基于PDA的GIS動(dòng)態(tài)地理信息交互系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于PDA的GIS動(dòng)態(tài)地理信息交互系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要本文基于WindowsMobile這一嵌入式操作系統(tǒng)，給出了一種PDA上的GIS遠(yuǎn)程控制和動(dòng)態(tài)交互系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)將傳統(tǒng)的地圖分離成靜態(tài)元素和動(dòng)態(tài)元素，有效的實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)地理信息依據(jù)遠(yuǎn)程命令的實(shí)時(shí)更新以及動(dòng)態(tài)地理元素之間的協(xié)作分析，從而提高了PDA使用人員對(duì)復(fù)雜的地理環(huán)境的適應(yīng)能力，而且同時(shí)保證了通信的安全性和保密性，進(jìn)而滿足了基于PDA的個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)在一些特殊場(chǎng)合的需要.關(guān)鍵詞移動(dòng)地理信息系統(tǒng);WEB服務(wù);有線對(duì)等加密;SQLMobile

0引言移動(dòng)地理信息系統(tǒng)是GIS在嵌入式的系統(tǒng)基礎(chǔ)上面向?qū)I(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，它利用今天計(jì)算機(jī)領(lǐng)域最前大的發(fā)展趨勢(shì)：移動(dòng)計(jì)算和無線通信技術(shù)，改變地理信息的處理方式，并且與地理信息服務(wù)緊密聯(lián)系在一起，是技術(shù)、信息、服務(wù)的集成。已有的移動(dòng)地理信息系統(tǒng)通?；贚BS技術(shù)，能夠給人們基于定位信息的豐富的其他相關(guān)信息，此類系統(tǒng)服務(wù)全面，但是仍然難以滿足所有用戶的需要，在一些特殊場(chǎng)合，基于保密通信和安全性的考慮，更需要一種適應(yīng)于自定義的、可以實(shí)時(shí)響應(yīng)控制臺(tái)的命令的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由使用方可以輕松定制，并且具有自定義的保密服務(wù)功能。WindowsMobile是一個(gè)開放的移動(dòng)設(shè)備操作系統(tǒng)，同時(shí)也是最佳的行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)之一，具有良好的平臺(tái)擴(kuò)展性，可以與微軟的各種服務(wù)器產(chǎn)品結(jié)合來構(gòu)建各種消息方案和移動(dòng)平臺(tái)。同時(shí)又擁有強(qiáng)大的安全架構(gòu)支持和遠(yuǎn)程強(qiáng)制IT策略。Microsoft.NETCompactFramework的出現(xiàn)，又使應(yīng)用程序具有良好的安全性和可移植性，同時(shí)也給開發(fā)帶來了高效性。本文針對(duì)自定義的保密通信GIS系統(tǒng)的需要提出了一種基于WindowsMobile的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)交互系統(tǒng)架構(gòu)。

1相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介

WebServicesWeb服務(wù)是一個(gè)可以用URI來標(biāo)志的軟件系統(tǒng)，它采用XML格式的信息來定義和描述對(duì)外的公共接口和綁定，通過標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)，可以方便的跨越Intranet或者Internet網(wǎng)段，通過適當(dāng)?shù)呐渲眠€可以使訪問輕易的穿透防火墻。由于WebServices通常設(shè)計(jì)為面向服務(wù)的接口，所以只需要向其發(fā)送命令來完成某一項(xiàng)服務(wù)的請(qǐng)求，就可以很方便地來訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器上提供的各種封裝好的服務(wù)，來獲取數(shù)據(jù)或向服務(wù)器提交數(shù)據(jù)。由于WindowsMobile的存儲(chǔ)能力有限和它的移動(dòng)性，往往需要通過訪問服務(wù)器來獲取和同步最新的數(shù)據(jù)，而在WindowsMobile程序中通過WebService可以很方便的獲取數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)集。

WEPWEP(WiredEquivalentPrivacy），即有線對(duì)等加密，是對(duì)在兩臺(tái)設(shè)備間無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密的方式，用以防止非法用戶竊聽或侵入無線網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)使用RC4算法來加密數(shù)據(jù)包，RC4是一個(gè)同步流式對(duì)稱加密系統(tǒng)，由一個(gè)密鑰流生成算法來生成密鑰流，然后與明文進(jìn)行異或得到秘文，使用相同的密鑰流，再對(duì)秘文進(jìn)行一次異或，即可以得到明文信息。由于該算法使用了一種狀態(tài)數(shù)組和密鑰調(diào)度算法來模仿隨即的密鑰調(diào)用，所以使預(yù)測(cè)用來加密明文的密鑰比較困難，從而保護(hù)了密鑰。

SQLMobileSQLMobile是微軟公司為WindowsCE、PocketPC等移動(dòng)設(shè)備提供的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，以前被稱作SQLServerCE，SQLServer2005MobileEdition推出時(shí)改為SQLMobile。SQLMobile主要包括設(shè)備端與服務(wù)器端兩個(gè)部分。SQLMobile的設(shè)備端是運(yùn)行于WindowsCE設(shè)備上的，包括SQLMobile數(shù)據(jù)庫文件、數(shù)據(jù)庫引擎以及SQLMobileClientAgent等。其中SQLMobile數(shù)據(jù)庫是以文件的形式存儲(chǔ)在WindowsCE設(shè)備上的，數(shù)據(jù)庫文件的擴(kuò)展名為sdf。一個(gè)sdf文件中包括一個(gè)完整的數(shù)據(jù)庫，其中包含多張數(shù)據(jù)表和其他數(shù)據(jù)信息。

美國Geoframeworks公司基于.net平臺(tái)的GIS類庫，支持桌面和PocketPC兩種運(yùn)行平臺(tái)，其中的地圖組件可以加載ESRI的Shape標(biāo)準(zhǔn)格式的地圖，還支持多種輔助信息圖層的加載和顯示。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案

地圖模塊整體架構(gòu)利用的Map組件，可以加載后綴名為.shp和.dbf格式的ESRI標(biāo)準(zhǔn)格式的地圖文件，分別生成空間位置圖層ShapeLayer和屬性信息圖層AnnotationLayer。其他輔助信息圖層主要有：經(jīng)緯網(wǎng)絡(luò)層：該圖層負(fù)責(zé)給地圖加載經(jīng)緯網(wǎng)絡(luò)，可以控制網(wǎng)格的疏密程度。符號(hào)標(biāo)記圖層：該圖層負(fù)責(zé)給地圖上面的相關(guān)位置加載具有一定意義的圖標(biāo)，使得位置的顯示更易于用戶的理解。衛(wèi)星圖像圖層：該圖層負(fù)責(zé)將拍攝的衛(wèi)星圖片轉(zhuǎn)換成位圖信息并基于給定的坐標(biāo)表示范圍嵌入到指定的地圖中，從而實(shí)現(xiàn)地圖的匹配和配準(zhǔn)?；诘膱D層創(chuàng)建機(jī)制，可以創(chuàng)建自定義圖層，其為包含一系列動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)元素和對(duì)象的動(dòng)態(tài)信息圖層組，通過與SQLMobile進(jìn)行交互實(shí)現(xiàn)圖層內(nèi)建對(duì)象的位置和屬性的更新，其與靜態(tài)圖層和輔助圖層自下而上存在于地圖組件中。自定義圖層可以克服原地圖組件只加載和顯示靜態(tài)圖層的缺點(diǎn)，極大的提高了對(duì)動(dòng)態(tài)地理對(duì)象的處理的靈活性，從而為該系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)地理元素之間的協(xié)作分析提供了可能。

動(dòng)態(tài)信息圖層組內(nèi)部架構(gòu)：動(dòng)態(tài)信息圖層組的內(nèi)部架構(gòu)如下圖所示：下面自上而下對(duì)動(dòng)態(tài)信息圖層組的元素進(jìn)行分析：GPSPositionLayer：基于PDA客戶端的GPS位置信息顯示圖層，可以將GPS接收機(jī)中獲取的實(shí)時(shí)的經(jīng)緯度坐標(biāo)以圖標(biāo)的形式顯示在該圖層上，并且當(dāng)GPS位置信息改變的時(shí)候，對(duì)該位置的顯示進(jìn)行同步更新。NetPositionLayer：當(dāng)一組人員使用PDA執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候，PDA之間的信息傳遞與交互就顯得非常重要，該圖層的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞并且實(shí)時(shí)更新SQLMobile的記錄，從而獲取其他PDA用戶的位置信息，并一同顯示該圖層上面，進(jìn)而構(gòu)建了一個(gè)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，PDA使用者可以同時(shí)看到自己的同伴的位置與自己的當(dāng)前位置的空間關(guān)系。DynamicRouteLayer：動(dòng)態(tài)路線顯示圖層，該動(dòng)態(tài)路線是一組坐標(biāo)的順次連接組成的，由于實(shí)際情況中，路線的選擇隨時(shí)會(huì)因任務(wù)和環(huán)境的改變而改變，而路線的描述以圖形的顯示方式更為準(zhǔn)確，控制中心的命令通過無線網(wǎng)絡(luò)，將新的路線信息更新到PDA的本地?cái)?shù)據(jù)庫，然后由客戶端系統(tǒng)負(fù)責(zé)將圖層的內(nèi)部元素更新。DynamicAreaLayer：動(dòng)態(tài)區(qū)域顯示圖層，該動(dòng)態(tài)區(qū)域是一組坐標(biāo)的順次連接組成的多邊形，在實(shí)際任務(wù)場(chǎng)景中，許多區(qū)域存在著不同的含義，而且環(huán)境的改變導(dǎo)致任務(wù)區(qū)域也會(huì)改變，與動(dòng)態(tài)路線顯示圖層的更新原理一樣，具有實(shí)時(shí)性。DynamicAnalysisLayer：動(dòng)態(tài)分析顯示圖層，該圖層對(duì)動(dòng)態(tài)元素分析例程的輸出結(jié)果進(jìn)行顯示，以向?qū)У姆绞浇oPDA使用人員以提示，動(dòng)態(tài)元素分析例程的分析對(duì)象是基于動(dòng)態(tài)圖層分析組的活動(dòng)對(duì)象，調(diào)用的例程是一些算法函數(shù)。

自定義圖層的實(shí)現(xiàn)中的地圖組件相當(dāng)于圖層的容器，對(duì)于每一類型的圖層都是對(duì)Layer類繼承實(shí)現(xiàn)的，Layer類定義了圖層這一對(duì)象包含的成員變量、屬性、方法和事件。圖層設(shè)計(jì)的基本思想就是繪圖操作，即根據(jù)不同的圖層功能設(shè)計(jì)不同的圖形顯示方案，繪圖的操作主要基于GDI的方法進(jìn)行完成，以動(dòng)態(tài)路線顯示圖層為例給出示意代碼，動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)效果主要是當(dāng)SQLMobile的相關(guān)記錄項(xiàng)的改變時(shí)，通過觸發(fā)器來通知相關(guān)的圖層，并且實(shí)時(shí)更新圖層內(nèi)部繪圖所用的數(shù)據(jù)和對(duì)象屬性：publicclassDynamicRouteLayer：Layer{//構(gòu)造函數(shù)、圖層屬性、定義成員變量部分的代碼protectedoverridevoidOnRender(WorldGraphicsg){//當(dāng)?shù)貓D組件放大和縮小時(shí)候，引起圖層內(nèi)部的繪圖操作for(inti=0;icountSegment;i++)(g，()，segment[i]);}privatevoidDrawGridLine(WorldGraphicsg，stringlabelText，Segmentline){(this._pen，line);//具體繪圖函數(shù)}}

地圖動(dòng)態(tài)元素分析例程的實(shí)現(xiàn)地圖動(dòng)態(tài)元素的的分析例程主要進(jìn)行對(duì)地圖動(dòng)態(tài)元素進(jìn)行空間和時(shí)間上的分析和預(yù)測(cè)，然后將結(jié)果提交給動(dòng)態(tài)分析顯示層，具體流程其中拓?fù)浞治鏊惴ㄖ饕M(jìn)行點(diǎn)線面元素的空間位置關(guān)系的分析，時(shí)間分析算法主要進(jìn)行瞬時(shí)速度以及目標(biāo)的存在時(shí)間的分析，趨勢(shì)分析算法基于當(dāng)前的任務(wù)目標(biāo)以向?qū)У姆绞浇o以提示，不同的算法的實(shí)現(xiàn)取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。這類算法目前都已有比較成熟的實(shí)現(xiàn)，這里不在一一詳述。

系統(tǒng)安全性和實(shí)時(shí)性由于移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)特性，其運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)首選為無線局域網(wǎng)絡(luò)，然而無線信號(hào)的發(fā)送是廣播性質(zhì)的，理論上只要有相同頻率的接收器，就能夠接收無線信號(hào)，這就決定了無線網(wǎng)絡(luò)要比有線網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)于群用戶PDA人員，通過系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)配置，使用WEP技術(shù)加密數(shù)據(jù)，在一定程度上可以保證無線傳輸?shù)陌踩裕怯捎赪eb服務(wù)通過Internet向外部提供重要的數(shù)據(jù)，所以在保密級(jí)別很高的通信環(huán)境下，還要對(duì)Web服務(wù)建立一套更為安全的訪問機(jī)制，如對(duì)Web服務(wù)和PDA客戶端進(jìn)行雙向的授權(quán)和身份驗(yàn)證，防止非法的指令和訪問介入。而且在進(jìn)行向目的地發(fā)送數(shù)據(jù)的過程中，使用XML加密技術(shù)、XML簽名技術(shù)可以有效保證重要數(shù)據(jù)的保密性和完整性，從而實(shí)現(xiàn)安全通信。由于這些技術(shù)有比較成熟的解決策略，且可以靈活的與PDA的GIS客戶端程序整合，這里不在具體敘述。對(duì)于一些實(shí)時(shí)性要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合，控制中心發(fā)送指令和PDA終端接收指令之間的時(shí)延就要盡可能的減少?？紤]到使用WebServices傳輸過大的數(shù)據(jù)會(huì)比較耗時(shí)且?guī)沓绦蛐阅苌系慕档停赑DA訪問WebServices需采用異步調(diào)用技術(shù)，即在單獨(dú)的線程中進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用，以改善系統(tǒng)的性能和PDA終端的主程序的等待數(shù)據(jù)的時(shí)間，并且每一次只傳輸有變化的數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的位置信息，由于對(duì)于每一層數(shù)據(jù)在某一個(gè)具體的時(shí)刻改變的數(shù)據(jù)量并不是很大，所以可以在很大程度上保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

3結(jié)束語客戶端地圖隨控制臺(tái)命令的實(shí)時(shí)更新，基于環(huán)境適應(yīng)算法的地圖動(dòng)態(tài)元素交互和基于無線的保密數(shù)據(jù)通信在PDA設(shè)備上面的實(shí)現(xiàn)，對(duì)移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)有著極其重要的作用。本文由此提出了一種基于WEB服務(wù)的WindowsMobile客戶端的GIS系統(tǒng)的架構(gòu)。該架構(gòu)具有一定的可行性和實(shí)用性，能夠完成控制命令下的PDA群用戶的同步作業(yè)。

參考文獻(xiàn)[1]WebServicesDescriptionLanguage(WSDL)[EB/OL].HelpDo