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【摘要】随着嵌入式操作系统和地理信息系统的发展，嵌入式地理信息系统已经成为地理信息系统领域研究的热点之一。嵌入式地理信息系统开发在测绘、智能交通、海事、国防、公安等领域都有无限广阔的应用前景。文章针对地理信息系统在社会生产生活各领域得到广泛应用的现状，探讨了嵌入式地理信息系统的设计，在给出了系统构成框架的基础上，完成了系统的总体软硬件设计，并针对其中的关键技术—空间数据的组织结构进行了设计，给出了数据组织方案，对于进一步提高嵌入式地理信息系统的设计及其应用水平具有一定借鉴和指导的意义。
【关键词】地理信息系统；嵌入式；研究；实现
1.嵌入式地理信息系统的研究
随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大，把GIS与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理空间集成平台，是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。但是现实中，GIS空间数据量非常大，所需存储空间也很大，这与嵌入式设备有限的系统资源形成矛盾，因此针对嵌入式设备的特点并结合GIS应用程序的需求设计嵌入式GIS平台是非常必要的。典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
（1）嵌入式GIS存在的问题；随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大把GIS与嵌入式技术融合在一起形成一个嵌入式的地理空间集成平台是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点，而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。但是现实中GIS空间数据量非常大，所需存储空间也很大這与嵌入式设备有限的系统资源形成矛盾，因此针对嵌入式设备的特点并结合GIS应用程序的需求设计嵌入式GIS平台是非常必要的。典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
（2）主流的嵌入式系统类型，如今主流的嵌入式系统有Linux、Windows CE、Windows Mobile、uClinux、uCOS-II、VxWorks等十几种。其中Linux的开发和研究是目前嵌入式操作系统领域的热点之一。其源代码开放内核小巧灵活、稳定高效、易于裁剪，这使 Linux很适合嵌入式系统的应用。Google的开发人员根据实际需要自行定制 Linux操作系统内核为使之更为精简实用。由Google公司研发推出的开源平台Android 完美的支持Google Map与Google Earth的API开发，是当前市场上最适合结合地理信息系统知识进行移动开发的平台。地理信息系统工具的基于Android平台研发虽然目前十分火热，但功能却十分单调，没有一款可以集电子地图、数字地球、电子罗盘和GPS定位等功能的集成式软件。GIS软件很多国外的有AutoCAD Map3D、ArcGIS、Maplnfo等，国内的有MapGIS、SuperMap等。
（3）实现高效的嵌入式GIS数据模型设计，数据是GIS的核心，如何设计一个合理高效的数据模型是嵌入式GIS开发的关键。我们开发的嵌入式GIS系统采用改进的GDF数据模型。主要的改进包括：减少模型的复杂度（比如去掉坐标表，在几何对象表中直接存储坐标等）增加注记要素层等。嵌入式GIS数据模型中，地理信息按图幅和图层进行存储和管理。首先，地理信息在纵向上分为若干图层，每个图层存储相同类型的空间数据。同时，地理信息在横向上按照图幅进行分幅存储。图层和图幅的关系是平等的，一个图层可以包含多个图幅，同时一个图幅又可以分为多个图层。图幅和图层的定义信息分别由图幅描述表和图层描述表进行记录。图幅和图层之间的每一个交叉（即某个图幅的某个图层，或某个图层中的某个图幅） 对应相应的空间数据表，存储该图幅在该图层的空间数据（包括属性数据和空间数据） 。空间数据表包括若干地理要素空间数据表，分为点要素空间数据表、线要素空间数据表、面要素空间数据表和复合要素空间数据表4种类型。同时每个空间数据表还对应一个空间索引表，存储空间数据的空间索引值。在嵌入式GIS开发中，我们采用矢量形式存储GIS空间数据以节省存储空间。考虑到目前PDA的存储能力，对矢量数据采用分块处理的方式。把一幅地图切割成m×n （m行×n列） 的矩形块，空间数据和属性数据都以图幅块为单位存储。为了调用GIS数据时能迅速找到对应的图幅块，还应对图幅块建立索引机制。某一图幅块的索引应包含图幅块的范围，点、线、面数据的数量，并给出图幅块在数据文件中的详细地址。根据地址可以找到并读出该图幅块的所有数据。
（4）嵌入式GIS数据结构的研究开发原则；嵌入式GIS工作在实时、多任务的环境下，图形显示与浏览、信息查询、拓扑关系、空间分析等是数据结构设计必须要考虑的因素，因此嵌入式GIS数据结构的设计原则主要有：1）图形结构简单，冗余度小，电子地图主要包含点、线、面等空间对象，简单的图形结构具有数据量小、运行速度快、图形裁减方便等特点冗余度小将使信息查询、路径搜索的速度提高，也将减少数据的存储空间；2）拓扑关系简单，在移动GIS中，电子地图的拓扑关系用于路径搜索、最优路径规之，简单明了而又实用的拓扑关系将缩短路径搜索的时间。3）空间信息查询与分析速度快，空间信息查询主要包括单个空间对象的查询和多个空间对象的查询，良好的数据结构将使空间查询和空间分析的速度快捷，结果准确。4）开放的数据接口，嵌入式GIS的数据结构应具有良好的数据接口，使之能够兼容更多己定型的数据。
2.嵌入式地理信息系统的实现
2.1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。
2.2野外数据采集
野外地质调查与地理调查，可运行于嵌入式计算机、进行移动制图。作为一种低成本的数据采集方案，嵌入式GIS软件平台将赋予嵌入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。
2.3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。
3.总结
嵌入式系统正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代，在未来的几年里这种发展和竞争将达到白热化的程度，研究和开发嵌入式GIS软件平台具有广阔的市场应用前景和深远的实际意义。嵌入式设备性能的提高、无线通信技术、Internet技术的发展必然会给嵌入式GIS带来新的变化。其实可以看出，现代地理信息系统与计算机的结合已经相当的紧密了，现代地理信息几乎无处不在的和计算机打交道，而且要想获得好的图形及线路指导，好的数据结构及算法也是必不可少的。通过学习这门现代地理信息技术概论，使我更加了解了我们专业的重要性，更加热爱自己的专业，也对地理信息系统的实现有了一个概念性的理解。
【关键词】地理信息系统；嵌入式；研究；实现
1.嵌入式地理信息系统的研究
随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大，把GIS与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理空间集成平台，是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。但是现实中，GIS空间数据量非常大，所需存储空间也很大，这与嵌入式设备有限的系统资源形成矛盾，因此针对嵌入式设备的特点并结合GIS应用程序的需求设计嵌入式GIS平台是非常必要的。典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
（1）嵌入式GIS存在的问题；随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大把GIS与嵌入式技术融合在一起形成一个嵌入式的地理空间集成平台是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点，而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。但是现实中GIS空间数据量非常大，所需存储空间也很大這与嵌入式设备有限的系统资源形成矛盾，因此针对嵌入式设备的特点并结合GIS应用程序的需求设计嵌入式GIS平台是非常必要的。典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
（2）主流的嵌入式系统类型，如今主流的嵌入式系统有Linux、Windows CE、Windows Mobile、uClinux、uCOS-II、VxWorks等十几种。其中Linux的开发和研究是目前嵌入式操作系统领域的热点之一。其源代码开放内核小巧灵活、稳定高效、易于裁剪，这使 Linux很适合嵌入式系统的应用。Google的开发人员根据实际需要自行定制 Linux操作系统内核为使之更为精简实用。由Google公司研发推出的开源平台Android 完美的支持Google Map与Google Earth的API开发，是当前市场上最适合结合地理信息系统知识进行移动开发的平台。地理信息系统工具的基于Android平台研发虽然目前十分火热，但功能却十分单调，没有一款可以集电子地图、数字地球、电子罗盘和GPS定位等功能的集成式软件。GIS软件很多国外的有AutoCAD Map3D、ArcGIS、Maplnfo等，国内的有MapGIS、SuperMap等。
（3）实现高效的嵌入式GIS数据模型设计，数据是GIS的核心，如何设计一个合理高效的数据模型是嵌入式GIS开发的关键。我们开发的嵌入式GIS系统采用改进的GDF数据模型。主要的改进包括：减少模型的复杂度（比如去掉坐标表，在几何对象表中直接存储坐标等）增加注记要素层等。嵌入式GIS数据模型中，地理信息按图幅和图层进行存储和管理。首先，地理信息在纵向上分为若干图层，每个图层存储相同类型的空间数据。同时，地理信息在横向上按照图幅进行分幅存储。图层和图幅的关系是平等的，一个图层可以包含多个图幅，同时一个图幅又可以分为多个图层。图幅和图层的定义信息分别由图幅描述表和图层描述表进行记录。图幅和图层之间的每一个交叉（即某个图幅的某个图层，或某个图层中的某个图幅） 对应相应的空间数据表，存储该图幅在该图层的空间数据（包括属性数据和空间数据） 。空间数据表包括若干地理要素空间数据表，分为点要素空间数据表、线要素空间数据表、面要素空间数据表和复合要素空间数据表4种类型。同时每个空间数据表还对应一个空间索引表，存储空间数据的空间索引值。在嵌入式GIS开发中，我们采用矢量形式存储GIS空间数据以节省存储空间。考虑到目前PDA的存储能力，对矢量数据采用分块处理的方式。把一幅地图切割成m×n （m行×n列） 的矩形块，空间数据和属性数据都以图幅块为单位存储。为了调用GIS数据时能迅速找到对应的图幅块，还应对图幅块建立索引机制。某一图幅块的索引应包含图幅块的范围，点、线、面数据的数量，并给出图幅块在数据文件中的详细地址。根据地址可以找到并读出该图幅块的所有数据。
（4）嵌入式GIS数据结构的研究开发原则；嵌入式GIS工作在实时、多任务的环境下，图形显示与浏览、信息查询、拓扑关系、空间分析等是数据结构设计必须要考虑的因素，因此嵌入式GIS数据结构的设计原则主要有：1）图形结构简单，冗余度小，电子地图主要包含点、线、面等空间对象，简单的图形结构具有数据量小、运行速度快、图形裁减方便等特点冗余度小将使信息查询、路径搜索的速度提高，也将减少数据的存储空间；2）拓扑关系简单，在移动GIS中，电子地图的拓扑关系用于路径搜索、最优路径规之，简单明了而又实用的拓扑关系将缩短路径搜索的时间。3）空间信息查询与分析速度快，空间信息查询主要包括单个空间对象的查询和多个空间对象的查询，良好的数据结构将使空间查询和空间分析的速度快捷，结果准确。4）开放的数据接口，嵌入式GIS的数据结构应具有良好的数据接口，使之能够兼容更多己定型的数据。
2.嵌入式地理信息系统的实现
2.1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。
2.2野外数据采集
野外地质调查与地理调查，可运行于嵌入式计算机、进行移动制图。作为一种低成本的数据采集方案，嵌入式GIS软件平台将赋予嵌入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。
2.3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。
3.总结
嵌入式系统正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代，在未来的几年里这种发展和竞争将达到白热化的程度，研究和开发嵌入式GIS软件平台具有广阔的市场应用前景和深远的实际意义。嵌入式设备性能的提高、无线通信技术、Internet技术的发展必然会给嵌入式GIS带来新的变化。其实可以看出，现代地理信息系统与计算机的结合已经相当的紧密了，现代地理信息几乎无处不在的和计算机打交道，而且要想获得好的图形及线路指导，好的数据结构及算法也是必不可少的。通过学习这门现代地理信息技术概论，使我更加了解了我们专业的重要性，更加热爱自己的专业，也对地理信息系统的实现有了一个概念性的理解。