嵌入式GIS開發(fā)及應(yīng)用

前言

GIS（地理信息系統(tǒng)）是一門新興邊緣學(xué)科，自20世紀(jì)60年代加拿大建立世界上第一個GIS實驗室以來，GIS已經(jīng)歷40多年的迅速發(fā)展，如今已發(fā)展成為橫跨地理學(xué)、測繪學(xué)、遙感學(xué)、資源學(xué)、環(huán)境學(xué)、圖形學(xué)、計算機(jī)科學(xué)等多個學(xué)科的綜合性學(xué)科，并廣泛應(yīng)用于國土管理、資源調(diào)查、環(huán)境評估、災(zāi)害預(yù)測、城市規(guī)劃、交通運(yùn)輸、公共設(shè)施管理、農(nóng)林牧業(yè)、商業(yè)金融等各個領(lǐng)域，涉及社會生活的方方面面。自20世紀(jì)90年代以來，由于計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)作為傳統(tǒng)計算機(jī)軟件系統(tǒng)的一個分支，開始逐漸脫離桌面，廣泛滲透到商業(yè)市場、國防軍工以及汽車、家電、電子設(shè)備等領(lǐng)域。在這種大背景下，GIS系統(tǒng)也開始向嵌入式設(shè)備遷移，出現(xiàn)了所謂的“嵌入式GIS系統(tǒng)”。而且，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，開始有電信移動廠商基于其運(yùn)營的網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)、CDMA網(wǎng)）提出了LBS——即LocationBasedService，基于位置的服務(wù)的概念，如2001年中國移動基于移動夢網(wǎng)推出的定位之星的服務(wù)。LBS是在電子地圖平臺的支持下，根據(jù)用戶實際所處的位置為用戶推出定制的移動增值服務(wù)。因此，LBS的核心就是用戶的地理位置，很自然地，LBS就與嵌入式GIS統(tǒng)結(jié)合起來，出現(xiàn)了專門為用戶提供LBS服務(wù)的嵌入式GIS系統(tǒng)。另外，這類嵌入式GIS系統(tǒng)還需要一種定位手段，用來確定用戶在電子地圖上的位置，而定位的最佳選擇，自然就是如今精確度越來越高且接收器被諸多嵌入式設(shè)備內(nèi)置的GPS了。因此，面對現(xiàn)實生活的需要，如何將LBS概念及GPS技術(shù)集成起來，開發(fā)一款運(yùn)行于移動終端的嵌入式GIS系統(tǒng)，就成了許多公司和科研機(jī)構(gòu)要考慮的問題。遺憾的是，市面上介紹傳統(tǒng)桌面GIS系統(tǒng)的書籍和參考資料很多，介紹嵌入式GIS系統(tǒng)的卻寥寥無幾。恰好，筆者所在的上海交大軟件學(xué)院嵌入式實驗室接受上海市科委的委托，為2010年上海世博會開發(fā)一款移動增值信息服務(wù)平臺，也就是“水晶球”項目。在開項目過程中，由于參考資料少，幾經(jīng)周折與辛苦后最終完成，在我們的開發(fā)過程中也頗有心得，因此想寫作成書與大家分享。

內(nèi)容概要

　　本書在綜合考察和分析GIS發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了嵌入式GIS系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，內(nèi)容幾乎涉及了一個完整的嵌入式GIS系統(tǒng)的各個方面，包括典型嵌入式GIS系統(tǒng)的架構(gòu)、GPS信號的接收與解析、矢量地圖格式的設(shè)計原則、地圖制作工具及地圖引擎的設(shè)計與實現(xiàn)、GUI界面設(shè)計及導(dǎo)航地圖顯示、地圖匹配算法、路徑導(dǎo)航算法、服務(wù)器端詳細(xì)設(shè)計、GPRS網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計等。此外，《嵌入式GIS開發(fā)及應(yīng)用》還以2010年上海世博會的預(yù)研項目“水晶球”為例，在各章節(jié)中穿插介紹了一個實際的嵌入式GIS系統(tǒng)是如何從無到有，一步步設(shè)計并實現(xiàn)的?！肚度胧紾IS開發(fā)及應(yīng)用》既可作為高等院校GIS、嵌入式軟件、測繪等相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生教材，也可供公司、科研機(jī)構(gòu)及事業(yè)單位在開發(fā)嵌入式GIS系統(tǒng)時參考使用。

書籍目錄

第1章 GIS系統(tǒng)介紹1．1 GIS系統(tǒng)的概念與發(fā)展歷程1．1．1 GIS系統(tǒng)的概念1．1．2 國外GIS系統(tǒng)的發(fā)展歷程1．1．3 國內(nèi)GIS系統(tǒng)的發(fā)展歷程1．2 GIS產(chǎn)品介紹1．2．1 MapInfo1．2．2 ArcGIS1．3 “水晶球”項目介紹1．3．1 項目概述1．3．2 項目目標(biāo)1．3．3 項目涉眾及用戶1．3．4 項目產(chǎn)品總覽1．3．5 產(chǎn)品特征1．3．6 用例模型1．3．7 架構(gòu)設(shè)計1．3．8 其他產(chǎn)品需求1．3．9 完成概況第2章 GPS信號接收2．1 引言2．2 GPS系統(tǒng)介紹2．2．1 GPS產(chǎn)生的背景2．2．2 GPS系統(tǒng)組成2．2．3 GPS定位原理2．3 GPS手機(jī)介紹2．4 GPS信號接收——嵌入式Linux平臺2．4．1 gpsd介紹2．4．2 啟動并配置gpsd2．4．3 從gpsd中讀取數(shù)據(jù)2．5 GPS信號接收——WinCE平臺2．5．1 GPSID介紹2．5．2 GPSID的主要編程接口2．5．3 “水晶球”項目代碼解析第3章 矢量地圖3．1 引言3．2 矢量地圖格式設(shè)計3．2．1 地圖格式綜述3．2．2 多維數(shù)據(jù)索引3．3 地圖制作工具的設(shè)計與實現(xiàn)3．3．1 地圖制作工具簡介3．3．2 地圖制作工具功能介紹3．3．3 地圖制作工具的實現(xiàn)3．3．4 畫圖工具的實現(xiàn)3．3．5 類圖3．4 地圖引擎設(shè)計與實現(xiàn)3．4．1 地圖引擎介紹3．4．2 設(shè)計原則3．4．3 架構(gòu)3．4．4 實現(xiàn)第4章 界面設(shè)計4．1 引言．．4．2 GUI界面設(shè)計4．2．1 GUI設(shè)計目標(biāo)4．2．2 嵌入式圖形系統(tǒng)4．2．3 “水晶球”項目的環(huán)境搭建4．2．4 “水晶球”項目GUI設(shè)計4．2．5 界面設(shè)計小結(jié)4．3 地圖顯示4．3．1 地圖顯示概述4．3．2 中英文界面動態(tài)切換4．3．3 屏幕旋轉(zhuǎn)第5章 地圖匹配5．1 引言5．2 地圖匹配問題概述5．2．1 地圖結(jié)構(gòu)相關(guān)術(shù)語5．2．2 地圖匹配問題定義5．2．3 地圖匹配算法的分類5．3 地圖匹配方法介紹5．3．1 基于地圖幾何信息的地圖匹配算法5．3．2 基于地圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的地圖匹配算法5．3．3 基于統(tǒng)計學(xué)和模糊理論的地圖匹配算法5．3．4 綜合性的地圖匹配算法5．3．5 提高數(shù)據(jù)源的準(zhǔn)確性5．4 一種新的綜合性地圖匹配方法5．4．1 PSGraph數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)5．4．2 地圖匹配算法5．4．3 匹配過程示例5．4．4 “水晶球”項目代碼示例第6章 導(dǎo)航算法6．1 引言6．2 設(shè)計導(dǎo)航軟件需要考慮的問題6．3 導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)6．4 經(jīng)典的尋路算法介紹6．4．1 Dijkstra算法和廣度優(yōu)先搜索(BFS)算法6．4．2 A*算法6．4．3 用于網(wǎng)格地圖的啟發(fā)函數(shù)6．4．4 A*算法描述6．4．5 優(yōu)先隊列與最小堆第7章 服務(wù)器設(shè)計7．1 引言7．2 服務(wù)器設(shè)計7．2．1 服務(wù)器端架構(gòu)7．2．2 消息格式及通信協(xié)議7．3 數(shù)據(jù)庫7．3．1 SQLServer2005簡介7．3．2 數(shù)據(jù)庫訪問7．4 Socket網(wǎng)絡(luò)通信7．4．1 Socket通信介紹7．4．2 服務(wù)端用戶位置顯示7．4．3 用戶位置動態(tài)顯示7．5 選址優(yōu)化問題實現(xiàn)7．5．1 問題概述7．5．2 整體設(shè)計7．5．3 MATLAB編程實現(xiàn)7．5．4 CGAL計算幾何算法庫7．5．5 MATLAB積分計算7．5．6 地圖的路徑生成7．5．7 Voronoi圖7．5．8 選址優(yōu)化數(shù)學(xué)實現(xiàn)第8章 網(wǎng)絡(luò)通信8．1 引言8．2 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)介紹8．2．1 無線接入技術(shù)8．2．2 網(wǎng)絡(luò)Socket編程8．2．3 協(xié)議及消息格式8．3 通信模塊設(shè)計8．3．1 通信模塊系統(tǒng)總框架8．3．2 通信模塊應(yīng)用層軟件框架8．4 核心源代碼解析8．5 小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（1）理解系統(tǒng)的用戶要做什么，典型的用戶界面設(shè)計都要進(jìn)行任務(wù)分析（task analysis）來理解用戶任務(wù)的性質(zhì)。在系統(tǒng)中進(jìn)行的用戶用例分析實際上就相當(dāng)于任務(wù)分析。（2）讓用戶在使用系統(tǒng)的過程中有掌握控制權(quán)的感覺，也就是說系統(tǒng)的設(shè)計要始終以用戶為中心，而且無論何時用戶發(fā)起的交互都應(yīng)該可以被取消。（3）要提供多種方式來完成每個與界面相關(guān)的動作，并且能友好地容忍用戶操作中的錯誤，也就是說若用戶的操作產(chǎn)生了錯誤，系統(tǒng)不應(yīng)該直接崩潰或是產(chǎn)生令用戶無法接受的反應(yīng)。（4）由于受習(xí)慣的影響，人們的眼睛往往對屏幕的左上角比較敏感，所以應(yīng)該盡量把最重要的信息放在屏幕左上角。（5）充分利用空間關(guān)系。由于屏幕空間的有限性，要充分利用空間的大小，屏幕的圖形構(gòu)件之間的距離不要太遠(yuǎn)，必要時可以用一個框把它們包圍起來。（6）重視可讀性和可理解性（文字是我們賴以生存的東西！）。系統(tǒng)應(yīng)使用主動語氣與用戶交流想法。在這點(diǎn)上，我們使用的圖標(biāo)也要具有可理解性的特點(diǎn)，如果用戶看到一個圖標(biāo)卻不知道它是用來干什么的，那么這個設(shè)計就是失敗的，因為它沒有讓用戶理解。（7）即使能夠在屏幕上添加很多種顏色，也要限制顏色的數(shù)量。顏色的使用一定要慎重，太多的色彩會分散用戶對手頭任務(wù)的注意力。另外，還有一種好的方法就是能夠讓用戶自己來選擇和修改色彩以符合他們的審美和習(xí)慣。（8）如果想用顏色來表達(dá)某種特定的含義，別忘了，對用戶來說要去理解一種顏色的含義并不是一件很容易的事情。還要注意，部分用戶（大約10％）對一些顏色容易搞混淆，分辨顏色有一定的困難。

編輯推薦

《嵌入式GIS開發(fā)及應(yīng)用》為21世紀(jì)高等學(xué)校嵌入式系統(tǒng)專業(yè)規(guī)劃教材之一。

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