第6章嵌入式电子地图ppt课件.ppt

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1、电子地图设计Electronic Map Design,赵卫锋,长安大学地测学院,第六章 嵌入式电子地图,1,课程主要内容,第一章 绪论第二章 电子地图的理论基础第三章 电子地图的数据模型第四章 电子地图的结构设计第五章 电子地图的软件系统第六章 嵌入式电子地图第七章 网络电子地图第八章 三维电子地图第九章 电子地图研究热点,第六章 嵌入式电子地图,2,本章主要内容,6.1 移动计算的技术背景6.2 嵌入式地理信息系统概述6.3 移动地图导航系统的设计6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例6.5 总结,第六章 嵌入式电子地图,3,6.1 移动计算的技术背景,人类正进入以计算机、网络、卫星通信

2、为特征的信息社会，人员流动的日益频繁使每个人对高精度空间信息有了更多的依赖，尤其是在户外和移动过程中，对地理信息的需求非常普遍。人们更加关心“当前我在哪里？”、“目的地在哪里”、“如何到达？”等问题。,“后PC” 时代，信息技术的重点正在由技术转向信息，即转向对信息的处理、集成、有效利用和快速获取。从技术上看，这个时代的最大特点，就是3C的会合或融合。所谓3C就是电脑（Computer）、通信(Communication)和家电 （Consumer）三者的融合。地理信息系统是实现地理信息获取、管理、可视化、分析、输出等的高效手段。它与尖端科技领域的全球卫星定位技术（GPS）、通信技术、互联网技

3、术以及其他应用领域的有机结合，不仅为地理信息系统提供了良好的发展前景，同时也为这些应用领域提供了一套科学的解决应用问题的方法。PDA是Personal Digital Assistant（个人数字助理）的缩写，是近来继传呼机、手机之后，迅速崛起的新兴电子消费性产品，即智能电脑工具，就其扩展意义上来讲，它是供人们沟通、连接和互动的移动数字设备，集计算、电话、传真和网络等多种功能于一身，尤为重要的是，这些功能都可以通过无线方式实现。,第六章 嵌入式电子地图,4,6.1.1 移动地图国内外的研究进展,移动计算是国际上最近五年内发展起来的最新科技，且势头迅猛。移动计算使计算机或其他信息设备在没有与固定

4、的物理连接设备相连的情况下能将有用、准确、及时的信息与中央信息系统相互作用，分担其计算压力，使信息能够提供给任何时间、任何地点需要它的任何用户。,Autodesk公司提供了Autodesk OnSite的 “移动访问”模块。,ESRI 提供了ArcGIS软件产品ArcPad。,Intergraph建立自己的移动GIS解决方案IntelliWhere。, 国外的研究进展,特点：企业级解决方案多技术集成,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,5,移动计算是国际上最近五年内发展起来的最新科技，且势头迅猛。移动计算使计算机或其他信息设备在没有与固定的物理连接设备相连的情况下能将有用、准确

5、、及时的信息与中央信息系统相互作用，分担其计算压力，使信息能够提供给任何时间、任何地点需要它的任何用户。,一、北京灵图软件技术有限公司SmartInHand软件产品。,二、北京慧图公司野外地质数据采集系统：TopMap CEGenius。,三、北京超图开发出地理信息系统开发平台-eSuperMap。, 国内的研究进展,特点：单一应用方案,四、台湾“英瑞得信息”公司软件“WalkMap地图随身走”。,三、北京超图开发出地理信息系统开发平台-eSuperMap。,6.1.1 移动地图国内外的研究进展,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,6,6.1.2 移动地图的研究意义,移动地图的

6、意义在于将移动计算技术应用到传统的空间信息服务中，将革命性的改变传统的基于位置的服务机制，使作为主体的人、作为客体的真实世界以及经由网络传输的数字世界三者无缝的结合起来，实现不受任何时间和空间局限的互动，最终目的是根本性地改变人与数字世界、人与真实世界的交互方式，能够为任何基于空间的作业系统如导航、数字战场、野外采样、物流管理、智能交通、旅游、娱乐等提供全新的作业模式。,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,7,6.1.2 移动地图的研究意义,移动地图研究的独特之处表现在技术的先进性。一方面，由于移动技术的核心是计算工具空间位置的改变以及计算内容和过程的位置相关性，因此移动计算技

7、术天然地与地理信息技术具有紧密的内在联系；另一方面，地理信息技术已经在和全球定位系统、遥感等技术的集成和应用方面走过了一段成功的路，现在与移动计算结合是非常顺理成章的事情。,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,8,6.2 嵌入式地理信息系统概述,有关“嵌入式” 的技术背景数字环境中的地图嵌入式地理信息系统移动地理信息系统LBS基于位置的信息服务技术,主要内容：,第六章 嵌入式电子地图,9,一、嵌入式系统概述二、嵌入式设备三、嵌入式操作系统四、无线通信技术五、嵌入式INTERNET六、信息家电七、嵌入式系统工业,一般认为嵌入式系统的定义是以应用为中心（量体裁衣），以计算机技术为基

8、础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。,特点：技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,10,一、嵌入式系统概述二、嵌入式设备三、嵌入式操作系统四、无线通信技术五、嵌入式INTERNET六、信息家电七、嵌入式系统工业,嵌入式设备主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组成，它是集软硬件于一体的可独立工作的“器件”。,特点：嵌入式设备通过WAP协议、蓝牙技术（Blue tooth）和无线家用协议（Home RF），可以访问者处于移

9、动之中。, 嵌入式设备（家用空调机）示意图,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,11,一、嵌入式系统概述二、嵌入式设备三、嵌入式操作系统四、无线通信技术五、嵌入式INTERNET六、信息家电七、嵌入式系统工业,嵌入式操作系统是一种实时的、支持嵌入式系统应用的操作系统软件，核心通常要求很小，因为硬件的ROM 容量有限。,一般情况下，它可以分成两类：一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统；另一类是面向消费电子产品的非实时操作系统；,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,12,一、

10、嵌入式系统概述二、嵌入式设备三、嵌入式操作系统四、无线通信技术五、嵌入式INTERNET六、信息家电七、嵌入式系统工业,无线网络是移动用户和有线网络之间最有效的桥梁，也是移动通信的关键载体。同有线网络相比，无线网络要面对如环境干扰、信道阻塞、各种噪音和回响等的障碍，这就造成无线网络低带宽、高错误率和频繁断线等特征。,1、广域蜂窝网络2、高速无线局域网络3、无线个人区域网络4、卫星网络,GSM、CDMA等,校园区域等,家、办公室,覆盖全球,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,举例,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,13,一、嵌入式系统概述二、嵌入式设备三、嵌入式操作系统

11、四、无线通信技术五、嵌入式INTERNET六、信息家电七、嵌入式系统工业,通过网络去访问数据 利用网络去访问语音和图像 借助网络访问行为,嵌入式Internet变革了设备和设备之间、设备和人之间的通信方式，它将设备变换成Internet，将传统工业变换成信息工业，将过去变换成未来。,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,14,一、嵌入式系统概述二、嵌入式设备三、嵌入式操作系统四、无线通信技术五、嵌入式INTERNET六、信息家电七、嵌入式系统工业,“信息家电”含义是将计算机数字化技术、现代通信技术融入传统的家用电器之中，使之智能并具备网

12、络信息终端的功能，可以主动的发布、获取和处理信息。,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,15,一、嵌入式系统概述二、嵌入式设备三、嵌入式操作系统四、无线通信技术五、嵌入式INTERNET六、信息家电七、嵌入式系统工业,当代的通用计算机工业的基础被认为是由Wintel(Microsoft和Intel年代初建立的联盟)垄断的工业，开发人员一般是计算机科学或计算机工程方面的专业人士。,嵌入式系统工业则不同, 它是一个分散的工业，充满了竞争、机遇与创新,它基础是以应用为中心的“芯片”设计和面向应用的软件产品开发，是要和各个不同行业的应用相结合

13、的，要求更多的计算机以外的专业知识，其开发人员往往是各个应用领域的专家。各不相同的应用领域决定了不可能有少数公司、少数产品垄断全部市场。,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,16,嵌入式必然导致无线 只有无线才能移动 移动必须小型化,综上所述,INTERNET网络,嵌入式系统工业,嵌入式系统,嵌入式设备嵌入式操作系统嵌入式应用软件,嵌入式开发,应用领域专家,手段,结果,为移动设备提供服务,交互,交互,组成,图 嵌入式技术背景,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,17,技术进步

14、,地图学,推动,产品模式,生产技术,分发途径,使用方式,存贮介质、显示设备和内容,生产过程全数字化地图设计生产软件地图自动综合技术,计算机存贮介质交换网络、移动通信与便携设备的结合大众传播媒体,人-图系统向人-机-图系统转变,6.2.2 数字环境中的地图,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,18,嵌入式地理信息系统（Embedded GIS）是集成GIS功能的嵌入式系统产品，是系统设计与开发层次上的应用，是一个软硬件混合的系统，它是导航、定位、地图查询和空间数据管理的一种理想解决方案，可在很多领域广泛应用，如军事、智能交通、旅游、自然资源调查、环境研究等。,嵌入式GIS主要

15、特点是“可裁剪”性，包括数据格式的剪裁、功能剪裁和数据剪裁。,6.2.3 嵌入式地理信息系统,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,19,移动GIS建立在嵌入和无线基础之上，不仅仅指随物理载体移动的GIS系统，也不仅仅指可以提供移动目标信息，也不是常规GIS的精简以便于能够在小计算机上实现GIS操作，它是一个使用根本性不同的事例所构建的系统，与地理信息服务紧密联系在一起，是技术、信息、服务的集成。,系统需求,数据提取 单一服务 硬件平台,6.2.4 移动地理信息系统,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,20,6.2.4 移动地理信息系统,6.2 嵌入式地理

16、信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,21,LBS是空间信息技术与无线通讯技术的结合，从企业级的应用向社会化的应用过渡。在美国，这一服务被称为WLS，即无线定位服务，而且已经形成了颇具规模的行业组织。,功能需求：,实现方法：,无线网络定位 GPS定位 混合定位,实时动态拓扑功能,6.2.5 LBS基于位置的信息服务技术,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,总而言之,互 相促 进,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电子地图,23,6.3 移动地图导航系统的设计,6.3.1 系统逻辑结构设计,第六章 嵌入式电子地图,24, 系统功能模块划分示意图,6.3.2 系统功

17、能模块的设计,6.3 移动地图导航系统的设计,第六章 嵌入式电子地图,25,地图数据,同一比例尺数字地图不同详细程度的分层显示,不同比例尺数字地图嵌套显示,建立图幅信息数据库; 设定每幅地图各类要素分层显示的“LOD”系数; 生成“虚拟地图”; 根据当前屏幕显示范围，归算到对应的大地坐标范围，检索图幅信息数据库，得到当前显示地图号（不止一幅），检索相关空间目标信息并绘图。,6.3.3 多尺度矢栅地图数据组织,6.3 移动地图导航系统的设计,第六章 嵌入式电子地图,26, 多尺度矢量地图图形显示,6.3.3 多尺度矢栅地图数据组织, 地图放大前,6.3 移动地图导航系统的设计,第六章 嵌入式电子

18、地图,27, 栅格地图显示,矢量+地貌晕渲,6.3.3 多尺度矢栅地图数据组织,6.3 移动地图导航系统的设计,第六章 嵌入式电子地图,28,思路：“一幅地图（可能是拼接后的虚拟地图）对应一个数据库，一个专题层对应一张数据表，一个空间目标对应一条数据记录，一个字段对应空间目标的一个属性或媒体索引”。,Database, 信息查询组织,6.3.4 信息查询设计,6.3 移动地图导航系统的设计,第六章 嵌入式电子地图,29, 文件层次图,6.3.5 系统物理结构设计,6.3 移动地图导航系统的设计,第六章 嵌入式电子地图,30,图 地图信息卡应用模式,有偿更新数据，方式：网站、刷新,免费提供地图浏

19、览器、无偿升级,制造、生产,提供,发售,定位,“地图信息卡”,“客户/服务器”,6.3.6 系统应用模式,6.3 移动地图导航系统的设计,第六章 嵌入式电子地图,31,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,一、硬件包括：高性能PC、掌上电脑或智能手机、手持式GPS接收机。,二、数据制作环境：CorelDraw等DTP图形设计软件包、ArcGIS/MapInfo等桌地理信息系统软件、Microsoft Access桌面数据库软件。,6.4.1 Pocket PC2000系统开发环境,第六章 嵌入式电子地图,32,三、系统开发环境：桌面版可视化软件开发环境、嵌入式软件开发环境、桌面操作系统、嵌

20、入式操作系统。,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,33,目标超类,点目标类,线目标类,面目标类,弧段目标类,路径目标类,6.4.2 空间对象定义,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,34,图形显示模块 GPS定位、导航模块 信息查询模块 空间分析模块 通信模块 界面及系统配置模块 专题统计模块 专业应用模块,坐标变换 多线程,图形数据变换,图形数据检索, 三种坐标系之间的关系,6.4.2 “移动地图浏览器”功能模块实现,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,35,信号获取与解析 地图匹配 多线程,NMEA

21、0183 ASC码协议,图形显示模块 GPS定位、导航模块 信息查询模块 空间分析模块 通信模块 界面及系统配置模块 专题统计模块 专业应用模块,6.4.2 “移动地图浏览器”功能模块实现,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,36,属性信息统计索引多媒体索引,多媒体数据,统计数据库,背景地图专题图层, 信息双向查询示意图,图形显示模块 GPS定位、导航模块 信息查询模块 空间分析模块 通信模块 界面及系统配置模块 专题统计模块 专业应用模块,6.4.2 “移动地图浏览器”功能模块实现,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,37,网络分析

22、的最大邻结点算法,改进之处：利用内存映射文件指针直接操作文件，避免算法计算时大量内存的开销,图形显示模块 GPS定位、导航模块 信息查询模块 空间分析模块 通信模块 界面及系统配置模块 专题统计模块 专业应用模块,6.4.2 “移动地图浏览器”功能模块实现,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,38,“移动地图集成工具”是个人移动导航系统的桌面支持，是具有一定专业应用背景的GIS软件。,信息裁剪：简化数据模型，实现数据模型的动态可裁剪和调用. 高质量的数据压缩：一方面，采用道格拉斯普克（Douglas-Peucker）算法，针对不同地图要素类别采用不同的限差；另一方

23、面，优化文件结构，实现绘图参数的共享存贮，类似图像存贮的“调色板”结构。 专题信息分析：设计分级指标与统计参数，选择专题模板类型、调整专题图表属性参数，如：颜色、填充、间隔、线条粗细等。 信息集成：提供背景地图、专题层、属性数据库、统计信息、多媒体信息等的集成环境。,6.4.3 “移动地图集成工具”功能实现,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,39, “移动地图集成工具”界面集成效果（一）,6.4.3 “移动地图集成工具”功能实现,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,40, “移动地图集成工具”界面集成效果（二）,6.4.3 “移动地

24、图集成工具”功能实现,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,41,开发平台和目标平台 目标平台CPU类型及运算能力 目标平台ROM和RAM容量 目标平台设备的扩充性能,开发环境 相关应用程序的类型与版本 内存管理 使用Unicode字符集 保证单一代码库 精巧的多媒体人机界面,地图的大数据量；比例尺、分辨率和详细程度；坐标系统和投影；空间信息的可视化；空间数据的无线传输；GPS信号解析；属性数据库的管理；数据来源、制作、更新及转换方式；数据模型与算法对目标平台的要求,硬件方面,软件方面,专业应用需求方面,6.4.4 嵌入应用开发应该考虑的问题,6.4 移动地图导航系

25、统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,42,6.5 总结,代码可重用 功能可裁剪 系统可伸缩 结构化设计,嵌入式系统未来,个人移动导航系统的发展前景,整合服务导向 轻薄短小人性化 软硬件网络无线整合 创意激荡与落实,移动数据库技术 移动服务器技术 移动多媒体技术 与穿戴式电脑相结合的野外移动作业系统 作为“3S”集成技术的移动客户端 人机界面技术,总结,第六章 嵌入式电子地图,43,桌面最短路径分析,PocketMap1.0 中的最短路径分析, 道路网络分析显示,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,返回,第六章 嵌入式电子地图,44, 地图目标显示,线状目标,返回,6.4 移动地图

26、导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,45, 界面切换, 属性查询及详细信息,属性查询,记录详细信息,返回,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,46, GPS定位与导航,返回,6.4 移动地图导航系统的实现及开发实例,第六章 嵌入式电子地图,47,6.2 嵌入式地理信息系统概述,6.2.1 有关“嵌入式” 的技术背景, How Wireless Communications Work,返回,发送者,接收者,第六章 嵌入式电子地图,48,6.1.1 国内外的研究进展,返回, ArcGis solution,6.2 嵌入式地理信息系统概述,第六章 嵌入式电

27、子地图,49,6.5 总结,返回, “Putting The Where In Wearable Computers”,第六章 嵌入式电子地图,50,返回,6.5 总结,第六章 嵌入式电子地图,51,返回, Cyberfashion Or Reality?,6.5 总结,第六章 嵌入式电子地图,52,返回, Mobile Assistant,Power of enterprise LAN, Intranet or InternetVoice navigationWireless communicationsWintel platformContent delivered before your

28、 eyes!,6.5 总结,第六章 嵌入式电子地图,53,返回, The Business Personal Assistant,6.5 总结,第六章 嵌入式电子地图,54,返回, Growing demand for accurate data,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,55,返回,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,56,返回,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,57,返回, The Stages Of Personalization,From Colossus to MainframesDepartmental MinisBoxy

29、 but good PCsGo anywhere LaptopsPersonal Digital AssistantsWearable ComputersBig brother is watching!,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,58,6.1.2 移动地图的研究意义,GISPAD,返回,Taking technology into the fieldData collection and maintenanceGPS system for accurate point locationThe surveyors dream!, Wearable Technology And GIS In the Field,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,59,6.2.5 LBS基于位置的信息服务技术,返回,6.1 移动计算的技术背景,第六章 嵌入式电子地图,60,