基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

收稿日期:2009210229

基金项目:国家863计划(项目号:2009AA12Z214)第一作者简介:朱 磊(1983—),男,同济大学测量与国土信息工程系在读研究生。

文章编号:16727479(2009)06004805

基于A r c G IS Mobile 的移动地理信息系统的关键技术

朱 磊 陈 鹏 何 兵 童小华

(同济大学测量与国土信息工程系,上海 200092)

Key Technology for M obile GI S Based on ArcGI S M obile

Zhu Lei Chen Peng He B ing Tong Xiaohua

摘 要 介绍了当前主流的移动GI S 平台软件和开发工具的背景,以及ESR I 公司用于开发移动

GI S 的工具A rcGI S Mobile,然后阐述了用A rcGI S Mobile 开发移动GI S 的关键技术,最后用A rcGI S Mo 2bile 开发了一个校园移动地理信息系统。

关键词 A rcGI S Mobile 移动地理信息系统 .NET W indowsMobile 中图分类号:P208;P22814 文献标识码:A

目前,专业的GI S 厂商大都已经推出了自己的移动GI S 平台软件和开发工具,如Map I nf o 公司的

MapX Mobile,MapX Mobile 是Map inf o 公司专用于嵌入式设备上的应用程序开发的控件,提供简单、快速、方便的方法把地图功能嵌入到手持设备的应用程序[1]

;参考文献[1]利用MapX Mobile 设计并实现了由移动应急终端和移动应急中心组成的小型移动应急平台。A rcPad 是ESR I 公司开发的可运行于掌上机上的小型通用地理信息系统平台,通过手持和移动设备为野外用户提供数据访问、制图及GI S 分析和GPS 集

成功能[2]

。文献[2]介绍了应用A rcPad 进行二次开发的技术,文献[3]则设计实现了一套数字城管数据采集系统。I ntergraph 针对移动领域推出的解决方案—I ntelli W here,I ntelli w here 的功能可以应用于无线通信、LBS 、信息服务、以及紧急事件快速服务等,它提供用户实时、基于位置的信息服务以满足设备与数据的独立;Aut odesk 公司的OnSite 移动访问模块可以应用于系统设计、开发服务、维护、培训和技术支持。

国内Super M ap 公司开发的eSuper M ap 是一款真正意义上的嵌入式GI S 开发平台,用户可以对其进行扩充和定制。它针对GPS 定位导航的需求进行了专门的优化,功能强大,提供高速准确的检索漫游功能,

实现了GI S 与GPS 技术的融合

[4]

。文献[4]介绍了建

立基于Super M ap 的野外数据采集系统所涉及的相关技术。另外还有北京灵图推出S martI nHand,北京慧图进行移动制图的T op MapCEGeniuos 以及台湾英瑞得信息推出的W alk Map 等。而作为世界GI S 领域领头羊的ESR I 公司为了弥补A rcPad 软件不能很好的满足二次开发的需要,适时推出了新一代的移动开发软件A rcGI S Mobile,它和A rcPad 的区别如表1所示。

表1 A rcPa d 与A rcG I S Mo b il e 的比较

开发工具特点

开发环境支持的开发语言A rcPad 软件,可以直接使用,可

修改的地方很少A rcPad

App licati on Builder

vbScri p t 、J scri p t

A rcGI SMobile

开发包,不能直接使用,扩展性强使用灵活

.NET CompactFra me 2

work 、JAVA M E

C#、VB 、Java

A rcGI S Mobile 可扩展性强并且支持微软内嵌了W indow Mobile 模拟器的.NET 210开发环境和微软推荐C#开发语言,所以我们选用C#语言在.NET 210环境下

用A rcGI S Server 913的ADF 进行移动GI S 的开发。

1 A rcG I S Mo b il e 开发环境

A rcGI S ServerMobile S DK 是ESR I 公司开发的一

个基于M icr os http://m.wendangku.net/doc/6e3aa4d776a20029bd642dc5.html fra me work 的构建高性能移动GI S 应用的软件开发包,利用它我们可以开发移动地

理信息应用系统。它包含在A rcGis Server 中,它提供了在.NET 环境和JAVA 环境下的两套移动应用开发

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4铁 道 勘 察2009年第6期

框架。比较常用的是.NET下的Mobile ADF(Mobile App licati on Devel oper Fra me work)。通常情况下,要开发基于网络的移动GI S系统就要用到W eb ADF(W eb App licati on Devel oper Fra me work)。

A rcGI S Mobile开发包的最大特色在于支持离线和在线两种应用,当应用程序有可用的网络使用时, A rcGI S Mobile应用可以在线同步更新数据,并下载到本地设备上作为地图缓存;地图缓存-MapCache是把我们在编辑、标注、缩放、平移等过程中出现的图形暂时存放在缓存中,提高数据的访问效率。当客户端因网络等原因暂时断开网络连接时,它仍然可以利用在首次请求服务器时保存的地图缓存进行显示、编辑、导航等工作,大大减少了对网络的依赖性。它还可以在应用程序部署的时候,把预先生成的地图缓存文件直接部署到目标设备上。这种模式使A rcGI S Mobile应用在移动环境下有着非常好的适应性。

通过A rcGI S Mobile S DK,我们可以浏览空间数据;捕捉、标注GPS位置;创建或更新点、线、面等要素;通过http://m.wendangku.net/doc/6e3aa4d776a20029bd642dc5.html编辑表格数据;自动从GI S服务器同步更新数据等操作,满足了移动GI S应用的基本需求。

一般来说,通过使用A rcGI S Mobile创建一个移动应用程序可以通过以下步骤完成:

(1)用A rc Map渲染并处理现有的地图数据。

(2)用A rcCatal og或者A rcGis ServerManager发布地图数据。

(3)用VS2005或VS2008和A rcGis Server Mobile S DK创建移动应用程序。

(4)在移动设备上部署应用程序和数据。

2 移动G I S的体系结构和关键技术

移动地理信息系统可以将图形和属性数据结合在一起,在可视环境下解决与空间信息有关的信息查询、信息管理以及资源配置等实际问题。它通常采用B\S 结构,由服务器和移动客户端组成,系统体系结构功能如图1所示。

211 服务器端关键技术

服务器系统是地理信息系统的空间数据库管理模块,主要负责接收移动客户端的请求和向客户端发送数据,通过服务器可以和GI S数据库交互,管理空间和属性数据,利用无线AP访问点通过W I F I无线网络或者GPRS、C D MA等无限网络和移动客户端进行数据传输交互。服务器系统由A rcGI S W eb App licati on Devel oper Fra me work(ADF)在.NET环境下搭建,并且支持大量的并发访问且具有负载均衡能力。具体步骤如下

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

:

图1 移动G I S的体系结构

 

(1)把所需的地图数据通过A rcCatal og转化成空

间数据库(Geodatabase)中的数据例如shape,然后经

过渲染保存成mxd文件。

(2)把当前用户加入到A rcGis Server组中。

(3)使用A rcCatal og或A rcGI S Manager发布第一

步制作的MapService。

(4)使用ADF创建W eb应用

服务器端如图2所示

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

图2 服务器端示意

 

212 移动客户端关键技术

在进行移动客户端的开始前,还要进行一些配置工作。和桌面环境一样,要进行移动端开发就必须有

移动端的Runti m e环境,要把A rcGI S Mobile.CAB和

AG MRunti m e.CAB文件通过ActiveSync拷贝到模拟器

中运行安装,然后在模拟器的程序中看到A rcGI S2

Mobile程序文件就说明安装成功。

(1)移动数据库

移动客户端由于其本身硬件的限制,其存储空间不可能和桌面设备相比,但过分依赖无线网络又会限

制数据加载的速度。因此,可以在移动端保存一些经

常访问且数据量不大的几何地图数据和属性数据,下

次需要访问这些数据时不必再从服务器端下载,而是

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基于A rcGI S Mobile的移动地理信息系统的关键技术:朱 磊 陈 鹏 何 兵等

直接调用缓存中的数据,这样可以大大加快数据显示和加载的速度,而且就算中断网络连接也不会影响客户端的操作。

A rcGI S Mobile中引入了地图缓存MapCach,移动端的数据就是地图缓存文件。它们是按图层存储的

B in文件,每个图层存储在一个B in文件中,包括几何图形数据和属性数据。当我们和服务器连接的时候它会自动下载缓存文件到本地,我们对地图所做的修改其实就是本地的MapCach文件。

(2)数据加载和显示技术

A rcGI S Mobile提供2种加载数据的方法,一种是客户端连接服务器从服务器上下载地图数据到客户端保存地图缓存然后显示出来,另一种是可以选择在部署应用之前预先生成地图缓存数据跟应用一起发布。

在Mobile S DK中,MobileService类是存储从A rc2 GI S Mobile Server中获得的图层数据,它有2个属性: CacheSt oragePath和U rl,用来加载图形数据。如果从P DA的缓存文件中加载数据则形式如下:

MobileService.CacheSt oragePath=Envir on ment. GetFolderPath(Envir onment.SpecialFolder.Pers onal)+ @"\缓存文件夹名称";

如果在移动设备上使用地图服务一般应该是如下的这种URL形式:

htt p:∥/arcgis/services//MapServer/MobileServer

(3)视图操作技术

视图指当前显示的地图范围。视图操作的对象包括各种系统中的地图。GI S中常用的视图操作包括平移、放大、缩小、全图、漫游等。A rcGI S Mobile提供了一个最重要的开发控件Map,当给窗体添加了一个Map对象时,Map自动绑定了一个MobileService对象,地图内容通过MobileService控件获得和发送,Map则主要负责表现。对Map所做的放大、缩小、平移等视图操作,需要在Map控件的MapActi on属性集合中进行设置,MapActi on集合包括了Z oom I n MapActi on、Z oo mOut2 MapActi on、Z oo m I n Out M apActi on、Pan MapActi on等属性成员对Map控件进行操作。地图操作的形式为: Map.Current M apActi on=(MapActi on集合成员);

然后将每个按钮的点击事件设定到对应的地图操作上去:

 p rivate v oid z oomOutToolStri p Menu Ite m_Click (object sender,Event A rgs e)

{

map1.Current M apActi on=z oomOut M apAc2

ti on1;

}

(4)图层编辑和管理技术

图层是GI S数据组织和管理的基本单位,对空间数据进行分层是GI S对数据管理的重要内容[5]。图层编辑功能允许我们为一个专题图新建一个图层或者在已有的图层上面进行数据维护,例如数据采集、数据更新、添加标注、在要素周围添加文本信息、矢量化等操作,然后通过网络上传至服务器。

①图层列表的加载

当点击图层列表的时候会弹出一个L ist B ox显示当前地图所有的图层。这在技术上是在加载地图缓存文件的时候调用MobileService的Open方法,Mo2 bileService是管理在移动设备缓存中存储的和图层数据有关的类,然后用f or循环遍历存储在MobileService 里的每个图层的Na me属性,最后把它们加载到L ist2 Box中显示出来。

②绘图操作

绘图操作包括绘制点、多点、多段线、多边形。它们的绘制方法如下:

在图层列表中选择要编辑的图层,此列表项是MobileService类Layer属性的集合,它里面的图层实际就是集合里的元素。

把这个要编辑的元素赋给图层对象FeatureLayer 的实例。

设置Map控件的当前动作(Current M apActi on集合)为add VertexSketchT ool项。

获得Map控件MapGraphic Layers集合中的元素并赋给SketchGraphic Layer的实例。

对选择进行判断,如果选择绘制点(多点、多段线、多边形)就实例化一个Point(MutiPoint、Polyline、Polygon)给SketchGraphic Layer的Geo metry属性。

图3依次为多段线、多边形、多点的绘制示意。

③编辑现有几何图形

对现有集合图形的编辑包括插入节点、移动节点、删除节点。A rcGI SMobile S DK在MapActi on集合里提供了Delete Vertices、I nsert Vertices、Move Vertices、Add Vertices等常用工具。要想使用对现有图形节点进行操作,需要先把对当前地图的操作属性指向相应的工具,例如Move Vertices,然后获得MapGraphic Lay2 ers中的元素并赋给SketchGraphic Layer的对象,再获取SketchGraphic Layer的Geo metry属性,最后把SketchGraphic Layer的Geometry属性指向现有的集合对象。关键代码如下:

05铁 道 勘 察2009年第6期

map1.Current M apActi on =move

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

VertexSketchT ool1;SketchGraphicLayer sketchgraphiclayer =map1.MapGraphic Layers[0]as SketchGraphic Layer;

Geometry geometry =sketchgraphiclayer .Ge 2

ometry;

if (geometry ==null )

{

return; }

sketchgraphiclayer .Geometry =geometry;图4为在多段线中插入一个节点,然后把这个节点移动到另外一点的示意

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

图3 视图操作

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

 

图4 编辑操作

 

(5)GPS 导航技术

A rcGI S Mobile 提供了3个和GPS 相关的控件,GPS Serial Port Connecti on,GPS File Connecti on 和GPS D is p lay 。GPS Serial Port Connecti on 是读取GPS 信息的类,当系统通过COM 口和GPS 相连后,利用GPS Serial Port Connecti on 的open 方法,可以开始接收GPS 的信息并解析NME A GPS 语句来获得当前时间和坐标信息,用Cl ose 方法来停止接收数据。GPS File Con 2necti on 是模拟GPS 格式数据的类,它可以读取预先存储的NMEA 格式的二进制文件模拟出GPS 的位置信息。GPS D is p lay 类的方法可以把通过解析得来的NMEA 数据展现在Map 控件上。

①显示GPS 数据信息

当系统通过蓝牙和GPS 连接后,打开指定的Com

端口用serialPortGp s Connecti on 的open 方法开始接收GPS 数据,然后利用GPS Serial Port Connecti on 类来解析NMEA 格式的GPS 数据,得到当前的经纬度和高程的数据,再根据地图所用坐标系把这些数据从W GS84坐标转到地图坐标系,最后通过GPS D is p lay 显示在Map 控件地图上。当客户端在移动过程中,也可以把获得的坐标数据保存成二进制文件,然后用GPS File Connecti on 类读取并通过GPS D is p lay 实现轨迹路线的绘制。

②显示卫星信息

也可以利用GPS 命名空间下Satellite 类显示当前卫星的高度、方位角、信号强度等参数并绘制在窗体中

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5基于A rcGI S Mobile 的移动地理信息系统的关键技术:朱 磊 陈 鹏 何 兵等

(如图5所示)。具体过程如下:

从GPSConnecti on 的Satellite 属性中查找从串口

或者NMEA 得到的GPS 卫星数,若为0,则返回,否则执行2。

把第1颗卫星赋给Satellite 的对象,然后调用它的I d 、Elevati on 、Azi m uth 、和SignalStrength 属性并转化为字符串显示在L ist V ie w 控件中。

继续搜索下一颗卫星,直到遍历完所有卫星后返回

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

图5 显示GPS 卫星参数

 

3 系统应用311 应用程序的部署

根据创建移动应用程序的步骤,当完成移动应用程序的开发后,要在移动设备上进行部署。在VS2008

中新建一个项目,把项目类型选为安装和部署,模版选择为智能设备CAB 项目,然后在里面加入应用程序所需的文件最后生成解决方案。在部署应用程序之前还要在移动设备上安装一些必要的支持文件,一个是.NET CF 运行时,一个是A rcGI S Mobile .CAB 和AG M 2Runti m e .CAB ,通过ActiveSync 把他们拷入移动设备

并运行。然后再运行创建的应用程序。

应用程序所需的地图数据(同济大学的d wg 数据)先在A rcCatal og 中转换成shape 格式的文件,然后保存成m id,接着在A rcCatal og 中发布Map Services,然后在A rcCatal og 的工具箱中找到Generate Mobile Serv 2ice Cache 工具并打开,安装提示步骤操作就可以创建

地图缓存文件。最后把缓存文件拷入移动设备的目录中。

312 系统应用

利用该系统,笔者开发了同济大学校园移动GI S,其功能如下:

(1)在文件菜单中提供了两种加载地图数据的方法,我们可以打开拷入移动设备目录中的缓存数据,也可以输入URL 利用网络连接到服务器下载服务器中已经发布的地图服务。

(2)在图层菜单下可以打开图层面板显示每个图层的类型、名称等详细信息(如图6所示)。

(3)在视图菜单中,可以利用视图功能的放大、平移功能找到自己感兴趣的地点,例如当前视图所在地

为同济大学土木大楼(如图7所示)

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图6 数据加载

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

 

图7 视图操作

 

(4)点击绘图菜单,里面包含4种绘图选项,分别

是点、多点、多段线、多边形。利用这些功能可以进行

数据采集、地图内容的修改、更新等工作(如图8所示)。

(5)GPS 菜单项提供了连接和断开2个子菜单,选择连接菜单程序可以读取提前部署在移动设备中的NMEA 文件,切换到GPS 选项卡可以看到当前接收GPS 的卫星信息和定位信息,再切换到地图选项卡就

可以看到轨迹路线的回放,选择断开菜单则断开当前GPS 的连接(如图9所示)

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图8 数据采集

基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术

 

图9 GP S 文件解析 

4 结束语

A rcGisMobile 是ESR I 公司新开发的一个用于移

动GI S 开发的平台,它能满足LBS 定位、移动导航、3G

高速网络的需求,并且支持.NET 和JAVA 两种开发环境。本文对移动GI S 的结构进行了简要的设计和介绍,并开发了一个实现了基本功能的移动GI S 系统。当然,对于一个成熟的移动GI S 系统而言,还会涉及其他一些高级技术,诸如导航、空间分析等,这些问题也是后续研究中需要不断完善的部分。

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5铁 道 勘 察2009年第6期

参考文献

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收稿日期:2009210215

作者简介:赵富军(1966—),男,1989年毕业于中国地质大学(武汉)水文地质及工程地质专业,高级工程师。

文章编号:16727479(2009)06005304

深覆盖型岩溶对铁路客运专线的影响评价

赵富军

(铁道第三勘察设计院集团有限公司,天津 300142)

Assess ment on I nfluence of Deeply Covered Karst on

Ra ilway Passenger Dedi cated L i n es

Zhao Fujun

摘 要 结合工程实例,分析研究深覆盖型岩溶塌陷的影响因素、发育过程和机理,对研究区岩溶土洞塌陷的危险性进行了现状和预测评价,为铁路客运专线工程的设计提供依据。

关键词 深覆盖型岩溶 土洞 塌陷 客运专线 危险性评价

中图分类号:T U195+

1 文献标识码:B 拟建铁路客运专线穿越辽宁省鞍山市和辽阳市,该地区第四系覆盖层一般大于40m ,下伏寒武系及奥

陶系石灰岩,岩溶较发育,属于深覆盖型岩溶区。考虑岩溶发育条件下存在土洞和塌陷的潜在危险性,将给对沉降极为敏感的客运专线带来风险。以王双树和名甲山特大桥为例,采用最新的岩溶塌陷研究技术,对深覆盖型岩溶区发生岩溶塌陷的危险性及影响进行了系统评价。

1 岩溶塌陷的影响因素

岩溶塌陷(土洞)的主要影响因素包括:基岩岩溶

发育特征、覆盖土层的特征、以及地下水活动特征。

111 基岩岩溶发育特征

研究区内隐伏岩溶发育于寒武系中厚层状微晶灰岩和奥陶系角砾状灰岩,地层呈北东—南西向的条带状分布,在地质构造、古地貌、古水文地质条件及岩性结构等多种因素的综合影响和控制下,岩溶发育极不均匀(图1)。

在厚层的第四系之下,发育着若干平行排列的北东向压扭性断裂构造,以穆家堡—吕方寺断裂为主,及同期的次一级北西向张扭性断裂。

岩溶发育地段主要分布在北西向充水断裂带附近,以及岩溶洼地内。

岩溶发育在垂直方向也具有明显的分带性,即表层岩溶强发育带,此带为古风化壳;二是岩溶中等发育带,位于碳酸盐岩顶部界面以下20~60m;三是下部岩溶弱发育带,位于碳酸盐岩顶部界面以下60m 。

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5深覆盖型岩溶对铁路客运专线的影响评价:赵富军

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