐述，而且将其应用于移动终端(Compaq iPAQ H3800)上进行大量细致的测试研究，通过分析对比测试所得的内存、时间、电量等指标来评价上述索引在不同嵌入式应用环境下的有效性，并以此为依据给出嵌入式GIS的索引策略。
4.嵌入式GIS数据压缩
论文在GIS数据建模过程中，考虑到移动终端相对于桌面系统资源有限，尤其是存储容量小的特点，针对嵌入式GIS应用特点，定制设计了各种数据(几何坐标、图形参数、标识码等)的存储结构，以达到充分有效利用空间的目的。
除此之外，采用高效实用、与现实应用主题相一致的空间数据压缩机制也是很有必要的。对此，论文对嵌入式GIS中所采用的经典Douglas-Peucker简化算法，小波压缩等空间矢量数据压缩方法以及基于信息熵理论的Huffman编码、LZ系列(LZ77、LZSS、LZW)编码等通用压缩方法进行了分析阐述，而且在移动终端(Compaq iPAQ H3800)上进行测试研究，通过对比测试所得的内存、时间、电量等指标来评价上述压缩方法在电子地图浏览、车载地图导航和移动网络传输等不同嵌入式应用环境下的有效性，并以此为依据提出嵌入式GIS的压缩方案。
5.嵌入式GIS设计模式
设计模式(Design Patterns)最早源于建筑师Christopher Alexander对建筑物质量的客观评价以及人类学家Ruth Benedict对文化人类学的价值分析，其本质在于通过观察鉴别相似问题的不同解决方案，进而洞悉把握优质设计与分析之间的共同之处。
设计模式被认为是面向对象技术的“刀刃”部分，是针对在特定场景下，特定问题的可重复、可表达的解决方案，这一方案提供了解决该问题所涉及的相关类模型及其相互通信对象的完整描述。正因为如此，论文再次从面向对象技术谈起，分析说明设计模式的特点、作用以及在实际软件设计过程中如何选择、应用设计模式。论文以此为基础重点阐述在嵌入式GIS设计过程中，结合嵌入式空间数据管理的特点，经过反复软件重构实践，从现有的设计模式中选用的抽象工厂((Abstract Factory)、适配器(Adapter)、模板(Template Method)等模式，以及GIS软件所具有的“近似-精确(过滤-精炼)”模式。
6．嵌入式GIS应用范例
论文对基于嵌入式GIS软件平台开发的应用系统做了简要阐述，主要包括：与中国地质调查局合作开发了数字区域地质调查系统和数字环境地质调查系统；与深圳元征科技公司合作开发了车载GPS智能导航系统；与湖南省公路局合作开发了公路养护调查系统；以及安全局电子跟踪系统，移动导游导航等应用系统。 ，
除上述研究成果外，论文课题所研制的嵌入式GIS系统能够运行在国产自主知识产权的“和欣”操作系统上，支持国内外各种CPU，从硬件、操作系统到GIS应用软件全部采用国产关键技术，这对于军事、政府应用和国家安全更具有特别的意义；同时，也对将来国产嵌入式GIS的功能完善和扩展以及实现软件的实用化和产品化发展都具有重要意义。