（摄影测量与遥感专业论文）基于pda的土地利用变更调查系统研究.pdf

辽宁工程技术大学硕士学位论文 摘要 基于3 s 技术的土地利用动态监测与数据更新已在我国普遍展开，如 何快速、便捷地实现土地变化信息的外业核查、勘测与土地数据库的更 新是重要的技术关键本文研究并提出一种基于p d a 的外业调查与变更 技术方法，能够在外业完成变化图斑的属性核查、数据采集与数据库更 新等全部工作，实现了一体化作业，提高外业调查的工作效率，保证数 据更新质量。该方法采用e s u p e r m a p 为嵌入式g i s 开发平台，利用e v c 编 程完成了全部开发工作，实现了遥感数据和矢量数据的导入、图层控制 与管理、属性信息的编辑录入、变化图斑的数据采集、土地数据库更新 等功能，可实现土地利用动态监测中的外业调查工作，并在实践中得到 应用 关键词；土地利用变更调查；嵌入式地理信息系统；p d a ：w i n d o w s c e ； e s u p e r m a p 移动g i s 辽宁工程技术大学硕士学位论文 a b s t r a c t l a n du t i l i z a t i o nc h a n g i n gs u r v e y i n ga n dm a pr e v i s i o nm e t h o dw h i c h b a s e do n3 st e c h n o l o g yh a sb e e ns p r e a do u tc o m m o n l yi nc h i n a i ti sv e r y i m p o r t a n tt h a th o wt or e a l i z et h ec h a n g i n gi n f o r m a t i o n so u t s i d ec h e c k i n g ， s u r v e y i n ga n dr e n e wt h ed a t a b a s ef a s t t h et h e s i si n v e s t i g a t e sa n db r i n g s f o r w a r dak i n do ft e c h n o l o g ym e t h o dt h a to u t s i d ec h e c k i n ga n dc h a n g i n g ， t h i sm e t h o dc a nc h e c ka n ds u r v e yt h ec h a n g i n gr e g i o n ，r e n e wt h ed a t a b a s e ， r e a l i z ei n t e g r a t i v e o p e r a t i o n ，r a i s ew o r k i n ge f f i c i e n c y a n de n s u r ed a t a r e n e w sm a s s t h i sm e t h o da d o p t se s u p e r m a pa se m b e d d e dg i sp l a t f o r m c o m p l e t e s a l lo ft h ee x p l o i t a t i o nw o r kb ye v c ，r e a l i z e sl e a d i n g - i no f r e m o t es e n s i n gd a t aa n dr a s t e rd a t a ，g r a p h i ce d i ta n dd a t am a n a g e m e n t ，t h e e d i t e da n de n t e r e do fa t t r i b u t ei n f o r m a t i o n ，c h a n g i n gr e g i o n sc o l l e c t i o n l a n dd a t a b a s er e n e w r e a l i z eo u t s i d es u r v e y i n gi nl a n du t i l i z a t i o nd y n a m i c m o n i t o r i n g ，a n dh a sb e e na p p l i e di np r a c t i c e k e yw o r d s ：s u r v e yo fl a n du t i l i t yc h a n g e ，e m b e dg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o n s y s t e m ，p d a ，w i n d o w s c e ，e s u p e r m a p ，m o b i l eg i s 辽宁工程技术大学硕士学位论文 l 绪论 1 1 土地利用现状调查 土地调查( l a n d u s ei n v e s t i g a t i o n ) 是对土地的数量、质量、利用方式和 权属状况及其空间分布进行的科学调查，是土地有效利用和土地管理工作 的基础 1 1 。其分为土地利用现状调查、地籍调查和土地条件调查三种。 土地利用现状调查是土地资源管理工作的基础，没有真实的最新的第 一手土地资源现状资料，土地资源的优化配置就无从谈起，所做的土地利 用规划就成空中楼阁。所以土地利用变更调查工作开展受到各级政府的重 视。下面谈我国土地利用现状调查工作的现状及进展【2 1 2 0 世纪是高新技术产生和发展的世纪，也是土地利用现状调查数据采 集系统发展和完善的世纪。回顾世界土地调查数据采集系统的发展历程， 可以认为，2 0 世纪5 0 年代是土地调查数据采集系统的准备时期，2 0 世纪 6 0 年代是土地调查数据采集系统的产生时期，2 0 世纪7 0 年代是土地调查 数据采集系统的形成时期，2 0 世纪9 0 年代是土地调查数据采集系统的发 展时期【3 1 。2 0 0 1 年完成全国首次土地资源调查和汇总全国耕地总量的工作 我国的土地利用变更调查数据采集工作就随着这些土地调查工作的开展而 逐步完善和提高。 我国的土地调查数据采集管理系统研究与发展则相对落后些，2 0 世纪 8 0 年代是土地调查数据采集系统的引进时期【1 ，2 0 世纪9 0 年代是示范时 期2 0 世纪9 0 年代以来，我国土地利用现状调查数据采集系统发展较快， 许多行政管理机构和科研院所都在土地利用现状调查数据采集系统方面作 了大量的研究和开发工作。如深圳市规划国土局以规划为龙头、，土地为中 心，采用集成化分布式管理方式，设计和建设城市规划国土管理的综合信 息系统择1 常州市规划国土管理局根据。一书四证”的需要，将建设项目 选址意见书、建设用地规划许可证、建设土地许可证及土地使用证审批业 务，实现了规划国土管理业务数据和图件资料的集成管理、联网图文查询 以及项目联网办案【1 。中国地质大学中地信息公司成功研制开发了国土管 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 理信息系统【7 l ，其中主要包括城镇地籍管理系统，土地利用数据库系统， 土地利用规划管理系统，土地监察管理系统，建设用地管理系统，农村地 籍管理系统，土地利用动态监测系统，土地交易管理系统，土地发布系统， 城镇土地定级估价系统，基本农田保护系统等一系列信息系统，这些系统 为我国的国土信息化建设做出了巨大贡献。另外还有许多公司开发了相应 的土地信息系统软件，这为促进土地信息系统技术的进一步发展提供了良 好的技术基础。 1 2 土地利用更新调查 土地利用更新调查是土地详查的延续，但又不同于土地详查和一般的 变更调查，其重点是通过对变化的土地利用类型和土地权属界限等的调查， 按现代土地管理对土地利用数据与图件的要求进行土地利用基础数据与图 件的更新。当前的土地利用更新调查是伴随着“3 s ”技术的快速发展而进 行的，核心是运用。3 s ”技术，将土地利用信息数字化，建立具有信息管 理、综合分析和评价功能的土地利用现状数据库，为实现土地资源管理现 代化奠定基础【。1 。因此，建立或更新土地利用现状数据库是土地利用更新 调查的一项重要工作内容，要求以g i s 为系统运行平台，在尽可能地利用 原有电子数据的基础上，尽量使用自动化和半自动化的办法，根据国家土 地利用数据库建设规范的要求对原有的土地利用图件与数据进行合理 的处理，在完善各环节质量检查制度保证数据处理及系统建设成果质量的 前提下，建设功能上能够满足基层土地利用数据处理和管理需要的土地利 用数据库总之，以土地利用数据库建设为核心，以更新土地利用基础图 件与数据为目的，是土地利用更新调查的基本特点 土地利用更新调查的技术路线是：以现势性强的航空、航天正射遥感 影像图和地形图为基础调查资料，与原有土地利用现状图进行套合对比， 通过实地调绘和补充调查，更新土地利用基础图件，建立和更新土地利用 数据库，查找更新数据与历史数据的差异原因，提出科学合理的数据衔接 方案具体的技术流程如图l ，1 所示 辽宁工程技术大学硕士学位论文 航空，航天正射影像图il 土地利用现状图或数据库 套合对比 解译和标注土地利用变化信息 外业实地核实、调绘及补充调杏 内业处理、建设或更新土地利用数据库 图1 1 土地利用基础圈件与数据更新技术流程 土地利用更新调查的技术与方法f 9 1 ：通过土地利用更新调查，建立土 地利用数据库，数据跨度大、来源多、图纸复杂、要求精度也高但是， 原有靠手工操作、管理土地利用现状调查的时间跨度大、范围广，造成土 地利用现状数据质量参差不齐，根本无法满足目前土地管理工作信息化的 要求。为了提高土地利用更新的效率和数据的现实性与真实性，应用新的 技术来变革传统的土地利用调查方法尤为重要，目前主要是利用r s 技术、 g p s 技术、g i s 技术对土地利用现状进行大范围的核查和更新 近年来，遥感技术的迅速发展已被广泛应用于土地利用动态监测中， 利用遥感方法对土地利用进行更新调查，其优点主要是具有宏观、综合、 动态、快速发现变化区域的特点，获得的遥感信息具有探测范围大、资料 实时新颖、信息丰富等特点 1 3 土地利用动态遥感监测 土地利用动态遥感监测是以土地变更调查的数据、图件与多源遥感数 据为基础，运用遥感图像处理与识别技术，从遥感图像上提取变化信息， 从而达到对耕地及建设用地等土地利用变化情况定期监测的目的 根据监测的技术流程【1 0 】，地利用动态遥感监测的主要内容包括：多 辽宁工程技术大学硕士学位论文 4 源数据的获取及分析；数据校正、配准、融合等预处理；变化信息发现、 提取及类型确定：外业核查；变化信息后处理；监测精度评价如图l 2 所示 a 多源数据的选取 遥感影像是土地利用调查获取大面积空间信息的一种手段。目前，可 供选择的卫星遥感数据有：美国陆地卫星、法国s p o t 卫星、印度卫星、 美国i k o n o s 高分辨率卫星和q u i c k b i r d 快鸟遥感数据。此外，为提高监 测的精度，还要结合使用当地的地形图、土地变更调查图等多源数据资料， 注意收集当地的人文、地质、作物生长信息；为实现对重点区域进行监测 的需要，还要借助航片或印度i r s s 5 8 米等更高分辨率卫星影像数据资料 b 数据预处理 多源数据的预处理包括辐射校正、影像增强、几何校正、影像配准、 镶嵌及影像融合等工作数据预处理能减少非变化因素的干扰，增强影像 的可判读性，有效地提高监测的精度。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 地形图与土地利 用图扫描、纠正 各种界线数字化 一d e m 准备 一焦璺墨塾 核实分类图斑，变化图斑和光谱 特征图斑，补充监测遗漏图斑 一实测线状地物宽度和特征地物点 修订有关界线、注记等 特征图斑面积量涮 图l 一2 土地利用动态遥感监测流程图 外业调查 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 c 变化信息发现 目前土地利用动态监测主要可以分为两大类，一类是利用不同 时相遥感影像变化信息进行监测，如图1 3 所示；另一类是利用单 一时相遥感影像与土地利用现状图比较发现变化信息进行监测，如 图l - 4 所示 ( 1 ) 不同时相遥感影像变化信息发现 在没有土地利用基础图件的情况下，利用两个不同时相或序列 不同时相的遥感影像进行变化信息的发现方法主要包括：光谱特征 变异法、主成分分析法、假彩色合成法、图像差值法、分类后比较 法、波段替换法及变化矢量分析法除分类后比较法外，其余的方 法都只是检测出可能的变化，而并没有给出土地利用变化的定量信 息( 如面积) 和变化中类型的转化信息( 如地类属性) 图1 - 3 两个不同时相s p o t 影像假彩色合成 ( 2 ) 单一时相遥感影像变化信息发现方法 目前大部分地区不具备多个时期的遥感影像，只能购买到单一 时期的遥感影像，针对这种普遍情况，提出了基于土地利用图斑单 元的知识库变化信息自动发现方法其实现过程见图l - 5 。 基本原理：首先分别对土地利用现状图和遥感影像进行预处 理，使得二者具备很好的几何空间一致性，然后把土地利用现状图 与遥感影像在空间上叠加起来，在土地利用图斑单元内训练各种土 地利用类别的样本，并建立各种土地利用类型遥感信息知识库最 辽宁工程技术大学硕士学位论文 7 后对土地利用现状图的每一层( 即每一种土地利用类别) 逐个土地 利用图斑单元地根据合理的判别规则到知识库中确定变化与否，最 后标识出变化图斑 圈i - 4 单一时相遥感影像变化信息 辽宁工程技术大学硕士学位论文 注：t 1 ，t 2 代表两个+ 不同的时间 图i - 5 单一时相遥感影像变化信息发现方法 d 变化信息提取及变化类型确定 变化信息自动发现能够检测出由t l 时刻到t 2 时刻土地利用 发生变化的具体位置和分布，但经这一步骤处理后，给出的土地利用变 化的具体范围、边界位置并不一定完整( 例如出现不连续的线状目标， 面状目标仅检测出变化的一部分区域) ，需要有效的变化区域提取 方法从影像上准确获得交化处各目标的准确范围、形状和边界变 化区域的提取按具体情况可采用自动化或半自动化的方法，包括阈 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 值法、区域生长法、聚类法以及人机交互描绘法 变化类型的确定只对发生变化的影像区域，采用的方法可包括 有人机交互解译、自动分类识别以及模板匹配等方法。变化信息的 表示以监测区为单位，对变化图斑编号每个变化图斑应注明大地 坐标及所在l ：1 万地形图的图号，以备外业调查中使用对变化 图斑分为肯定与怀疑两种情况并分别用不同的颜色表示，确认发生 变化的图斑，以红色描绘图斑边界；怀疑发生变化的图斑，以黄色 描绘图斑边界，并填写相应的外业调查记录生成土地利用变化遥 感图，上面绘制监测地区的行政境界并标注地理名称。 e 外业核查 当土地变更调查在变化信息提取之后进行时，可以根据变化信息提取 的结果缩小核查的范围，减少野外土地变更调查的工作量，而核查的结果 可以提高遥感监测的精度；当变化信息提取之前已经有土地变更调查资料 时，则可根据调查资料做定性指导、定量判读，支持并确认变化信息提取 结果内外业相互验证，从而提高遥感监测的精度和可靠性 外业核查内容包括： ( 1 ) 实地检查确认遥感内业判读的变化图斑； ( 2 ) 实地调查影像上识别或定位不准的小图斑边界线；： ( 3 ) 实地量测影像上量测精度不足的线状地物宽度； ( 4 ) 对影像上有云影遮盖的范围作补充调查； ( 5 ) 实地收集监测区内与真正变化图斑相对应的土地变更调查资料， 为变化信息分类后处理及精度评价提供依据。 实际工作中，还要借助g p s 等一些较高精度的测量手段，以提高外业 量测的准确性 f 变化信息后处理 变化信息后处理主要工作有： ( 1 ) 外业资料整理与分析。 ( 2 ) 变化小图斑的归并对于变化提取确认的图斑，当图斑大小低于 最小量算度时，按最大相邻法合并。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 0 ( 3 ) 图斑范围、边界、类型确定，并标定对应的注记，一般要参考监 测区融合影像图、土地利用专题图以及土地变更调查记录手簿等多源数据 共同进行。 ( 4 ) 选取特征图斑，为建立影像特征库提供典型影像资料，并可用来 指导判读其他同类变化图斑的土地利用变化情况 ( 5 ) 统计变化面积并作变化分析 ( 6 ) 制图和更新土地利用数据库。 变化信息后处理的最基本原则是对照经野外分析整理的记录手簿、收 集的变更调查图或变更调查野外记录手簿以及监测图和前后影像的光谱与 纹理特征，对室内提取的变化信息进行进一步分析处理，做到监测图保留 的是实际变化的所有图斑。 1 4 基于p d a 的土地利用变更调查 现阶段用遥感手段对土地利用变更调查的方法，虽然周期上大大缩短， 但仍然首先在内业对遥感影像进行纠正、配准、融合、变化信息发现，然 后仍旧使用传统的外业调绘方法，利用土地利用现状图对变化区域进行核 实，对确实发生变化的区域进行边界量测，通过手工在图纸上标注和在记 录本上记录属性信息的变更，最后将外业调查记录的图形信息和属性信息 输入计算机，完成土地利用图形数据和属性数据的更新由于这种方法内 外业是分阶段进行的，而且外业仍然使用手工绘图与记录，这样可能造成 内业处理时数据丢失和混乱，致使内外业数据不一致。针对这一问题，本 文提出了一种基于p d a 的土地利用遥感调查方法。这种方法把外业核查、 测量和数据库变更三项工作整合到p d a 中现场完成，实现测量内外业一体 化。 基于p d a 的土地利用遥感调查方法关键在于设计与研发基于p d a 的 土地利用变更调查系统- - m a p d a t a r e n o v a t e 。本系统属于移动式地理信息系 统，采用了嵌入式开发技术，在w i n d o w s c e 下借助于e s u p e r m a p 类库完成 了系统的开发具体调查更新过程如下：此系统在外业调查前，把标识有 可能发生变化区域的遥感影像、土地利用现状图，配准后存入p d a 中，外 辽宁工程技术大学硕士学位论文 业调查时在p d a 上打开遥感影像图和土地利用现状图，根据标识的可能发 生变化区域有目的的进行核查，如果图斑内土地利用类型发生变化，根据 实地情况在p d a 上量测变化边界，登记变化属性，分析地类间的拓扑关系 在p d a 上现场绘图、记录、更新数据库，完成变更调查工作，回到内业， 把外业变更后的土地利用数据库通过数据转换软件导入计算机即可。如图 1 6 图1 - 6 基于p d a 土地利用变更调查流程图 1 5 论文研究的组织安排 本文共分为六章： 第一章介绍本文的研究内容和研究意义 第二章介绍嵌入式地理信息系统 第三章介绍基于p d a 的土地利用变更调查系统设计，是本文的一个技 术难点之一，也是本文的重点之一 第四章是本文的重点，介绍系统模块的实现过程， 第五章m a p d a t a r e n o v a t c 系统实地应用 第六章是全文的小结并提出展望。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 嵌入式地理信息系统( e m b e d d e dg i s ) 概述 2 1 嵌入式系统概述【i 川”1 f 1 4 】嗍 目前嵌入式系统技术已经成为最热门的技术之一，吸引了大批的优秀 人才投入其中。那么，什么是嵌入式系统呢? 什么样的技术可以称为嵌入式 技术呢? 嵌入式系统的定义，可以分别从广义上和狭义上讲： 广而言之，可以认为凡是带有微处理器的专用软硬件系统都可以称为 嵌入式系统。作为系统核心的微处理器又包括三类：微控制器( m c u ) 、数字 信号处理器( d s p ) 、嵌入式微处理器( m p u ) 。嵌入式系统是“以应用为中心、 以计算机技术为基础、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” 从狭义上讲0 6 1 ，嵌入式系统是指那些使用嵌入式微处理器构成独立系 统，具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统，这里的微处理器 专指3 2 位以上的微处理器。按照这种定义，典型的嵌入式系统有使用x 8 6 的小型嵌入式工控主板，在各种自动化设备，数字机械产品中有非常广阔 的应用空间；另外一大类是使用i n t e l ，m o t o r o l a 等专用芯片构成的小系 统，它不仅仅在新兴的消费电子和通讯仪表等方面获得了巨大的发展应用 空间，而且甚至有趋势取代传统的工控机【1 7 】 我们通常所说的嵌入式系统是指广义上的嵌入式系统，即以应用为中 心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统 i l l 。 嵌入式系统一般指非p c 系统，它包括硬件和软件两部分硬件包括 处理器微处理器、存储器及外设器件和i o 端口、图形控制器等。软件部 分包括操作系统软件( o s ) ( 要求实时和多任务操作) 和应用程序编程【l 】有 时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为， 而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用 2 2 嵌入式地理信息系统( e m b e d d e dg i s ) 2 e l 嵌入式g i s 是地理信息技术发展的一个重要方向中国软件行业协会 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 0 0 1 年度中国软件产业发展研究报告指出：嵌入式g i s 是新一代地理信 息技术发展的代表方向之一所谓嵌入式g i s 是指运行在嵌入式计算机系 统中的地理信息技术，“典型的嵌入式g i s 应用由嵌入式硬件系统、嵌入式 操作系统和嵌入式g i s 软件组成”其中，嵌入式硬件系统有掌上电脑、手 机、机顶盒等；嵌入式操作系统有w i n d o w sc e ，p a l mo s 等；嵌入式g i s 软件 有e s r i 公司的a r c p a d ，m a p i n f o 公司的m a p x m o b i l e 和m a p x t e n d ，吉奥公 司的g e o m o b i l e ，超图公司的e s u p e r m a p ，灵图的s m a r t i n h a n d 所有这些 嵌入式g i s 软件基本都提供了g i s 的简单功能，如图形的组织浏览、信息 查询测量、简单图形编辑等。同时，在这些嵌入式g i s 附加上一些外围设 备，如g p s ，就可以实现相关的g p s 功能，如启动关闭g p s 设备、快速 显示g p s 动态目标、运动轨迹回放、移动物体自动导航、自动纠正g p s 位 置偏差等。 嵌入式地理信息系统( e m b e d d e dg i s ) 是集成g i s 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g i s 产品设计包括虚拟原形设计和物理实现。“基于虚拟原型设 计方法是指根据相应产品的设计层次、设计信息和概念构造在功能、行为 及感官特性方面与实际产品尽可能相似的可仿真数字模型，然后根据该模 型仿真、分析、评价和验证设计方案、优化设计指标，提供迸一步设计的 数据与约束，是使用虚拟硬件代替物理硬件。”物理实现指硬件制造，如产 品模具制造、芯片设计与集成等。 p c g i s 指组成地理信息系统的计算机系统是通用的个人电脑，而 e m g i s 则是嵌入式g i s 系统e m g i s 和p c g i s 都可以采用面向对象的 编程方法来实现，对象模型的实现方式没有区别，但复杂程度有所不同， p c g i s 要求全面，而e m g i s 要求精练，功能可裁剪p c g i s 与e m - g i s 的比较如表2 - 1 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 4 表2 - 1p c g i s 与e m g i s 的比较 嵌入式g i s 主要特点是“可裁剪”性，包括数据格式的剪裁、功能剪 裁。不同的用户对兴趣点的要求不同，裁剪可顾及兴趣点内容的精确性和 完整性。 2 3 移动g i s 】【2 l 移动地理信息系统( m o b i l eg i s ) 是g i s 在嵌入式系统基础上面向专业 领域的应用拓展，是一个软件系统，是基于现有硬件平台所开发的移动 g i s 利用移动计算和无线通信技术，改变地理信息的处理方式，使我们的 工作与周围的世界连接。 2 3 1 移动g i s 含义 移动g i s 是在嵌入式g i s 系统的基础上，集成先进的个人化计算机技 术p d a 、移动通信技术( g s m c d m a ) 和卫星导航定位系统( g p s ) 技术，以拓 展g i s 系统的应用领域，提高g i s 信息采集和数据处理的方便性和实时性 移动g i s 系统包含了卫星定位技术，移动通信技术、g i s 、互联网等技术 综合性数字化信息系统。由于采用了有效的系统集成，该系统可以为客户 提供一种方便、快捷和可靠的信息查询和决策手段 移动g i s 包含如下含义： a 具有移动性，要求设备轻便易携带且具有上网功能； b 依靠无线网络进行空间数据更新； c 具有地理信息系统主要功能，设备可以保存一定数量的空间数据资 料； 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 3 2 移动g i s 的组成 移动g i s 不是简单的移动计算应用，而是一个建立在基础性的新范式 结构上的集成空间信息环境的系统移动g i s 主要由移动智能终端设备、 通信网络、服务器( 包括w e b 服务器、地图服务器和数据库服务器) 及定位 设备组成如图2 1 所示 图2 1 移动g i s 系统构成图 2 4 移动g i s 的模型结构分析 移动g i s 主要是瘦客户模型 - , - q 如图2 - 2 所示 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 6 h t m l 肖览j 图2 - 2 移动g i s 模型 a 应用逻辑型- - - - c s 模式 这种构架在移动终端执行g i s 应用，数据处理和传送功能在服务器端 进行。服务器与终端之间数据交换很少，并且服务器可以执行本地数据操 作，从而可以提供较好的可操作性但是该结构要求移动终端性能( 特别是 内存) 有一定的扩展能力，并且具有一定的编程能力( 如j a v a ，w m l 等) 来 支持每一种终端硬件类型 b h t m l 浏览器型一一b s 模式 此类型在服务器端采用c g i 编程，终端采用h t m l 浏览器来进行相互 通信。所有的处理过程都在服务器端进行，这使得服务器端与终端之间会 有大量的数据交换其优势是所有程序运行都只在服务器中进行，并且与 终端的硬件类型无关 c g i s 浏览器型一一b s 与c s 混合模式 该类型采用的是应用逻辑性和浏览器结合的应用模式，这种架构是基 于移动业务模型和固定业务模型的结合，根据系统中数据量的大小和移动 性要求对不同的数据分开进行管理，具有第2 种类型的易于系统开发性， 也具有第1 种类型的可操作性 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 7 2 5 移动g i s 的应用框架 要将移动计算与传统的g i s 进行结合，实现移动g i s 的应用模式，不 仅需要移动终端设备，还需要一些无线基础设施以及运行在移动终端设备 上的移动应用程序等。 这个框架定义了不同的功能层，主要包括用户层和开发者一一提供者 层。其中用户层包括四个层次： a 移动应用程序：提供给用户直接使用的应用程序以开展移动g i s 应 用。支持新的移动g i s 应用，也可以使现有的固定的g i s 应用修改后用于 移动环境。 b 移动智能终端：提供给用户进行移动g 1 s 应用的工具( 如：p d a 、g p s 接收机等) 在设计新的移动g i s 应用时，要考虑到这些基础设施之间的兼 容性。 c 移动构件：对于底层的详细情况，应提供给用户一个通用的易于使用 的用户接口移动构件的开发对于新的应用非常重要，可以减少重复的开 发工作。 d 无线网络基础设施：主要是组成移动环境的一些网络设施，对于移动 计算应用的无线局域网，其包括无线基站、集线器等网络设施在实际的 应用中，无线网络基础设施对服务的质量起主要作用 开发者一提供者层包括服务提供者和应用程序开发者 服务提供者将应用程序开发者根据用户的需求而开发出的移动应用程 序( 服务) 提供给移动用户使用，满足不同用户的特定需求 2 6 移动g i s 的特性概述 综上分析，移动g i s 具有以下主要特性： a 移动终端的多样性 ” 移动g i s 的客户端指的是可移动终端设备，一般在户外使用的较多， 市场上此类产品丰富，其选择范围较广，可以是拥有强大计算能力的掌上 电脑，也可以是屏幕较小、功能受限的各类移动计算终端，比如p d a ，移 动智能电话等等。终端的多样性意味着移动g i s 服务需要也是多样化 辽宁工程技术大学硕士学位论文 b 系统的兼容性 由于市场上硬件产品的多样化，终端用户所使用的操作系统不同，因 此，移动g i s 只有全面兼容了客户端的差异，系统的生命力才会得到更好 地发挥。 c 运行平台向无线网络的延伸 与w e b g i s 系统相比，移动g i s 系统的运行平台从传统的i n t e r n e t 延 伸到无线网络，这使得移动g i s 系统的实现更为复杂，同时无线定位技术 与传统g i s 的结合也产生了全新的g i s 应用模式 d 服务方式多样化 移动g i s 按数据获取方式不同以及信息服务的方式的不同，可以分为 离线体系和在线体系离线体系是通过安装嵌入式g i s 到移动设备上来进 行传统g i s 的工作；在线体系按其服务方式的不同，又可分为两种模式； “有线下载，无线服务”模式和无线网络模式 e 支持分布式数据源 移动g i s 运行平台向无线网络的延伸进一步拓宽了其应用领域，移动 用户需要的信息是多种多样的，任何单一的数据源无法满足所有的数据要 求，这就需要对分布式数据源的支持，必须允许用户自己选择空间信息需 求，然后信息通过安全、稳定的通信方式从“支持g i s 系统”中传输到“移 动g i s 系统”中。 f 网络带宽和设备计算能力不足 无线网络的带宽总是小于同时期的i n t e r n e t 带宽，为了确保服务质量， 移动g i s 系统必须尽可能减少传送的数据量来满足用户的需求；另一方面， 由于移动终端的资源受限，其计算能力相对较弱，移动g i s 的应用需要高 质量的数据给予支持。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3m a p d a t a r e n o v a t e 系统设计 3 1 总体思路 外业调查前，进行数据选择、处理等准备工作首先对遥感影像进行 正射纠正，配准，融合，并在图上标识出可能发生变化的区域。利用 a r c c a t a l o g 和a r c t o o l b o x 将d x f 格式的矢量数据转换为s h p 数据，并转 换坐标系，使得二者具备很好的几何空间一致性，然后利用s u p e r m a p d e s k p r o 新建数据源，把处理过的遥感数据和矢量数据以数据集的形式导入 到数据源中，即创建外业调查时所需的数据源。把数据源导入到p d a 中， 外业调查时，根据标识的可能发生变化区域有目的的进行核查，对确实发 生变化的区域，现场量测变化区域边界、记录属性信息、更新数据库，保 存更新后的图形回到内业，把数据源通过数据转换工具导出，重建空间 索引，从数据源中导出数据集，即完成了土地利用变更调查工作。如图3 - l 所示。 3 1 1 前期准备 一 对遥感影像进行正射纠正、配准、融合，再与土地利用现状图进行几 何精校，使得二者具备很好的几何空间一致性。土地利用变更调查需要调 查土地利用属性发生变化的地块，测量它们的变化边界和登记变化属性， 为了加速测量工作，在测量之前应该先识别出变化地块的大致位置并标识 在图上，供野外测量中使用【2 1 3 i 2 数据导入p d a 把处理过的遥感影像和土地利用现状图配准后导入p d a 中，用遥感影 像更新土地利用现状数据库。我们选用数据源导入的方式【2 们，把遥感数据 和矢量数据以数据集的形式存放在数据源中，然后把数据源导入p d a 。打 开s u p e r m a pd e s k p r o5 ，新建数据源，数据源格式为s d b 。如图3 - 2 所示。 然后导入数据集，如图3 - 3 所示。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 l 一 i i 】 图3 1 技术路线 ；i 计 算 一 t 。 机 p d 仁 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 1 图3 - 2 新建数据源圈3 - 3 导入数据集 矢量数据导入，如图3 - 4 所示。 图3 - 4 矢量数据导入 辽宁工程技术大学硕士学位论文 遥感数据导入，如图3 - 5 所示。 圈3 5 遥感数据导入 点击“高级”按钮，设定影像坐标参考文件，就是选择t f w 文件如图3 - 6 所示。 图3 - 6 影像坐标参考文件 辽宁工程技术大学硕士学位论文 影像打开后保存地图，作为p d a 中地图数据源里的数据集。如图3 7 所示。 图3 7 保存地图 保存工作空间一s m w 文件，保存数据源一s d b 文件，关闭s u p e r m a p d e s k p r o 。然后打开e s u p e r m a p v i e w e r ，点击数据转换工r 具，把s d b 文件转 换为p m 2 文件，把s m w 文件转换为p r o w 文件转换成功后用 e s u p e r m a p v i e w e r 打开，可见遥感影像与矢量图匹配叠加成功，把p m 2 文 件和p m w 文件拷贝到p d a 中 3 i 3 外业数据采集 在p d a 上打开遥感影像图和土地利用现状图，针对标识出的可疑图 斑，有目的地到实地核查，如果图斑内土地利用类型发生变化，根据实地 情况在p d a 上测量变化边界，登记变化属性，分析地类间的拓扑关系2 测量边界通常采用g p s 或全站仪等测量手段，但在本系统的使用中可根据 高分辨率遥感影像的纹理特征和光谱特征对照实地直接量测，因为经过正 射纠正与土地利用现状图配准后的高分辨率遥感影像已具备精确的地理坐 标，像分辨率为o 6 l 米的q u i c k b i r d 遥感影像可以直接用来更新l ：5 0 0 0 ， 甚至1 ：2 0 0 0 的土地利用现状图，随着分辨率的不断提高，其测图精度将 越来越高如果土地利用类型未发生变化，则保持原来的图斑类型不变。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 1 4 导出数据 把变更后的数据拷回电脑中，利用e s u p e r m a p v i e w e r 把p m 2 文件打开， 打开后重建空间索引，用数据转换工具把p m 2 文件转换回s d b 格式的文件， 用s u p e r m a pd e s k p r 0 5 打开后，重建空间索引后，导出数据集一一为s h p 格式土地利用变更调查结束。 3 2 系统设计目标、开发环境和运行环境 3 2 1 设计目标 不同的行业应用对嵌入式系统的技术要求不同，就土地利用变更调查 而言，要满足的目标是： a 能够载入遥感影像图和土地利用现状图。 b 能够对地图进行各种操作，如浏览、放大、缩小等等。 c 能够对矢量图层进行编辑，如点、线、面的添加、删除和移动等等。 d 能够编辑和录入属性数据。 c 能够保存图形 3 2 2 开发环境 a 硬件系统 p c 兼容机一台( 配置相关的硬件) 。p c 机有u s b 串口提供与p d a 连 接，以便于系统下载到p d a 上运行 b 软件系统 w i n d o w s 2 0 0 0 、m i c r o s o r a c t i v e s y n c3 5 ( 用于与嵌入式设备的通讯) 。 c 开发工具 m i c r o s o f te m b e d d e dv i s u a lc + + 3 0 ，e s u p e r m a p5 0 类库。 3 2 3 运行环境 a 硬件系统 本系统是在联想天玑x p 2 1 0 掌上电脑上测试运行的。 b 软件系统 w i n d o w sc e3 0 操作系统 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 2 4 嵌入式开发工具简介 a m i c r o s o f te m b e d d e dv i s u a lc + + 3 0 【捌 m i c r o s o f te m b e d d e dv i s u a lc + + 3 0 是微软公司为开发w i n d o w sc e 应 用程序而专门开发的一个集成开发环境。利用这个集成开发环境，可以快 速开发出具体的应用程序它与m i c r o s o f t v i s u a l c + + - - 样，都是功能强大、 应用灵活的开发工具，界面也很相似。 与v i s u a lc + + 6 0 不同的是m i c r o s o f te m b e d d e dv i s u a lc + + 3 0 不支持 多文档界面，不支持非3 2 位的函数，其它w i n d o w s 下面的a p i 函数不一 定支持，只支持u n i c o d e 字符。 由于在w i n d o w sc e 系统下运行的程序，不仅与设备类型有关，还与 具体设备的c p u 类型有关，不同的c p u 类型，需要不同的编译代码，因 此在编码和调试过程中，要注意选择对应的设备类型、c p u 类型和运行环 境。 b e s u p e r m a p5 0 【硐 e s u p e r m a p 是北京超图地理信息技术有限公司开发的嵌入式地理信息 系统开发平台，它充分考虑到了嵌入式设备资源紧缺的特点，从数据结构 到基本算法都精益求精，对资源的消耗很低，而其性能却很优异，功能强 大、系统稳定，为面向嵌入式应用的地理信息系统的开发提供了极大的方 便。目前，e s u p e r m a p 以类库的的方式进行开发。 3 3 总体设计 3 3 1 地理信息存储管理 嵌入式设备只有很小的存储容量，常用的桌面g i s 数据存储方案由于 需要大容量的存储设备，不适宜在嵌入式设备上使用，如何存储庞大的地 图数据是嵌入式g i s 要解决的核心问题本设计中，为了在p o c k e tp c 上 实现嵌入式g i s ，我们用p m w 文件格式来组织地理数据。p m w ( p o r t a b l e m a pw o r k s p a c e ) 数据文件是e s u p e r m a p 公司根据嵌入式设备的特点而专门 设计的文件格式，它采用超图结构化存储( s u p e r m a ps t r u c t u r es t o r a g e ) 技 术，把图形数据及其属性数据、地图数据、符号库、线型库整合到一个文 辽宁工程技术大学硕士学位论文 件中，进行一体化管理，文件紧凑，逻辑结构清晰，方便管理，可移植性 强一个p m w 文件存放一个数据源，一个资源和一个地图啪l 。数据源又 包含很多不同类型的数据集，地图也由多个图层组成，资源由一个线型库 和一个符号库组成。 a 数据集( c s e d a t a s e t ) 数据集是s u p e r m a p 系列软件中进行数据存储的基本组织单位。数据集 的概念是由同种类型的数据组成的集合，如点数据集都是由点状数据组成。 目前，s u p e r m a p 中有十八种类型的数据集：如：点数据集，线数据集，多 边形数据集，c a d 数据集，网络数据集，文本数据集等。 数据集是具体的空间数据的集合，可分为矢量数据集c s e d a t a s e t v e c t o r 和栅格数据集c s e d a t a s e t r a s t e r 两类，它们都是从c s e d a t a s e t 派生而来的， 分别组织和管理矢量数据和栅格数据数据集都有坐标范围的，坐标范围 对地图的显示非常重要。 矢量数据集中，坐标的范围尤其重要，进行检索、索引等操作时都要 用到数据集的坐标范围，如果数据集的坐标范围不正确，则检索出来的实 体就不一定准确，所以当出现这种情况，就应该重新计算数据集的范围， 然后对数据集重建索引。矢量数据集中，除了系统默认的属性字段，还可 以创建自定义的属性字段，用以存放附加的属性信息对于不再需要的自 定义字段，也可以把它从数据集中删掉 记录集是记录的集合，它是从矢量数据集中根据一定条件检索出来的 记录的集合。不同的检索条件检索出来的结果是不一样的，检索结果可以 是数据集的所有记录，也可以是部分记录具体的查询模式有以下几种： 通过指定的记录i d 来检索( q u e r y w i t h i d s ) 、通过指定区域范围来检索( q u e r y w i t h b o u n d s ) 、通过属性条件来检索( q u e r y w i t h g e n e r a l ) 、通过与某个对象 的距离来检索( q u e r y b y d i s t a n c e ) 、通过组合条件来检索( q u e r y w i t h c o m p o u n d ) 通过记录集，可以访问实体的几何数据和属性数据，具体的方法为g e t g e o m e t r y s e t g e o m e t r y , g e t f i e l d v a l u e s e t f i e l d v a l u e ，a d d n e w d e l e t e 等。注 意修改某一记录的属性字段前，要先设置编辑状态( e d i t 方法) ，修改完了要 提交修改( u