第七章 移动GIS原理

1、李成名 李鲁民第七章 移动GIS6.1 移动移动GIS概念概念近几年移动近几年移动GIS相关的提法相关的提法q 基于位置的服务基于位置的服务 LBS(Location Based service)q 3G集成系统集成系统 GPS/GIS/GSM(GPRS) integrated system；q 移动定位服务移动定位服务 MPS(Mobile Position Service);q 空间信息移动服务空间信息移动服务6.1 移动移动GIS概念概念q 从理论上，空间信息移动服务可以归为从理论上，空间信息移动服务可以归为“移动移动GIS”这一术语，它是相对与静态这一术语，

2、它是相对与静态GIS和时态和时态GIS而言的：而言的：静态静态GIS的分析空间是（空间，属性）的分析空间是（空间，属性）时态时态GIS的分析空间是（空间，属性、时间）的分析空间是（空间，属性、时间）二者的研究对象都是地理实体二者的研究对象都是地理实体而移动而移动GIS的研究对象则是移动目标（非地理的研究对象则是移动目标（非地理实体）和地理实体关系实体）和地理实体关系,其分析空间应是（移其分析空间应是（移动目标、空间，属性、时间）动目标、空间，属性、时间）6.1 移动移动GIS概念与构成概念与构成qMobile GIS is the use of geographic data in the f

3、ield on mobile devices. Its an evolution of how the enterprise database is used and managed within an organization.q Mobile GIS integrates three essential components： global positioning system (GPS) rugged handheld computers GIS softwareq Bringing these technologies together makes the enterprise dat

4、abase directly accessible to field based personnel - whenever and wherever it is required.6.2 MGIS的体系结构的体系结构(1)q系统结构硬件系统软件系统6.2 MGIS的体系结构的体系结构(2)q硬件构成： 与静态GIS相比，移动GIS研究的对象不再是关系具有不变性的实体集，而是少量有限的移动实体集，原相对静止的实体集仅作为参考目标。同时，硬件环境也发生了较大的变化，在移动端需采用轻便、灵活、易于携带、外观设计优雅的智能化终端设备。当然，由于智能终端的简化，其存储计算功能较弱，显然全部静态空间数据存

5、储与小型终端极为不现实。因此，从固定服务器通过有线或无线通信技术动态刷新智能终端中的空间数据技术和设备必不可少。6.2 MGIS的体系结构的体系结构(3) 经过上面的分析，可见移动GIS系统的硬件构成至少有四部分：q服务器端的相关设备服务器端的相关设备q通信网络与通信设备通信网络与通信设备有线通信有线通信无线通信无线通信q移动终端设备移动终端设备CPUCPU功能较弱功能较弱只有更小的存储器（只有更小的存储器（ROMROM、RAMRAM）功耗受到一定的限制功耗受到一定的限制显示窗口较小显示窗口较小有不同的输入设备有不同的输入设备q移动目标空间定位设备移动目标空间定位设备体系结构体系结构6.2 M

6、GIS的体系结构的体系结构(4)软件构成：q服务器端的空间信息服务于分发系统q无线传输软件系统q 智能终端软件系统q定位导航软件系统6.2 MGIS的体系结构的体系结构(5)q服务器端的空间信息服务与分发系统移动GIS服务器端真正存放了大量的、多尺度空间数据，这些数据查询、统计、检索及数据格式转换等功能属于空间数据管理的范畴。另外，服务器端的软件系统要能够响应来自各处智能终端的并发服务请求，并自动启动空间数据管理引擎，依据请求自动完成裁切、拼接、转换等步骤，及时把智能终端需求的数据反馈到用户并自动刷新。6.2 MGIS的体系结构的体系结构(6)q无线传输软件系统服务器端和智能终端主要依靠无线方

7、式传送数据、交换信息。应当说，从终端向服务器发送的请求数据量较小，但服务器响应请求并制作空间数据发回终端，这使得数据量相对于无线传输速率而言十分庞大。从理论上分析一个中等城市的数据需要3-5秒钟，如此长的等待时间令人难以容忍。因此，在服务器端引入压缩、智能终端引入解压技术十分重要。6.2 MGIS的体系结构的体系结构(7)q智能终端软件系统（1）在智能终端，移动目标GPS坐标的获取、定位以及查询分析和静态目标的快速显示等功能都是智能终端软件系统的重要组成部分。移动目标GPS坐标定时地获取，当进行移动目标在获取GPS坐标的时刻，位置基于其他静态目标集中的元素关系查询、分析时，相对比较容易。而当移

8、动目标处于两个GPS坐标获取时刻之间时，位置及与周围目标空间关系的查询就相对比较复杂，要用数学函数，根据移动目标的运动速度、方向及特点进行模拟、预测。6.2 MGIS的体系结构的体系结构(8)q智能终端软件系统（2）另外，适合于个人计算机的栅格、矢量等数据结构，在性能远远低于个人计算机的掌上型智能终端运行时，对于图形的显示、缩放、查询、分析等功能效率较低，研究适用于低性能移动终端的高效的数据结构势在必行。6.2 MGIS的体系结构的体系结构(9)q导航定位软件系统通过红外或串口获取GPS位置信息，转换到导航地图的坐标系统，并进行GPS坐标的保密技术处理。6.3 移动移动GIS的原理的原理(1)

9、6.3 移动移动GIS的原理的原理Server端数据流程端数据流程6.3 移动移动GIS的原理的原理Client端数据流程端数据流程q基于CF卡+GPS+掌上电脑的离线应用模式q基于WAP的手机在线应用模式q基于SMS的手机定位在线应用模式q基于SMS+GPS的在线应用模式q基于GPRS+GPS+PDA的实时在线应用模式6.4 6.4 空间移动系统应用服务模式空间移动系统应用服务模式基于基于CFCF卡卡+ +GPS+GPS+掌上电脑的离线应用模式掌上电脑的离线应用模式基于基于WAPWAP的手机在线应用模式的手机在线应用模式基于基于SMSSMS的手机定位在线应用模式的手机定位在线应用模式城市信息

10、如何去武珞路中 学学校基于基于SMS+GPSSMS+GPS的在线应用模式的在线应用模式移动终端监控中心路由接拨号用户基于基于GPRS+GPS+PDAGPRS+GPS+PDA的实时在线应用模式的实时在线应用模式6.5 移动互联网解决方案（移动互联网解决方案（1 1） q为什么引入WAP ？目前，移动终端如手机、PDA的数量已超过固定电话，无线通讯发展迅猛，INTERNET信息爆炸，如何做到让移动终端通过无线通讯手段随时随地获取INTERNET信息-移动互联网成为热点和技术创新点。WAP协议是针对移动终端和无线通讯的特点设计的无线应用协议，是移动互联网的一种有效解决方案 。q与移动通信密切相关的技

11、术无线网络技术，其主流趋势是GSM网络通过GPRS技术向分组业务演进. PDA技术 ，包括硬件和软件技术，以及相关的如文字语音识别/数码摄像/蓝牙互联等。 q无线数据网络（Bearer）的特点 与有线数据网络比，无线数据网络具有以下特点：与有线数据网络比，无线数据网络具有以下特点：带宽更窄带宽更窄时延较大时延较大连接稳定性差连接稳定性差利用率难以控制利用率难以控制6.5 移动互联网解决方案（移动互联网解决方案（2 2）6.5.1 WAP移动互联网的相关技术（移动互联网的相关技术（1 1） qGSM GSM是Global System for Mobile Communications的缩写，意

12、为全球移动通信系统，是世界上主要的蜂窝系统之一。GSM数据业务是：基于电路交换的数据业务提供9.6kbps的接入速率，这也是目前网上设备都支持的一种业务。此后出现了基于SMS的数据业务，实现小数据量业务的Internet接入、收发EMAIL等业务。由于电路交换的固有特点，使得在提供GSM数据业务时具有资源利用率低、使用成本高等不可避免的问题。6.5.1 WAP移动互联网的相关技术（移动互联网的相关技术（2 2）qCDMA CDMA是Code-Division Multiple Access的缩写，这是一种采用spread-spectrum的数字蜂窝技术。与其使用time-division mu

13、ltiplexing(TDM)的竞争对手(如GSM)不同， CDMA并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱。CDMA对每一组通话用伪随机数字序列进行编码。6.5.1 WAP移动互联网的相关技术（移动互联网的相关技术（3 3）qGPRS GPRS是General Packet Radio Service的缩写，意为“通用分组无线业务”。这是无线通信的一种标准，其速度为150Kbps，比GSM的9.6Kbps快15倍。GPRS可以支持多种带宽，是对有限带宽的高效使用。此技术尤其适合发送小量数据，如收发email，上网浏览。也可以用于大量数据的传输。GPRS是G

14、SM Phase 2+阶段引入的一种基于分组的数据业务，它能够实现从空中接口到外部网络之间的分组数据传输，GPRS可以接入基于TCP/IP的外部网络和X.25网络。 6.5.1 WAP移动互联网的相关技术（移动互联网的相关技术（4 4）qGPRS的主要特点是 ： GPRS向用户提供从9kbps到多于171.2kbps的接入速率。更为有效地利用无线资源，可动态地向单个用户分配位于同一载频上的1到8个时隙 。无线接口资源可根据业务流量和运营者的选择在语音和数据业务之间共享。GPRS支持上行和下行的非对称传输，更为有效地实现和IP网络的互通。GPRS从协议结构上提供了和IP网络的互通功能。另外GPR

15、S可以更为便捷地实现和X.25网络的互通。GPRS能向用户提供Internet所能提供的一切功能。 6.5.1 WAP移动互联网的相关技术（移动互联网的相关技术（5 5）q3G3G是Third Generation的简称，是指第三代移动通信。3G将具有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet。3G还处于试验阶段。从第二代移动通信向3G的过渡技术是GPRS 。 q针对移动终端和无线网络的特点，移动通信界提出了WAP协议用以解决移动终端的数字通讯并达到以下要求：兼容性好；便于升级；效率高；可靠性高；安全

16、性好。 无线应用协议（WAP）是一个由WAP论坛提出的语言、通信协议及工具的规范集。目标是使移动用户以类似WWW的方式访问INTERNET上的WWW内容和数据库信息。它定义了下述内容：6.5.2 WAP技术技术 WAP的引入的引入 6.5.2 WAP技术技术 WAP的引入的引入 q无线应用程序的编程模型，规范了无线应用的编程模型和体系结构。qWAP改造了不适合移动终端的WWW内容的描述语言超文本链接标记语言（HTMLHTML）和无法适用于无线网络环境的通信协议超文本传输协议（HTTPHTTP）。WAP定义的无线应用环境（WAE）包括：无线标记语言（WML）无线标记语言脚本（WML Script

17、），用于组织WAP应用。q同时，WAP也定义了适合于无线网络环境的通信协议栈：无线会话协议（WSP）无线交易协议（WTP）无线安全协议（WTLS）无线数据报协议（WDP）6.5.2 WAP技术技术 WAP编程编程模型模型q在WWW模型中，Client和Server之间是通过HTTP协议的。q在WAP模型中，Client和Gateway之间是通过WAP协议的，而Gateway和Origin Server之间是通过HTTP协议的.WWW模型模型 WAP模型模型 6.5.2 WAP技术技术 WAP与与WWWWWW的连接的连接 qWAP利用网关技术连接WWW和无线领域. WAP网关的作用是：将WAP转

18、换成TCP/IP、HTTP协议，并访问数据库。6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信基本流程基本流程qWAP的应用环境包括WAP客户机、WAP网关、WAP服务器。q工作流程如下： 无线设备(手机、PDA)(WAP协议) WAP网关(HTTP协议) WAP服务器数据库服务器6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信网关的作用网关的作用qWAP网关在WAP设备与Web服务器之间的连接中有许多功能。这些功能基本上是：将标记语言(WML)从文本转换成可以被WAP设备读懂的编码(二进制/压缩的)格式；将WAP设备的请求转换成Web中的HTTP请求；在Web和WAP之间实现SSL加密和WTLS加密的转

19、换；在Web和WAP之间的传输层之间实现TCP和WDP的转换；网关还具有一些其他可选的功能，例如将Text文件，HTML文件转换成可读的WAP格式。6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信协议体系结构协议体系结构6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信协议体系结构协议体系结构qWDP(Wireless Data gram Protocol)WDP(Wireless Data gram Protocol)WDP是传输层(Transport Layer)的通讯协议，它是当您架设于不同通讯技术的数据服务上时，都能为WAP的上层通讯协议提供一个共同的通讯界面。因此，包括应用层、会话层、交易层、安全

20、层的通讯规定都能直接在WDP上运作。 6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信协议体系结构协议体系结构qWTLS(Wireless Transport Layer Security)WTLS(Wireless Transport Layer Security) WTLS是根据工业标准TLS Protocol(即Secure Sockets Layer，SSL)而制定的安全协议。WTLS是设计使用在传输层(Transport Layer)之上的安全层(Security Layer)，并针对较小频宽的通讯环境作修正。具有以下功能：数据传输的一致性：WTLS包含保证数据在终端和应用服务器间稳定准确

21、无误地传送的设备。 数据传输的保密性：WTLS提供了保证数据在终端和应用服务器间传输的保密性的设备，任何截取了数据流的中间设备都不能对其进行识别； 拒绝服务保护 ： WTLS提供能检测和驳回重放和不能顺利进行核对的数据的设备。真实性 ： WTLS包含建立终端应用服务器真实性的设备；6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信协议体系结构协议体系结构qWTP(Wireless Transport Protocol) WTP(Wireless Transport Protocol) WTP是架设在WDP之上的交易层(Transaction Layer)的通讯规定，是为了小型（瘦）客户端界面(如移动电

22、话)所设计的。类似于WWW中的TCP协议，在不可靠的数据报服务上为上层提供可靠连接。WTP在安全和非安全数据包网络上有效地操作并提供以下特性： 不可靠单向请求 ； 可靠单向请求 ； 可靠双向请求答复办理 ；等等 6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信协议体系结构协议体系结构qWSP(Wireless Session Protocol )WSP(Wireless Session Protocol )WSP是会话层(Session Layer)的通讯规定，提供两种服务，包括架构在WTP之上的面向连接服务和架构在WDP之上的无连接服务。提供对话的管理功能。6.5.3 WAP移动网络通信移动网络通信协议体系结构协议体系结构qWAE(Wireless Application Environment) WAE(Wireless Application Environment) WAE定义了应用层(Application Layer)的通讯规定。WAE使用网络系统及内容提供者, 能通过微浏览器(Micro Browser)来提供给消费者不同的内容及应用服务。它包含