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基于ArcGISMobile的移动地理信息系统的关键技术


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铁      道 勘 察

2009 年第 6 期

文章编号 : 1672

7479 ( 2009 ) 06

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基于 A r c G IS Mo b ile 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 ob ile G IS Ba sed on ArcG IS M ob ile
Zhu Lei Chen Peng He B ing Tong X iaohua

bile 开发了一个校园移动地理信息系统 。

   目前 ,专业的 GIS厂商大都已经推出了自己的移

动 GIS 平 台 软 件 和 开 发 工 具 , 如 M ap Info 公 司 的 M apXMobile,M apX Mobile 是 M ap info 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 [1] 序 ; 参考文献 [ 1 ]利用 M apXMobile 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 GIS 分析和 GPS 集 [2] 成功能 。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 。 Intergraph 针 对 移 动 领 域 推 出 的 解 决 方 案 — Intelli here, Intelliw here 的功能可以应用于无线 W 通信 、 S、 LB 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 ; Autodesk 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 ap 公司开发的 eSuper ap 是一款真 M M 正意义上的嵌入式 GIS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 ,
收稿日期 : 2009 2 2 10 29 基金项目 : 国家 863 计划 (项目号 : 2009AA12Z214) 第一作者简介 : 朱   ( 1983 —) , 男 , 同济大学测量与国土信息工程系 磊 在读研究生 。

       摘 要 介绍了当前主流的移动 GIS平台软件和开发工具的背景 , 以及 ESR I公司用于开发移动 GIS的工具 A rcGIS Mobile,然后阐述了用 A rcGIS Mobile 开发移动 GIS的关键技术 , 最后用 A rcGIS Mo 2 关键词  A rcGIS Mobile   移动地理信息系统  . NET W indow s Mobile 中图分类号 : P208; P22814     文献标识码 : A
开发工具
A rcPad

实现了 GIS与 GPS技术的融合

[4]

。 文献 [ 4 ]介绍了建

立基于 Super ap 的野外数据采集系统所涉及的相关 M 技术 。 另外还有北京灵图推出 Sm artInHand,北京慧图 进行移动制图的 TopM apCEGeniuos以及台湾英瑞得信 息推出的 W alkM ap 等 。而作为世界 GIS 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 rcGIS Mobile,它和 A rcPad 的区别如表 1 所示 。
表 1  A rcP a d 与 A rcG IS Mo b ile 的比较
特点 开发环境 软件 ,可以直接使用 ,可 修改的地方很少
A rcPad App lication Builder

支持的开发语言
vbScrip t、 scrip t J

A rcGIS Mobile

开发包 ,不能直接使用 , 扩展性强使用灵活

  A rcGIS Mobile 可扩展性强并且支持微软内嵌了

用 A rcGIS Server 913的 ADF进行移动 GIS的开发。

个基于 M icrosoft . NET fram ework 的构建高性能移动
GIS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

W indowMobile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

1  A rcG IS M o b ile 开发环境

A rcGIS Server Mobile SDK是 ESR I公司开发的一

. NET CompactFram e2 C#、 、 VB Java work、 JAVA M E

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

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框架 。比较常用的是 . NET 下的 Mobile ADF (Mobile App lication Developer Fram ework ) 。通常情况下 , 要开 发基于网络的移动 GIS系统就要用到 W eb ADF (W eb App lication Developer Framework ) 。 A rcGIS 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 rcGIS 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 - M apCache 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 rcGIS Mobile 应 用在移动环境下有着非常好的适应性 。 通过 A rcGIS Mobile SDK,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 ADO. Net编辑表格数据 ; 自动从 GIS服务器同步更 新数据等操作 ,满足了移动 GIS应用的基本需求。 一般来说 ,通过使用 A rcGIS Mobile创建一个移动 应用程序可以通过以下步骤完成 : ( 1 )用 A rcM ap 渲染并处理现有的地图数据 。 ( 2 )用 A rcCatalog或者 A rcGis ServerM anager发布 地图数据 。 ( 3 )用 VS2005 或 VS2008 和 A rcGis Server Mobile
SDK创建移动应用程序 。 ( 4 )在移动设备上部署应用程序和数据 。

图 1  移动 G IS 的体系结构

( 1 )把所需的地图数据通过 A rcCatalog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 rcCatalog 或 A rcGIS M anager发布第一 步制作的 M apService。 ( 4 )使用 ADF创建 W eb 应用 服务器端如图 2 所示 。

2  移动 G IS 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 。 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 GIS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 IF I无线网络或者 GPRS、 CDMA 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 rcGIS W eb App lication Developer Framework (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 :
图 2  服务器端示意

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 Runtim e 环境 , 要 把 A rcGIS Mobile. CAB 和
AG MRuntim 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 rcGIS2 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

211   服务器端关键技术

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

212   移动客户端关键技术

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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 rcGIS Mobile 中引入了地图缓存 M apCach, 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

tion1;

  } ( 4 )图层编辑和管理技术 图层是 GIS数据组织和管理的基本单位 , 对空间 [5] 数据进行分层是 GIS对数据管理的重要内容 。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 istB 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 for循环遍历存储在 MobileService 里的每个图层的 Name 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 M ap 控件的当前动作 ( Current apAction 集 M 合 )为 addVertexSketchTool项 。 取 SketchGraphicLayer 的 Geom etry 属 性 , 最 后 把 SketchGraphicLayer的 Geometry 属性指向现有的集合 对象 。 关键代码如下 :

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 M apCach 文件 。 ( 2 )数据加载和显示技术
A rcGIS 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 SDK中 , MobileService 类是存储从 A rc2
GIS Mobile Server中获得的图层数据 , 它有 2 个属性 : PDA 的缓存文件中加载数据则形式如下 : CacheStoragePath 和 U rl, 用来加载图形数据 。如果从 MobileService. CacheStoragePath = Environm ent . GetFolderPath ( Environment SpecialFolder Personal ) + . . @ " \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 : http: ∥ < server_ name > / arcgis/ services/ < map _ nam e > /M apServer/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 。 GIS中常用的视图操作包括平 移、 放大 、 缩小 、 全图 、 漫游等 。 A rcGIS Mobile 提供了 一个最重要的开发控件 M ap , 当给窗体添加了一个 M ap 对象时 ,M ap 自动绑定了一个 MobileService 对象 ,

地图内容通过 MobileService 控件获得和发送 , M ap 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 MapAction属性集合中进行设 置 ,MapAction 集合包括了 Zoom InMapAction、 ZoomOut2 MapAction、 Zoom InOut apAction、 M PanMapAction 等 属 性 成员对 Map 控件进行操作。地图操作的形式为 : M ap. Current apAction = (M apAction 集合成员 ) ; M 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 void zoomOutToolStripM enu Item _ C lick ( object sender, EventA rgs e )   {     m ap1. Current apAction = zoomOut apAc2 M M

获得 M ap 控件 M apGraphicLayers集合中的元素并 赋给 SketchGraphicLayer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 (M utiPoint、 Polyline、 Polygon )给 SketchGraphicLayer的 Geom etry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 rcGIS Mobile SDK在 M apAction 集合里提 供了 Delete Vertices、 Insert 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 M apGraphicLay2 ers中的元素并赋给 SketchGraphicLayer 的对象 , 再获

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

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map1. Current apAction =moveVertexSketchTool1; M SketchGraphicLayer sketchgraphiclayer = map1. M apGraphicLayers[ 0 ] as SketchGraphicLayer;

   ( 5 ) GPS导航技术 A rcGIS Mobile 提供了 3 个和 GPS 相关的控件 , GPS Serial Port Connection, GPS File Connection 和 GPS D isp lay。 GPS Serial Port Connection 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 Connection 的 open 方法 ,可以开始接收 GPS 的信息并解析 NM EA GPS 语句来获得当前时间和坐 标信息 ,用 Close 方法来停止接收数据 。 GPS File Con2 nection 是模拟 GPS格式数据的类 ,它可以读取预先存 储的 NM EA 格式的二进制文件模拟出 GPS 的位置信 息 。 GPS D isp lay 类 的 方 法 可 以 把 通 过 解 析 得 来 的 NM EA 数据展现在 M ap 控件上 。 ① 显示 GPS数据信息

   Geometry geometry = sketchgraphiclayer Ge2 . ometry;     if ( geom etry = = null)
   

   {      return;    }     sketchgraphiclayer Geom etry = 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 。

图 3  视图操作

图 4  编辑操作

当系统通过蓝牙和 GPS连接后 ,打开指定的 Com 端口用 serialPortGp sConnection 的 open 方法开始接收 GPS数据 ,然后利用 GPS Serial Port Connection 类来解 析 NM EA 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 isp lay 显示在 M ap 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 Connection 类读取并通过 GPS D isp 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

52 (如图 5 所示 ) 。具体过程如下 :

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为同济大学土木大楼 (如图 7 所示 ) 。

从 GPSConnection 的 Satellite 属性中查找从串口 或者 NM EA 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 Id、Elevation 、 m uth 、 SignalStrength 属性并转 Azi 和 化为字符串显示在 L istV iew 控件中 。 继续搜索下一颗卫星 , 直到遍历完所有卫星后 返回 。

图 6  数据加载 图 5  显示 GP S 卫星参数      

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

3  系统应用 311   应用程序的部署 312   系统应用

根据创建移动应用程序的步骤 , 当完成移动应用

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 NM EA 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

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 rcGIS Mobile. CAB 和 AG 2 M Runti e. CAB ,通过 ActiveSync 把他们拷入移动设备 m ice Cache工具并打开 ,安装提示步骤操作就可以创建

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 ) 。

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 dwg 数 据 )先在 A rcCatalog中转换成 shape 格式的文件 , 然后 保存成 m id,接着在 A rcCatalog中发布 M ap Services,然

后在 A rcCatalog的工具箱中找到 Generate Mobile Serv2 地图缓存文件 。最后把缓存文件拷入移动设备的目 录中 。 利用该系统 ,笔者开发了同济大学校园移动 GIS, 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

图 8  数据采集  

图 9  GP S 文件解析  

4  结束语
A rcGis Mobile 是 ESR I公司新开发的一个用于移

动 GIS开发的平台 ,它能满足 LB S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 GIS 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 GIS 系统 。 当然 , 对于一个成熟的移动 GIS 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 。

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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文章编号 : 1672

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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 )

A ssess men t on I nfluence of D eeply Covered Karst on Ra ilway Pa ssenger D ed ica ted L i es n
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 : TU195 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 40 m ,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 。
收稿日期 : 2009 2 2 10 15 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 。

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 ~60 m; 三是下部 岩溶弱发育带 ,位于碳酸盐岩顶部界面以下 60 m。
[6]  严永斌 ,吴健平 . 基于 . NET Compact Framework 的移动 GIS软件开



考 文



[ 1 ]     ,花向红 ,涂  伟 , 等 . 基于移动 GIS 的小型移动应急平台 周 隽

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111   基岩岩溶发育特征

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