本科毕业设计（论文）
题目 基于移动GIS的野外地质数据
采集系统的设计与实现
院 ( 系 ) 资源环境学院 专业名称 年级班级 学生姓名 指导教师
2013年 6月 1日
理工大学
毕业设计（论文）任务书 专业班级 地球信息科学与技术 学生姓名 王士远
一、题目 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的设计与实现 二、起止日期 2013 年 3 月 22 日至 2012 年 6 月 12 日 三、主要任务与要求
（1）在翻阅文献资料的基础上，完成了论文综述和中英文翻译任务；
（2）进行开发环境的搭建；
（3）通过查阅资料学习系统开发过程中应用的技术和原理方法，确定系统的开发流程；
（4）通过搜集资料和参考例子，实现GIS的基本功能； （5）实现GPS的定位显示、地质点采集、属性数据的录入等功能；
（6）实现属性数据的查询功能。
指导教师 职称
院（系）领导 签字（盖章）
年 月 日
理工大学
毕业设计（论文）评阅人评语 题目 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的设计与实现
论文从系统研究背景与意义、国内外研究现状、研究思路、研究内容、系统的分析与设计、系统功能实现等方面，较为详细的论述了基于移动GIS的野外地质数据采集系统的设计、开发的全过程，集合数字地质填图的工作流程，设计具有较强的实用性和现实意义。
论文插图规范，文理流畅，内容详尽，结构严谨，达到了培养要求。
评 阅 人 职称 工作单位
年 月 日
理工大学
毕业设计（论文）评定书 题目 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的设计与实现
###同学在毕业实习和设计过程中学习认真，工作积极主动。 设计采用Microsoft eMbedded Visual C++ 4.0 作为开发工具，运用 MapXMobile 5.0以及Virace GPS V0.3.1 ，开发了基于移动GIS的野外地质数据采集系统。选题针对传统的地质数据采集过程中存在的问题，将移动GIS技术应用到数据采集中，提供了一个新的数据采集方法。将现代计算机信息处理技术由室内转向室外，直接到现场采集数据，简化了数据采集的方式，使数据录入标准化，提高了数据的质量和准确性，减少了工作量及成本，具有研究的意义。
设计工作量大，内容丰富，设计说明书文字流畅，结构严谨，图标美观，达到了专业培训的要求，同意该生参加论文答辩。
指导教师 职称 年 月 日
理工大学
毕业设计（论文）答辩许可证 答辩前向毕业设计答辩委员会（小组）提交了如下资料：
1、设计（论文）说明 共 页 2、图纸 共 张 3、指导教师意见 共 页 4、评阅人意见 共 页
经审查， 地球信息科学与技术 专业 09-1 班###同学所提交的毕业设计（论文），符合学校本科生毕业设计（论文）的相关规定，达到毕业设计（论文）任务书的要求，根据学校教学管理的有关规定，同意参加毕业设计（论文）答辩。
指导教师 签字（盖章）
年 月 日
根据审查，准予参加答辩。
答辩委员会（组长） 签字（盖章）
年 月 日
理工大学
毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议 资源环境 院（系） 地球信息科学与技术 专业09-1 班 ### 同学的毕业设计（论文）于 2013 年 6 月 13 日进行了答辩。
根据学生所提供的毕业设计（论文）材料、指导教师和评阅人意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）做出如下决议。
一、毕业设计（论文）的总评语
二、毕业设计（论文）的总评成绩： 三、答辩组组长签名：
答辩组成员签名：
答辩委员会： 签字（盖章）
年 月 日
理工大学毕业设计（论文） 摘要
摘要
移动GIS是基于嵌入式GIS并且集成了先进的GPS技术、GIS技术、移动通信技术、无线网络技术，具有空间信息采集、管理和分析能力的地理信息系统。GPS提供空间坐标实时获取的手段，GIS能够进行必要的数据分析和查询。随着GIS、GPS 等高新技术的应用和计算机相关硬件的迅速发展，使得利用移动GIS 在野外进行快速、大量的空间数据采集成为可能。
针对传统野外地质数据采集过程中存在的问题，本文尝试将移动GIS技术应用到地质数据采集中，提供了一个新的数据采集方法。本系统是在eMbedded Visual C++ 4.0平台下利用 MapXMobile 软件开发工具包，集成GPS开发出的野外地质数据采集新程序。本系统可以实现移动终端的数据采集功能包括地图的显示与输入输出、GPS定位、地质点的采集与属性数据的录入等功能。文中介绍了移动GIS技术、野外地质数据采集的过程以及GPS定位原理与PDA串口通信技术等。最后，本文对研究成果和存在的问题进行了总结，分析了未来的研究重点。
关键词：移动GIS；地质数据采集；MapXMobile；GPS定位技术；移动终端；PDA串口通信
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理工大学毕业设计（论文） 摘要
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理工大学毕业设计（论文） Abstract
Abstract
Mobile GIS is a geographic information system, which is based on embedded GIS and integrated GPS technology, GIS technology, mobile communication technology, wireless network technology, geographic information system with spatial information collection, management and analysis capabilities. GPS can be provided with real-time space coordinates acquisition method and GIS can perform the necessary data analysis and query. With the rapid development of computer application and GIS, GPS and other high-tech hardware, it is possible for a plenty of space data acquisition frequently in the field with mobile GIS.
Aiming at the problems in the traditional geological field data collection, this paper attempts to apply mobile GIS technology to the process of geological data collection and provides a new method for data acquisition. This system used the MapXMobile software development kit in the eMbedded Visual C++ 4.0 development
environment, and integrated with GPS developed a new geological field data
acquisition program. The system achieves an acquisition system in mobile terminal which consists of the map display, input and output, GPS positioning, the collection of Geological points, attribute data acquisition and other functions. It introduced the mobile GIS technology, the process of the geological field data acquisition, the GPS position principle and the PDA serial communication technology. Finally, the paper makes a conclusion of the research achievements and the existing problems of the system and analysis the research emphasis in the future.
Keywords: mobile GIS; geological data collection; MapXMobile; GPS technology; mobile terminal; PDA serial communication
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理工大学毕业设计（论文） Abstract
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理工大学毕业设计（论文） 目录
目 录
摘要 ............................................................. A ABSTRACT ......................................................... C 1 前言 ........................................................... 1 1.1 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的研究背景 ................. 1 1.2 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的发展现状 ................. 2 1.2.1 国外研究现状 ............................................. 3 1.2.2 国内研究现状 ............................................. 5 1.3 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的研究目的和意义 ........... 5 1.4 本论文研究内容 ............................................... 6 2 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础 ................ 7 2.1 移动GIS技术 ................................................. 7 2.1.1 移动GIS技术简介 ......................................... 7 2.1.2 移动GIS的特点 ........................................... 7 2.1.3 本系统开发环境部署 ....................................... 8 2.2 GPS 技术 .................................................... 11 2.2.1 GPS原理 ................................................. 11 2.2.2 GPS定位原理 ............................................. 11 2.2.3 GPS的特点 ............................................... 12 2.3 PDA串口与GPS通讯 ........................................... 13 2.3.1 串口简介 ................................................ 14 2.3.2 GPS输出的数据格式 ...................................... 14 2.3.2 GPS与PDA串口通信的实现 ................................ 14 2.4 MAPXMOBILE 组件技术 ........................................... 15 2.4.1 MapXMobile简介 .......................................... 15
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理工大学毕业设计（论文） 目录
2.4.2 MapXMobile的功能 ........................................ 16 3 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的理论基础 ................... 18 3.1 区域地质填图理论研究 ........................................ 18 3.1.1 地质填图的内容 .......................................... 18 3.1.2 地质填图的方法步骤 ...................................... 18 3.2 地理信息系统的基本功能 ...................................... 20 3.2.1 数据的采集和输入 ........................................ 20 3.2.2 数据的编辑 .............................................. 21 3.2.3 数据的存储与组织 ........................................ 21 3.2.4 空间分析与查询 .......................................... 21 3.2.5 数据可视化与地图输出 .................................... 21 3.3 数字地质填图理论与技术基础 ................................. 22 3.3.1 GIS、GPS和RS的集成 ..................................... 22 3.3.2 组件式GIS ............................................... 22 3.4 MAPX MOBILE开发移动GIS ..................................... 24 4 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的分析与设计 ................. 30 4.1系统概况 .................................................... 30 4.2 系统功能需求 ................................................ 31 4.3 系统功能简介 ................................................ 32 4.3.1 GIS基本功能 ............................................. 32 4.3.2 野外数据采集功能 ........................................ 32 4.3.3 GPS串口通讯 ............................................. 32 4.3.4 GPS定位 ................................................. 33 5 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的基本实现 ................... 34 5.1 系统界面布局 ................................................ 34
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理工大学毕业设计（论文） 目录
5.2 GIS基本功能的实现 ........................................... 36 5.2.1 电子地图输入输出和图层管理 .............................. 36 5.2.2 地图放大、缩小、漫游、中心等的实现 ...................... 39 5.3 GPS串口通讯 ................................................. 40 5.3.1 端口参数配置 ............................................ 40 5.3.2 GPS状态信息显示 ......................................... 41 5.4 GPS的定位显示 ............................................... 43 5.5 数据采集功能的实现 .......................................... 43 6 结论 .......................................................... 46 6.1 总结 ........................................................ 46 6.2 展望 ........................................................ 46 致谢 ............................................................ 48 参考文献 ........................................................ 50
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理工大学毕业设计（论文） 目录
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理工大学毕业设计（论文） 前言
1 前言
1.1 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的研究背景
传统的野外地质数据采集使用纸质记录本记录。野外地质数据的数据量庞大，类型多样，受人为因素的影响比较大，相比较而言更困难的还是遥感数据和地图数据的信息化, 所以几十年来野外地质数据采集一直保持着手写的方式。传统方式上，采集人员使用纸质地图在野外采集第一手资料。他们在地图上画素描图并在记录薄上记录相应的属性信息，传统的数据采集方式很难满足地学定量化和地矿信息化的要求。这些野外数据还需要带回室内被数字化成电子文件或录入数据库。通过记录表与原图形的比较来进行数据质量的检查。显然，这样的空间数据采集方式带来了一些问题。首先，工作流程太长，这影响了数据的更新周期和实时性；第二，过程太繁琐。每个环节产生的错误累加起来将大大降低数据采集的质量和准确性，而原始数据的采集对准确性要求很高；第三，数据质量将难以控制，这将导致严重的质量问题；第四，频繁使用纸质地图和属性数据表不仅增加了成本，也降低了数据服务生活的质量。因此，这种传统的数据采集方式已变得越来越不适合信息时代的要求了。所以，探索一种新的方式来采集数据确实是一个十分紧急的事情。
目前地质数据采集过程中引入了便携机，这对于传统的野外数据采集方法具有重大的意义。它可以把现代计算机信息处理技术由室内转向室外，直接去现场采集数据，地质人员可以使用文本、声音、图像和其他多媒体技术来多方面的描述野外地质点信息。这些技术不仅简化了野外数据采集的方法，而且利用不同手段采集来的信息可以更加客观和准确的反应其属性和空间信息，同时使数据录入标准化，减少室内的工作量。
然而，便携机的使用受限于现场的工作环境，地形条件、天气条件、户外光线对其的影响显著，便携机的电力消费大，不利于长时的野外工作。这就为掌上机的应用提供了空间，掌上机重量轻(0.2kg)、体积小、低能耗、可以长时间运行(超过10小时)、机构紧凑、抗寒、抗震性能明显优于便携机。因此，为了实现地质数据采集的全程计算机化，基于掌上机的移动GIS是一个有用的补
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理工大学毕业设计（论文） 前言
充。
移动GIS是基于GIS、RS、GPS多“S”集成及WinCE、便携式设备、无线传输技术一体化的野外数据采集系统。掌上机为系统提供硬件支持、RS可以提供高分辨率的地质底图、GPS可以实时获取空间坐标，GIS可以进行必要的数据分析和查询。移动GIS是以掌上机、便携机、GPS、数码设备、DBS、GIS等为硬件和软件支撑的一个全新的数据采集系统。
掌上机在地质数据采集领域的有其独特的优势，使它更适合复杂地质条件下的野外数据采集，为数据采集提供了一个新的发展空间。随着掌上机性价比的提高，它已具备了在野外使用的条件。而开发一套基于掌上机并且能够结合室内和室外地质数据采集和处理的GIS系统成为数字化数据采集过程中面临的一个挑战。掌上机的内部结构不同于台式机和便携机，它使用嵌入式操作系统，所有的文件均保存在内存(RAM)中，受存储大小的影响，需要采取一种更精简的文档存储结构，计算形式也比较特殊，对程序的要求极为苛刻(硬件)，开发桌面软件移植到掌上机上通常不能运行。
开发基于掌上机的GIS软件在地质数据采集领域是一个新的尝试，在国内外都受到高度的重视。目前，在这个领域的研究仍处于初始阶段，可以运用到实践中的软件很少，由中国地质调查局开发的RGMap数字填图系统是一个典型的代表。
1.2 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的发展现状
近年来，个人数字助理或掌上电脑(Personal Digital Assistant，PDA)，平板电脑(Panel Personal Computer，PPC)、手机和双向寻呼机等其他嵌入式移动信息设备作为一个新产品，在人类的生活中得到了越来越越广泛的应用；掌上电脑因体积小、重量轻、易携带、功能强大而备受欢迎。掌上电脑软件和硬件不仅可以有一个良好的可扩充能力，也具备移动性，它为野外环境下的数据采集和实时更新带来了极大的方便和实用性，它也是导航、定位、地图查询和空间数据管理的一个理想解决方案。借助于PDA设备日益强大的机能，移动技术将被应用到传统的空间信息服务中去，能够为野外数据采集提供了一个全新的操作
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理工大学毕业设计（论文） 前言
方式，具有广阔的市场前景和商业价值。国内和国外GIS开发商和GPS仪器生产厂家已开始进入地理信息系统技术的开发，将PDA和其他移动设备及GPS等测量仪器结合，应用于野外数据采集领域。 1.2.1 国外研究现状
目前在国际GIS市场上有名的几家企业主要是Autodesk，ESRI，MapInfo和Intergraph公司，这些公司推出的野外数据采集系统主要包括：
（1）Autodesk公司推出的0nSite套件
世界领先的设计和数字内部创建资源的提供商——Autodesk公司，最近推出了一款针对野外处理数字化业务的专业人士的移动解决方案——Autodesk 0nSite。Autodesk公司也一直致力于为不同层次的用户提供解决方案。
Autodesk OnSite解决方案主要包括两套移动组件：其一，Autodesk 0nSite View 2，是一个单机的移动设计浏览工具；其二，Autodesk 0nSite Enterprise，是一个可定制的企业级的解决方案，Autodesk 0nsite View 2功能很强大，且被称为是第一套真正高效的移动设计工具，利用它可以将企业服务器上最新的数据直接送达作业现场的掌上设备。人们可以以电子方式浏览AutoCAD 的DWG和DXF格式图形，并可添加注记或进行图上量算。利用Autodesk 0nSite View强大而简便的注记和量算工具，可以在十分精确的位置上添加声音或文字注记。
（2）ESRI公司的ArcPad移动客户端软件
ESRI公司推出了一个低成本的、轻量级的移动GIS解决方案，一个可运行于掌上电脑、可进行移动制图及具有GIS应用功能的手机客户端——ArcPad。
利用ArcPad野外用户可以通过一个手持移动设备来实现全面的数据库访问、制图、GIS和GPS应用。通过ArcPad可以快速、便捷地采集数据，大大提高了现场数据的可用性和有效性。 ArcPad中包含一套完整的浏览，查询和显示工具。ArcPad具有地图导航、GPS连接、查询、地图元素测量、简单的空间数据编辑等功能；支持ArcIMS的图像服务。作为ESRI的Web GIS软件—— ArcIMS无线客户端，ArcPad支持多种数据接口，与原ESRI的GIS产品具有很好的兼容性。显然，ArcPad主要是ESRI的Web GIS产品的无线终端，服务器是ESRI
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理工大学毕业设计（论文） 前言
的Web GIS Server。
（3）MapInfo的MapX Mobile 5.0
MapInfo MapX Mobile是为移动用户创建的一个基于绘图应用的开发工具。这项应用建立在MapInfo MapX Mobile与Pocket PC Windows OS相平衡的基础上。MapInfo MapX ActiveX Control因其可以把现存的基于绘图方面技术应用于移动设施、或创建新的应用而成为一个很受欢迎的专业化版本。MapInfo MapX Mobile完全能够为移动工作人员创建强大的、有特性的应用。这些应用已广泛的涉及到了商业领域及工作中。 （4）Intergraph的IntelliWhere OnDemand
Intergraph的IntelliWhereTM OnDemand技术将位置信息用于移动用户和企业应用中。Intelliwhere主要用于帮助企业提高移动资源管理，如在现场工作组的车辆、资产，它可以实时位置信息送到企业系统中进行分析，以提高企业的决策水平。Intelliwhere移动资源管理解决方案，具有高空间处理位置信息结合在一起，使企业能够跟踪移动资源的位置和活动状态，客户要求的任务信息等。 IntelliWhere OnDemand它是一个用于手持设备的成本低廉的通用软件产品。使现场工作人员可以浏览和更新企业系统的智能地图、资产信息和图表数据。IntelliWhere OnDemand为具有移动业务的企业，特别是、交通、公用设施和军事等行业，提供可靠的功能。 IntelliWhere OnDemand是一个通用的低成本手持式设备软件产品。现场工作人员可以浏览和更新企业系统的智能地图，资产信息和图表数据。Intelliwhere OnDemand为有移动业务的企业，特别是部门，交通运输，公共设施和军事工业等，提供可靠的功能。 上述四种解决方案是国外主要的GIS厂商的想法，归纳起来可分为两类： Autodesk和ESRI的移动GIS解决方案基本上是Web GIS服务器和移动客户端。与传统的WebGIS没有质的区别，只是变为了无线传输。MapInfo与Intergraph推出了具有新技术的移动GIS的应用模式，相对于Web GIS具有较大的创新和突破。
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理工大学毕业设计（论文） 前言
1.2.2 国内研究现状
中国开始研究GIS较晚，再加上硬件技术和无线网络通信技术相对落后，国内在嵌入式GIS的研究相对薄弱，还处于初始阶段。许多GIS厂商都推出了基于PDA的GIS产品，包括：
（1）北京超图地理信息技术有限公司，最近推出的嵌入式地理信息系统eSuperMap开发平台，它提供用类库或控件进行开发的模式。可满足不同层次需求的开发应用。它可以高效的开发嵌入式GIS应用系统，满足对地图的浏览、查询、编辑、分析等功能。 （2）北京灵图软件技术有限公司，推出的车辆导航软件Sm@rtGUni-info Server能够提供地理信息和位置信息的服务，使用基于地理信息的XML信息描述体系，可以将地理信息组织成适当的方式，以地理信息庞大的数据库为背景，地理数据的强大搜索引擎可以快速、准确地为客户提供周到的服务。手机、PDA、GPS汽车设备的用户可以通过无线通信获取位置信息服务，并可与其他用户交互信息。 （3）北京慧图公司新近推出基于掌上机的地理信息系统——PocketMap。 （4）北京冠图公司开发基于PDA的嵌入式GIS平台“易行通”。 （5）中地软件最新推出了可运行于嵌入式设备的嵌入式GIS软件——嵌入式GIS系统(MAPGIS——Embedded)。 （6）武汉吉奥信息工程技术有限公司自主研发的基于COMmo模型的嵌入式GIS开发平台——GeoMobile。 （7）广州南方测绘仪器公司开发的测图精灵、工程精灵、控制精灵、管线精灵等，是以掌上电脑PDA为依托的野外数据采集软件，主要用于测绘数据采集和制图、工程测量、施工放样等。 上述产品都共同具备一些基本功能，如图形的组织浏览、信息查询测量、简单图形编辑、图形属性查询等。个别产品还具有简单的GPS定位功能。
1.3 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的研究目的和意义
传统的地质野外数据采集首先使用纸质记录簿记录，然后在室内进行电子
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理工大学毕业设计（论文） 前言
化，但由于人为因素，记录的任意性大，格式不规范，严重影响了数据的实时性和质量，同时增加了数据采集的工作量。移动GIS是以掌上机、便携机、GPS、数码设备、DBS、GIS等为硬件和软件支撑的一个全新的数据采集系统。GPS为系统提供空间坐标实时自动获取的手段，GIS能够进行必要的数据分析和查询。随着GIS、GPS 等高新技术的应用和计算机相关硬件的迅速发展，使得利用移动GIS 在野外进行快速、大量的空间数据采集成为可能。这些技术简化了数据采集的方式，减轻了数据采集的工作量。因此，基于移动GIS的野外地质数据采集系统的研究具有非常重要的意义。
本课题基于带有GPS接收模块的PDA硬件平台，采用MapInfo 的MapX Mobile组件技术进行二次开发，采用二次开发的优点是：开发速度快，系统开发周期短；有着丰富的帮助文档和实例，系统扩展方便。
本课题研究目的是利用大学所学相关知识，例如，GIS原理，地质学，GIS开发与设计等综合运用，开发出的野外数据采集系统。
利用MapX Mobile实现了GIS的基本功能，如地图显示、放大、缩小、中心显示、漫游、图层管理等。结合GPS模块实现了当前位置地质点的采集与属性数据录入的功能，同时具有地图输出功能，基本上可以进行地质数据的采集。
1.4 本论文研究内容
基于移动GIS的野外地质数据采集系统从地质数据的采集的业务和需求入手，采用了EVC++4.0和功能强大、简单易用的 MapX Mobile地图化组件开发技术，设计了一个由地图显示、GPS定位数据采集等模块构成的野外地质数据采集系统, 并对其中的设计和实现的关键技术进行了详细的阐述。主要要实现的功能有：
地图显示、缩放、漫游、图层管理地图输入输出等GIS的基本功能。
通过读取PDA内置GPS串口数据，与电子地图匹配，来实现GPS定位并采集当前位置的地质点的功能。
实现了地质点属性数据的输入与查询功能
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河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础
2 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础
移动GIS的野外地质数据采集要涉及到嵌入式GIS的概念、GPS数据采集的原理与方法、空间地理坐标转换、图形显示与编辑、属性数据的输入、存储及查询等。本系统的开发过程中主要应用到的技术有移动GIS开发技术，GIS与GPS的集成，PDA串口通信技术和MapX Mobile组件开发技术。在本章将对这些技术进行简要介绍。
2.1 移动GIS技术
随着移动互联网的迅速发展和不断进步，人们对地理空间信息(geo—information) 的 4A (anytime，anywhere，anybody，anything)服务的需求越来越多，空间信息服务与移动无线服务的结合，出现了空间定位信息服务(LBS：location based service)。
LBS是指在移动环境下，利用GIS技术、网络通信技术以及对移动物体的空间定位技术等，为移动对象提供基于空间地理位置的信息服务。如通过LBS功能，用户可以用随身携带的移动便携终端，查询周边的酒店，餐馆信息。传统的GIS空间信息平台不能满足LBS特性的动态性，已经不能为用户提供智能化的服务请求了。从而提出了基于空间信息服务的分布式移动地理信息系统的概念和技术。
2.1.1 移动GIS技术简介
移动GIS是指人们通过移动终端设备随时随地获取地理信息的服务。它不是一个掌上电脑、个人数字助理（PDA）与GIS、GPS的简单结合，而是具有广泛的外延和更深刻的内涵。移动终端设备、网络、地理信息系统、各种地理信息服务和供应商是不可或缺的要素，它的最终目标是“实现随时(anytime)随地(anywhere)为所有的人(anybody)和事(anything)提供实时服务(4A 服务)”，将复杂的地理信息，变为人们能够充分利用和享受的信息。 2.1.2 移动GIS的特点
移动GIS有以下几个特点：
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河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础
移动性。移动GIS是运行在各种移动终端上，通过无线通信技术与服务器端交互，可以随时随地进行空间信息服务。 客户端多样性。移动GIS的客户端指的是在户外使用的可移动终端设备，其选择范围较广，可以是拥有强大计算能力的主流微型电脑，也可以是屏幕较小、功能受限的各类移动计算终端，比如PDA、移动电话等等，甚至可以是专用的GIS嵌入设备，这决定了移动GIS应该是一个开放的可伸缩的平台。 服务实时性。移动GIS最大的特点就是在各种导航定位设备的支持下，在移动的过程中，不受地把采集到的相关信息及时处理并发布给用户。 数据资源分散、多样性。移动GIS运行平台向无线网络的延伸进一步拓宽了其应用领域。由于移动用户的位置是不断变化的，移动用户需要的信息也是多种多样的，这就需要系统支持不同的传输方式，任何单一的数据源都无法满足所有的移动数据请求。 信息载体的多样性。与传统GIS相比，移动终端用户与服务器及其他用户的交互手段更加丰富，包括定位服务、视频、语音、图像、图形、文本等。 2.1.3 本系统开发环境部署
本系统开发需要软件有：Embedded Visual C++ 4.0，ppc2003模拟器，MapX Mobile 5.0，Virace GPS V0.3.1。
由于EVC开发环境比较特殊，安装时一定要按照一定的顺序安装。安装顺序如下：
（1）安装微软ActiveSync 4.5，作用：连接和同步桌面Windows系统和Pocket PC设备，连接成功后会将一个Pocket PC的设备虚拟目录显示在您的桌面上，可以在桌面Windows下对该目录的内容进行修改，所有的更改都将通过Pocket PC设备得到更新。
（2） 安装Embedded Visual C++ 4.0 和SP1，SP2，SP3，SP4。 （3） 安装Microsoft Pocket PC 2003 SDK ，作用： 针对于Windows Mobile 5.0 Pocket PC平台的Software Development Kit （软件开发包)。其中有大量专用类库。
注意：在安装过程中可能会出现系统为了保持稳定性而禁止模拟器运行的
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河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础
提示。此时需要更改boot.ini文件，操作步骤：
A， 在桌面“我的电脑”图标上击鼠标右键，选择“属性”； B， 选择“高级”标签中“启动和故障恢复”栏的“设置”按钮； C， 选择“系统启动”栏的“编辑”按钮，开始编辑boot.ini文件； D， 将其中的“/noexecute=optin”改为“/execute=optin”。
（4）安装Windows Mobile 2003 Second Edition Emulator Images for Pocket PC - CHS, 作用：针对Windows Mobile 2003 Pocket PC平台的模拟器，用来模拟真实的Pocket PC设备，让你能够在Windows桌面平台上调试验证你的程序而不需要连接到一个真实的设备。
（5） 安装MapX Mobile 5.05。
注意1： 运行模拟器需要有连通的网络环境，因此需要新建一个虚拟网络，即使单机也能运行。步骤：
A，“控制面板”—>“添加硬件”—>“下一步”—>“是”，“我已经连接了此硬件”—>“添加新的硬件设备”—>“安装我手动从列表选择的硬件（高级）”，“网络适配器”—>厂商选择“Microsoft”，网卡选择“Microsoft Loopback Adapter”—>点击“下一步”进行安装；
B，此时，在网络连接中可以看到“Microsoft Loopback Adapter”的网络连接，把它设置成内网IP就OK了，它在本机上充当了一个虚拟的网络连接来满足EVC模拟器的联网环境。
注意2： 安装完成后，需要将MapX Mobile的运行环境安装到EVC的模拟器上。步骤：
A，运行安装脚本：(C:\\Program Files\\MapInfo\\MapXMobile-5.5\\ target\\x86\\TargetInstaller\\setup_x86.bat)。如图2-1所示。安装成功如图2-2所示。
B，此时，在模拟器的My Documents下出现Maps文件夹，用于存放地图文件，程序生成的MapX对象自动去此文件夹下寻找地图文件。如图2-3所示。
至此，MapX Mobile在Pocket PC 2003上开发GPS导航程序的开发环境搭建完毕。
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河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础
图2-1 开始安装 Figure 2-1 start the installation
图2-2 安装成功 Figure 2-2 Successful installation
图2-3 地图数据 Figure 2-3 Map Data （6）最后再安装Virace GPS V0.3.1，主要功能是为了在计算机上模拟GPS信号，通过虚拟端口传给模拟器，这样就不用在室外测试了，加快了系统开发进程。直接双击VSerialPort文件夹下Setup.bat文件即可完成安装。安装成功显示主界
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河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础
面如下：
图2-4 GPS模拟器 Figure 2-4 GPS simulator
2.2 GPS 技术
全球定位系统GPS(G1obal Positioning System)是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性(陆地、海洋、航空航天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。采用GPS作为定位工具不仅可以提供精确的位置信息，而且能够大大提高野外作业的效率。在本节中，将对系统的GPS数据采集模块若干关键技术与方法进行介绍。 2.2.1 GPS原理
GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位系统。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。 2.2.2 GPS定位原理
GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间△t，再加
上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式。
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河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础
图2-5 GPS原理图 Figure 2-5 GPS schematic
2.2.3 GPS的特点
（1）全球全天候定位
GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。
（2）定位精度高
应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km可达10-7m，1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。
实时单点定位(用于导航)：P码1~2m ；C/A码5~10m。
静态相对定位：50km之内误差为几mm+(1~2ppm*D)；50km以上可达0.1~0.01ppm。
实时伪距差分(RTD)：精度达分米级。 实时相位差分(RTK)：精度达1~2cm。
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（3）观测时间短
随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，20km以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟；采取实时动态定位模式时，每站观测仅需几秒钟。
因而使用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。 （4）测站间无需通视
GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间，同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。
（5）仪器操作简便
随着GPS接收机不断改善，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已经趋于“傻瓜化”。测量员在观测过程中只需安置仪器，连接电缆线，量取天线高，监视仪器的工作状态，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。测量结束时，只需关闭电源，收好接收器，即可完成现场的数据采集任务。
另外，接收机体积也越来越小，相应的重量也越来越轻，极大地减轻了测量工作者的劳动强度。
（6）可提供全球统一的三维地心坐标
GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程。GPS水准可满足四等水准测量的精度，另外，GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。
（7）应用广泛
2.3 PDA串口与GPS通讯
GPS通过串口和PDA实现数据通信，利用GPS传来的数据，可以在PDA上得到物体的实时位置、速度等参数。通过与GIS系统的集成，可以在PDA上实现定位，很直观的在地图上了解所处的位置等信息。
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2.3.1 串口简介
串口通信(Serial Communication)， 是指外设和计算机间，通过数据信号线 、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，必须对这些参数进行匹配。
2.3.2 GPS输出的数据格式
NMEA-0183是美国国家海洋电子协会制定的GPS接口协议标准。NMEA-0183的主要语句有：GGA，GLL，GSA，GSV，MSS，RMC，VTG，ZDA等，这里以RMC语句为例说明提取我们感兴趣的经纬度信息的方法。/$GPRMC0帧结构如下(双引号内)：\"$GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>* hh （1）打开串口 Create File函数用于打开串口。 （2）配置串口通信参数 配置串口主要是用DCB结构配置端口参数，包括波特率、停止位、数据位、校验位等。利用串口通信时首先打开串口，用GetCommState函数获得已打开的 14 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础 串口参数，然后根据需要修改DCB成员变量，然后用SetCommState函数设置新的串口参数。 （3）设置串口通信事件和超时值 （4）读写串口数据 在成功打开并设置通讯口后，可采取轮询串口和事件触发两种方式对数据进行接收处理。 （5）通信结束，关闭串口 关闭串口使用函数CloseHandle(hport)。 2.4 MapXMobile 组件技术 2.4.1 MapXMobile简介 MapXMobile是MapInfo公司提供的专用于嵌入式设备上应用程序开发的控件，提供了简单、快速把地图功能嵌入到手持设备的应用程序中的方法，它可以在你的PocketPC应用程序上实现多种地图操作功能。使用MapXMobile，可以随时随地使用我们的应用程序，这种便携式特性对于GIS显得日益重要。携带PDA旅游、野外考察都会带来不少的便利。将MapXMobile与GPS设备连接，应用则更加广泛，如车载终端设备可以为出租车进行定位与导航，手持终端可以实地进行空间数据采集。 MapXMobile提供了一种简单，快速的方法将地图嵌入到手持设备的应用程序中，它是MapInfo公司提供的用于在嵌入式设备上开发应用程序的控件，利用它可以在你的PocketPC应用程序上实现各种地图操作功能。MapXMobile使我们可以随时随地的使用我们的应用程序，这种便携式的特点已经变得越来越重要。携带PDA考察、野外旅行会带来很多方便。GPS和MapXMobile的联合开发的应用程序，应用越来越广泛，如车载终端设备对出租车定位导航，手持终端可以进行野外空间数据采集。 15 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础 2.4.2 MapXMobile的功能 （1）主题映射( thematic mapping)：用于可视化数据,把数据和地图上的特征联系起来，用颜色编码或其他风格来表现数据。有6种不同的风格：颜色、点密度、数值、符号、饼图、柱形图。 （2）数据绑定(data binding)：是将外部数据引入MapXMobile的过程，实现外部数据与地图的空间数据的连接，外部数据可以来自不同的数据库如ADO、ODBC。 （3）注记(annotations)：对地图添加文本对象和符号对象，文本与符号注记不与数据相连，可将注记放在地图上任意位置。 （4）图层化(layering)：显示和控制地图图层，每个图层包含整个地图的一个方面,包含不同的地理特征，如多边形、点、线或文本。图层对象由MapInfo表创建而成，特殊图层类型支持特殊应用，如活动图层(animation layer)用于实时跟踪。 （5）选择集(selections)：标识选择满足特定条件的地理特征，可通过半径、矩形、点等来查询。 （6）栅格图像(raster images)：将栅格图像置底，使地图背景更具体生动。 （7）地图编辑(map editing)：可以让用户添加、修改或删除地图上的特征。 在MapXMobile平台下，用户只要将数据下载到本地Pocket PC上进行激活，即可以使用。MapXMobile通过ADO连接到Pocket Access 和 Microsoft SQL Server CE数据库，具有强大的数据库支持功能。与VB或VC++等开发应用程序的无缝连接，用户可以选择多种开发工具进行应用开发。它也支持MapInfo.Tab和.Gst文件，用户可以使用自己的数据。 MapXMobile还集成了GPS设备的支持。在软件中可以通过Pocket PC中的GPS显示当前坐标，具有强大的地图编辑和数字化功能。使用MapXMobile工具，开发者可以在应用程序中使用合并、缓冲、相交、擦除等功能来处理点、线、面对象，并返回结果。MapXMobile对专题地图具有很好的支持能力，能够方便的建立专题图。 MapXMobile使地图数据的移动采集、采集和随身携带变为可能。 16 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的开发技术基础 17 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 3 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的理论基础 3.1 区域地质填图理论研究 区域地质填图不仅是地质科学研究的一个重要的手段和重要的组成部分，也是衡量一个国家的地质实力和科学研究潜力的一个重要的指标，它也是解决当代许多重大社会乃至人类生存问题的基础，因此越来越得到广泛的关注。 3.1.1 地质填图的内容 地质填图就是地质图的编绘过程。地质图是用规定的符号、色谱和花纹等将地表的地质组成和地质现象，按一定比例尺缩小，概括投影到平面（地形图）上的图件。因此，地质图所包含的内容也就是地质填图的内容，通常有以下几个方面： （1） 地层、地层界线及其接触关系； （2） 断层线； （3） 侵入岩体及与围岩的接触关系； （4） 地层、断层等构造的产状； （5） 油气田及其它矿体出露位置。 3.1.2 地质填图的方法步骤 地质图是在地质调查的基础上编制的，各种不同类型的地质图都要靠野外的实际观测来绘制。野外地质填图的主要工作就是测绘地质图，填图工作要依照一定的规范进行。 （1）选择比例尺 填图前要根据工作要求选取合适的比例尺，以便选择合适比例尺的地形图作为地理底图。同时它提供了填图的精度要求，即调查研究的精细程度。地形底图的比例尺应该比所需要的地质图的比例尺大一倍。例如，填绘1:20万地质图时所选用的地形底图的比例尺应为1:10万，最终成图时再缩编成1:20万，这样才能保证成图的精度和要求。 填图前的准备： 18 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 填图前应仔细研究该地区的地质、地貌、地球物理和地球化学资料，以及探讨已经正式发表的研究文献，已初步了解该地区的地质情况，特别是地层发育状态。然后是实地观察，第一步是踏勘，这是对该区的地质条件做一个粗略但全面的了解，在此基础上选择地层出露良好的地区，对地层时代进行深入的研究，划分与对比地层，并根据地层发育情况和测绘的精度要求确定区域填图单位的大小和内容，确定地层单元在地质图应达到的详细程度。过详或过略都是不可取的，均违反了填图的精度要求。 （2）野外地质填图 在完成了以上准备工作，对工作地区的地质条件已有基本了解之后，便可开始野外填图。 Ⅰ、地质观察路线 野外地质填图工作实际上就是沿着一定的路线进行观测，根据不同的工作要求及地质条件设置观测路线。地质填图中观测路线、观测点布置的合理与否，将直接影响到最终地质成果的质量以及填图的工作效率。根据大比例尺（1:50000）区域调查工作的要求，路线观测可采取横向穿越法、纵向追索法或全面踏勘法。 Ⅱ、地质观察点 地质观测点是沿观测路线重点进行观测的点。观测点的间距依比例尺的大小而定，比例尺大的点距小，比例尺小的点距大。填图的精度取决于观察路线和控制点的密度，并视工作要求有一定的规范。观察点的位置应选在不同时代地层的分界线上，标准层出露、化石密集出露、岩性分界线、构造界线、矿化点等地质界线上。对地质观察点上所见到地质现象应进行系统而详细的观察测量、文字记录、岩石及矿物样品采集、素描图与剖面图绘制及摄影等，并将观察点的位置准确地标记在地形图上。 Ⅲ、地质界线的联结 相邻观察路线中的同一种地质界线逐一加以联结，就构成了地质图。为此，就要充分考虑地质界线联结时的合理性问题。因为当地形有起伏，而且地层或地质体的产状非直立时，其界线在图中不是直线而是弯曲的，而弯曲的形态又 19 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 因地形和地层产状相互关系的不同而有所差别。此外还要注意，不同时代地质体的界线相遇时应该是新的截过老的，因此，新的界线先勾绘，老的界限后勾绘。 3.2 地理信息系统的基本功能 地理信息系统是一个由计算机硬件和软件支持下的，对空间数据的采集、存储、管理、分析、显示和输出的系统。地理信息系统是一个面向应用的科学，而区别于其他信息系统的最大特点是具有对特定的空间位置信息的处理和分析能力。区域地质填图就是对空间数据的采集和处理过程，与空间信息是密切相关的。区域地质填图从野外数据采集、室内建库成图、空间分析到最后的出版印刷，实际上都是对空间数据和属性数据的转换分析过程，因此，区域地质填图系统是GIS在地质上的应用。 地理信息系统能把各种信息、地理位置等结合起来，并把地理学、几何学、计算机科学及各种应用对象、CAD技术、遥感、GPS技术、Internet、多媒体技术及虚拟现实技术等融为一体，利用计算机图形学与数据库技术来采集、存储、编辑、显示、转换、分析和输出地理图形及其属性数据。一个GIS系统应具备五项基本功能，即数据输入、数据编辑、数据存储与管理、空间查询与空间分析、可视化表达与输出。 3.2.1 数据的采集和输入 数据是GIS应用系统中最重要的组成部分，没有数据，GIS只是一个空壳，一个GIS应用系统必须建立在准确的地理数据基础上。空间数据是GIS的操作对象，是现实世界经过模型抽象的实质性内容的表达。数据来源包括室内数字化和野外采集，或者从其他GIS数据格式转换得到。数据包括空间数据和属性数据，空间数据的表达可以采用栅格和矢量两种形式。 地理信息系统的数据通常抽象为不同的图层，数据采集和输入功能就是将现实中的地物对象抽象，并在各个图层中按X、Y坐标定位且将相应的属性数据输入到计算机中。 20 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 3.2.2 数据的编辑 在GIS中数据编辑可以分为空间数据编辑和属性数据的编辑两部分，所谓的图形编辑，可以在相应的地图上添加、删除、修改基本地理信息单元，如添加或删除一个地质对象等；所谓的属性数据的编辑，即增加、删除、修改现有的地质对象的属性数据。数据编辑旨在消除数据录入的错误，包括空间点位不准确、线段的重复或丢失、太长或太短、面域不封闭、属性数据错误等。 3.2.3 数据的存储与组织 GIS数据存储和组织是一个地理信息系统应用最关键的步骤，包括空间数据和属性数据的存储组织。栅格模型、矢量模型是常用的数据组织方法，空间数据结构的选择在一定程度上决定了系统可以执行的数据分析功能。属性数据通常通过一个关系数据库管理，空间数据更多的是以一种文件的形式或一个专属空间数据库存储，属性数据和空间数据通过惟一的标识符进行连接。 3.2.4 空间分析与查询 空间分析和查询功能是地理信息系统的是一个的研究领域，是地理信息系统的核心功能，它的主要功能是帮助确定地理要素之间新的空间关系，它不仅已成为不同于其他类型的信息系统的元素，而且增强了地图图形信息以及各种专业信息的利用的深度和广度，还成为了用户灵活地解决各种各样的问题特别有效的工具。 3.2.5 数据可视化与地图输出 地理空间信息的可视化是地理信息系统的一个基本功能，它为用户提供了地理数据的表达工具，其形式是多样的如电脑屏幕显示，可能如报告、表格、地图和其他硬拷贝打印图件。GIS的一个主要功能是用于地图制图、地图数据库建库。与传统的、长周期、更新缓慢的手工制图方式相比，使用GIS数据库，你可以达到一个输入、多个输出的效果。它不仅可以为用户输出全要素地形图，而且可以根据用户需要分层输出各种专题图。 21 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 3.3 数字地质填图理论与技术基础 地质填图是一个信息的传输过程，即地质信息采集、分析、存储、组织、处理、管理、传输和输出的数字化过程。数字地质填图是在保存传统的地质填图基本内容和规律的基础上增加了许多新技术、新设备，如笔记本电脑、GPS、数码相机等等。具体来说就是野外地质信息的获取到室内的数据整理和输出，都是一个数字化过程，实现了地质填图的无纸化。如下图，数字地质填图的过程可以分为三部分，野外信息的获取、信息的存储和信息的再现。 地质对 象 获取 地 质 信 息 存储 地质 数据库 转换 地质图 件 图3-1 地质填图流程 Figure 3-1 Geological Mapping Process 3.3.1 GIS、GPS和RS的集成 地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感（RS）是进行空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的主要技术手段。由三者集成的3S技术在空间信息管理上各具特色，可以有机地结合，形成一个强大的空间信息系统。 当今遥感是空间信息访问和更新的一个非常重要的工具，具有广泛的获取信息以及速度快的特点，而遥感信息中的空间数据是地理信息系统所必需的，所以遥感和GIS结合是理所当然的。在实际的数据采集过程中，GPS定位可以扮演非常重要的角色。因此，以GIS为核心的3S技术集成，构成了强大的空间数据处理系统。 3.3.2 组件式GIS 组件式GIS的基本思想是把GIS的各大功能模块划分为几个控件，每个控 22 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 件完成不同的功能。各个GIS控件之间，以及GIS控件与其它非GIS控件之间，可以方便地通过可视化的软件开发工具集成起来，形成最终的GIS应用。控件如同一堆各式各样的积木，他们分别实现不同的功能(包括GIS和非GIS功能)，根据需要把实现各种功能的“积木”搭建起来，就构成应用系统。 组件式GIS的基本特点： (1)小巧灵活、价格便宜 在组件模型下，各组件都集中地实现与自己最紧密相关的系统功能，用户可以根据实际需要选择所需控件，最大限度地降低了用户的经济负担。组件化的GIS平台集中提供空间数据管理能力，并且能以灵活的方式与数据库系统连接。在保证功能的前提下，系统表现得小巧灵活，而其价格仅是传统GIS开发工具的十分之一，甚至更少。这样，用户便能以较好的性能价格比获得或开发GIS应用系统。 (2)无须专门GIS开发语言 传统GIS往往具有的二次开发语言，对用户和应用开发者而言存在学习上的负担。而组件式GIS建立在严格的标准之上，不需要额外的GIS二次开发语言，只需实现GIS的基本功能函数，按照Microsoft的ActiveX控件标准开发接口。GIS应用开发者，不必掌握额外的GIS开发语言，只需熟悉基于Windows平台的通用集成开发环境，以及GIS各个控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和集成。 (3)强大的GIS功能 新的GIS组件都是基于32位系统平台的，无论是管理大数据的能力还是处理速度方面均不比传统GIS软件逊色。小小的GIS组件完全能提供拼接、裁剪、叠合、缓冲区等空间处理能力和丰富的空间查询与分析能力。 (4)更加大众化 组件式技术已经成为业界标准，用户可以象使用其他ActiveX控件一样使用GIS控件，使非专业的普通用户也能够开发和集成GIS应用系统，推动了GIS大众化进程。组件式GIS 的出现使GIS不仅是专家们的专业分析工具，同时也成为普通用户对地理相关数据进行管理的的可视化工具。 23 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 组件式GIS的研究现状： 组件式GIS是基于标准的组件式平台，各个组件可以灵活地重组，且具有可视化的界面。目前，国际上大多数GIS软件公司已经开发出组件式GIS或者GIS组件，例如ESRI公司的MapObjects，MapInfo公司的MapX以及国产软件SuperMap Objects、MapGIS等。以及MapInfo提供的MapX Mobile 用于开发移动GIS。 3.4 MapX Mobile开发移动GIS MapInfo的MapX Mobile是一个可以用在Pocket PC的MapX 平台。用 MapX Mobile 建立的软件可以单独在设备上运行，并能够和Pocket PC的Windows CE操作系统兼容。MapX Mobile是Pocket PC开发用户化地图软件首选的开发工具。 MapX Mobile是 MapX and MapXtreme for Windows的自然延伸，Windows的程序员可以用它来开发 mobile 软件。MapX Mobile意味着开发者只需要掌握一种项目开发模式便可以为desktop，web and Pocket PC开发地图软件。 24 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 MapX Mobile的功能与优点： 功能 移动解决方案 优点 把数据下载到本地进行激活，不需要无线连接。 采用 MapX/MapXtreme 对象模式 － 最新那些熟悉 MapX and MapXtreme for 型的对象模式、众多的方法、高效的属性页Windows 的客户和合作伙伴将可以灵活的或缺省值、向导。 采用 Microsoft 的内置开发工具 利用你自己的数据 ADO 连通性 栅格支持 GPS 集成 对象处理能力 按以往的经验来建立移动应用。快速的把一个组件添加到你的应用中 利用内含的 VB 和 C++ 来开发应用软件。 MapX Mobile 支持.Tab 和 .Gst 通过 ADO 连接到 Pocket Access 和 Microsoft SQL Server CE 。 支持几种栅格格式，见附件的完整列表。 通过你的 Pocket PC 中的 GPS 设备来显示坐标。 开发者可以在应用程序使用合并，缓冲，相交，擦除等功能来处理点，线，面对象，并返回结果。 专题图支持 可以显示格网、山形及阴影 方便地建立专题图。 允许开发者表现出高质量的地图，类似经常在报纸上看到的温度图或者地形图。 标准用户控制功能包括：缩放、漫游、选择、方便地图查看 测距和图层控制 标注工具 & 文本工具 自定义坐标系和转换投影 MapXtreme 连通 标注的图上的任何对象 & 在地图上添加文本对象 使有不同坐标系和投影的图层用相同的坐标系来显示。 MapX Mobile 可以通过无线连接显示来自 MapXtreme 的地图信息。 25 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 MapX Mobile对地图数据的组织结构： CMapX Getlayers CMapXLayers Item CMapXDataSets CMapXLayer Item CMapXFeaturesGetParts CMapXDataSet CMapXParts Item CMapXFields CMapXPart Item CMapXField CMapXPoints Item CMapXPoint 图3-2 MapX的数据组织 Figure 3-2 Data Organization Of MapX 26 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 MapXMobile按图层来组织空间数据，一张地图就是由n个图层构成的图层集，每个图层又是由不同的地理实体构成。地理实体可能有几个部分，每一部分都是由不同的点构成的点、线、面。MapXMobile在空间数据的每一层次都提供了不同的属性方法来实现对数据的操作。同样对于属性数据MapXMobile也是以属性集、属性表、字段集、字段这样逐步细化的方式来组织的。 若要使用 MapX，您需要包含来自 MapInfo 的记录和地图的文件。MapInfo以表（Tab）的形式存储信息，每个表是由一组MapInfo文件组成，包括： 1、属性数据的表结构文件，后缀为.TAB。该文件定义了地图属性数据的表结构，包括字段数、字段名称、字段类型、字段宽度、索引字段及相应图层的一些关键空间信息描述。.TAB文件实际上是一个文本文件，可以在写字板中打开查看其内容。 2、属性数据文件，后缀为.DAT。该文件存放了地图的属性数据。.DAT文件是二进制文件，它的格式与dBase IV的文件格式一致。 3、空间数据文件，后缀为.MAP。该文件是二进制文件，存放了图形对象的数据，包括空间对象的几何类型、坐标信息和颜色信息等。 4、交叉索引文件，后缀为.ID。该文件是二进制文件，用于连接属性数据和图形数据，记录了地图中每一个空间对象在空间数据文件（.MAP）中的位置指针。文件中每四个字节构成一个指针。指针排列的顺序与属性数据文件（.DAT）中属性数据记录存放的顺序一致。交叉索引文件实际上是一个空间对象的定位表。 5、索引文件，后缀为.IND。MapInfo表中有时也包括该文件，用于对某些字段建立索引。 .TAB文件和.DAT文件是MapInfo表中必须的两个文件，一个MapInfo表至少应该包括一个.TAB文件和一个.DAT文件。.MAP和.ID文件不是必须有的，但是如果有了.MAP文件，那么.ID文件也必须存在。 在MapInfo中每张地图被称为一个图层（或被称为表）。 每个MapInfo表由两部分最重要的内容构成：图形（称为空间对象）和数据（称为属性）。 27 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 MapInfo 实现了“图形对象”及“属性数据”一对一联系，从而能够完成图形数据和属性数据的双向查询。为了实现基于属性信息的快速查询，MapInfo支持针对属性字段建立索引。MapInfo以文件的方式，将上述的不同信息存放到不同的文件中以共同组成一个完整的图层。 28 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的理论基础 29 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的分析与设计 4 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的分析与设计 系统需求分析是系统开发的基础和前提，需求分析的目的主要是回答系统要做什么，进而明确究竟要开发一个什么样的软件，实现什么样的功能。系统需求分析是建立在对用户进行深入细致调查的基础上的，这是进行系统设计的前提。 4.1系统概况 首先，本系统是一个地理信息系统，因此，它应该具备GIS的基本功能，如地图的显示、放大、缩小、漫游图层管理等。 其次，本系统用于野外地质数据的采集，它应当具有集成GPS实现定位，并采集地质观察点，记录地质点的属性数据等功能。 另外，由于地质数据种类繁多、复杂多样，在数据库设计方面要保证数据采集的全面完整，同时也要使系统界面友好，简单易用。 GPS 地质数 据 PDA 数据库 地图 GIS 图4-1系统结构图 Figure 4-1 System Structure Charts 30 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的分析与设计 4.2 系统功能需求 系统主要在传统的数据采集过程上进行改进，增加现代地质新技术——地理信息系统（GIS）、全球地位系统（GPS）和遥感（RS）等3S技术，实现从野外地质数据采集处理到地质图的编制、打印输出全过程的数字化。因此，系统的功能模块如下： 野外地质数据采集系统 GIS 基 本 功 能 GPS定 位 功 能 数 据 采 集 模 块 地图显示功能 放大缩小漫游 地图输入输出 基本文档管理功能 空间数据查询功能 空间数据编辑功能 属性数据编辑功能 图4-1系统功能模块 Figure 4-1 System function modules 31 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的分析与设计 4.3 系统功能简介 4.3.1 GIS基本功能 主要有数字地图的输入输出，保存和图层分层管理，要素显示； 地图操作功能：放大、缩小、漫游地图、信息显示； 简单的地物信息查询。 4.3.2 野外数据采集功能 区域地质填图最重要的步骤是在野外获取大量、全面的第一手地质资料，如何科学有效地采集野外数据是系统的主要功能，也是数字地质填图系统的基础。地质图是通过将一系列地质观察点确定的地质路线按一定的规则连接起来完成的，而地质路线是由一系列的质观察点相连形成的。因此，地质观察点是野外数据采集最基本的内容，要记录地质点的点号、点位、点义（如岩性控制点、岩性分界点、矿化点、构造控制点等，视具体情况而定）、岩性描述（岩石名称、颜色、结构构造、矿物成份、颗粒大小、形状、含量。地质构造、矿化、蚀变、地貌特征等）。根据要采集的信息，相应的数据表的结构如下： 图4-2数据表结构 Figure 4-2 The data table structure 4.3.3 GPS串口通讯 由于采用串口通讯，必须要对端口参数进行设置，本模块主要就是对GPS端口参数进行配置和GPS状态信息显示。 GPS与PDA串口通信的实现步骤如下： 32 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的分析与设计 (1)打开串口 (2)配置串口参数 (3)设置串口通信事件和超时值 (4)读写串口数据 (5)通信结束，关闭串口 4.3.4 GPS定位 GPS系统实现移动目标的定位信息可视化显示。在PDA上通过接收到的GPS信号，解析出当前位置的坐标信息，并将当前位置显示在图形上，为地质点的采集做准备。 33 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 5 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的基本实现 在完成对系统的设计之后，在EVC中利用MapX Mobile进行二次开发。下面对系统各个功能模块的实现原理进行简要介绍，并对相关的操作过程进行描述。 5.1 系统界面布局 打开本系统之后的界面如下： 图5-1系统主界面 Figure 5-1 System interface 可通过菜单“文件”、“采集”、“查看”和“工具”来调出各个子菜单，实现系统功能，如下图： 34 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-2查看菜单 Figure 5-2 View Menu 图5-3 采集菜单 Figure 5-3 Collection Menu 35 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-4 工具菜单 Figure 5-4 Tools Menu 5.2 GIS基本功能的实现 5.2.1 电子地图输入输出和图层管理 (1) 打开关闭地图文件 调用系统自带的文件管理对话框实现对Mapinfo格式电子地图的输入和关闭。本体统支持GST，TAB，TIFF三种格式的地图文件。打开文件如图： 36 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-5打开文件对话框 Figure 5-5 Open File dialog Image (2) 图层管理 调用MapX Mobile的图层管理对话框，实现对地图图层的管理。在主界面点击 工具或者是点击“菜单”中的工具的“图层”菜单，弹出图层管理对话 框如图所示： 37 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-6图层管理对话框 Figure 5-6 Layer Management Dialog (3) 地图输出 地图输出功能只能将当前显示窗口地图输出为BMP图片格式，点击输出地图菜单后将弹出如下的界面： 38 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-7地图输出对话框 Figure 5-7 Map Export Dialog 5.2.2 地图放大、缩小、漫游、中心等的实现 这些是GIS的基本功能，可通过MapXMobile提供的工具来实现。例如缩小功能的实现代码如下： //缩小工具 void CBYSJView::OnToolZoomOut() { } void CBYSJView::OnUpdateToolZoomOut(CCmdUI* pCmdUI) { // TODO: Add your command update UI handler code here pCmdUI->SetCheck(m_ctrlMapX.GetCurrentTool() == miZoomOutTool); // TODO: Add your command handler code here m_ctrlMapX.SetCurrentTool(miZoomOutTool); 39 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 } 其他的功能也类似与缩小功能，只需更改为相应的地图工具即可。可以在工具栏中点击进行使用。如图所示： 图5-8 工具栏 Figure 5-8 Toolbar 5.3 GPS串口通讯 该部分对GPS进行参数设置，接收GPS信号，解析出需要的GPS信息，为定位做准备。 5.3.1 端口参数配置 NMEA-0183数据标准是通用GPS应用软件的一个统一格式的数据标准，用来解决与任意一台GPS的接口问题。 NMEA通讯协议所定义的标准通讯接口参数为： 波特率：4800bit/s； 数据位：8位； 停止位：1位； 奇偶校验：无； 在本系统中对GPS的通信参数设置如下： 40 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-9 GPS端口设置图 Figure 5-9 GPS port settings image 5.3.2 GPS状态信息显示 本功能主要用于解决是否收到GPS信号以及GPS信号的有效性，可以查看GPS的详细信息，如经纬度、速度、航向等。在打开GPS的情况下，点击“GPS”菜单下的“GPS状态”菜单即可弹出GPS状态信息对话框，然后点击“开始”按钮接收GPS信号，接收正常时则会显示GPS的信息如下图所示： 41 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 5-10 GPS状态信息显示（1） Figure 5-10 GPS status information （1） 5-11 GPS状态信息显示（2） Figure 5-11 GPS status information （2） 42 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 5.4 GPS的定位显示 本功能用于将当前所在的位置在地图上显示出来，便于用户和实际对照。使用时点击“采集”菜单下的“当前位置”菜单，即可将当前位置居中显示在图上。其结果如下图所示： 图5-12 GPS定位 Figure 5-12 GPS positioning 5.5 数据采集功能的实现 在该部分按照地质填图的工作方法和流程进行设计，分三个部分： 1）添加地质路线和第一个地质点号； 2）采集地质观察点，并添加属性信息； 3）进行地质描述； 在使用时首先点击“采集”菜单下的“添加路线”菜单，在弹出的对话框中输入路线号和第一个地质点号，点击OK按钮即可；然后，点击“添加地质点”，即可在当前所在位置添加一个地质点；之后再点击“属性”菜单 该部分功能的界面如下图： 43 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-13添加地质路线 Figure 5-13 Add The Geological Route 图5-14添加属性信息 Figure 5-14 Add The Property Information 44 河南理工大学毕业设计（论文） 基于移动GIS的地质野外数据采集系统的基本实现 图5-15 地质信息描述 Figure 5-15 Geological Information Description 45 河南理工大学毕业设计（论文） 结论 6 结论 6.1 总结 本系统从地质填图的原理和业务流程入手，采用了EVC++4.0和功能强大、简单易用的 MapX Mobile地图化组件开发技术，设计了一个由地图显示、GPS定位等功能为基础的野外数据采集系统， 并对其中的一些原理进行了简要介绍，同时也对一些主要功能的设计和实现过程进行了详细的阐述。主要实现的功能有： （1）地图显示、缩放、漫游、图层管理、地图输入、输出等GIS基本功能。 （2）GPS的定位显示与采集当前位置地质点的功能。 （3）实现了地质点属性数据的输入功能。 本系统基本上实现了野外数据采集的功能，可以改变传统野外数据采集耗 时长、速度慢、步骤多、工序复杂、劳动强度大、室内作业繁杂的现状，简化了野外数据采集的过程，降低了野外数据采集的技术要求,提高了数据采集的质量，极大地提升了工作效率。但是，本系统还存在着很多问题，如能够采集的地质数据类型很单一，由于时间和自己掌握的知识所限，目前只能用于地质点的采集，同时也没能很好地处理好属性数据的存储与查询。 6.2 展望 随着GIS、GPS 等高新技术的应用和计算机相关硬件的迅速发展，使得利用移动GIS 在野外进行快速、大量的空间数据采集成为可能。这些技术简化了数据采集的方式，减轻了数据采集的工作量。基于移动GIS的数字化数据采集一定会被广泛地运用到实际工作中去。由于自己时间能力有限，所开发的系统功能很有限，我认为作为一个野外数据采集系统还有以下几个目标要到达： （1）系统要能够处理各种各样的地质现象，如添加构造线、绘制剖面图、生成柱状图等，而不仅仅是采集地质点信息。 （2）可以允许采集人员使用文本、声音、图像和其他多媒体技术来多方面 46 河南理工大学毕业设计（论文） 结论 的描述野外地质点信息。 （3）系统要有更加完善的图形编辑功能以及属性信息的查询功能。 只有这样移动GIS才能很好地应用实际中，在地质数据采集领域发挥越来越大的作用。 47 河南理工大学毕业设计（论文） 致谢 致 谢 时光荏苒，不知不觉中四年的大学生活也即将到达终点，回首往昔，无限感慨。在论文完成之际，学生谨向尊敬的导师田根副教授致以崇高的敬意和衷心的感谢。导师对我亲切的关怀和悉心的教诲，学生铭记在心。老师对工作严肃认真的态度和对学术孜孜不倦追求的治学精神永远是学生学习的楷模。 感谢四年间所有曾为我任教的老师，是你们教会了我受用一生的知识和技能，在此道一声，老师你们辛苦了！ 还要感谢此四年来众多同窗好友们给与我的鼓励和帮助，是你们的支持和陪伴给我的大学生活留下了最难忘的记忆。 最后，我要特别感谢我的父母和亲人，是他们无私的奉献和支持，我才得以在此学习，并顺利完成学业。 48 河南理工大学毕业设计（论文） 致谢 49 河南理工大学毕业设计（论文） 参考文献 参考文献 [1] 石旺来 基于MapXMobile的嵌入式开发 电子工程师 2005 [2] 刘新海，刘惠德，何虎军，赵玉玲 移动GIS的发展及其应用.河北工程学院，2005.8 [3] 蔡苗红 基于嵌入式GIS的GPS/PDA数据采集系统的设计与实现 东南大学 2007 [4] 裴 凌,王 庆,王慧青 基于嵌入式GIS的GPS野外数据采集系统关键技术实现 东南大学 2006,6 [5] 余丰华,吴冲龙,刘 刚 基于移动GIS的野外地质数据采集系统的设计 计算机应用 2004.6 第24卷 [6] 贺振 区域地质调查填图实习辅助系统的研究与实现 西北大学 2006 [7]李超 移动地理信息系统的发展与市场前景探析 科技资讯 2006 [8] Huajun Chen, Keyan Xiao The Design and Implementation of the Geological Data Acquisition System Based on Mobile GIS School of Geoscience Yangtze University [9] Mapinfo Corporation.MapX Mobile DEVELOPER GUIDE,2008 [10] MapInfo Corporation. MapInfo MapX Developer’s Guide [11] 何卫 王保保 GPS与PDA的串口通信研究 工业控制计算机 2003年16卷第11期 [12] 熊文峰，张永瑞，齐 云 Windows CE 下 GPS 与 PDA 串行通信的实现 电子科技 2006 年第 3 期 [13] 胡建国 GPS的定位技术 中国计算机用户 1996年第7期 [14] 张勇,曾炽祥,许波 Windows CE应用程序设计 西安电子科技大学出版社 2008 [15] 汪兵,李存斌,陈鹏等 EVC高级编程及其应用开发 中国水利水电出版社 2005 [16] 周文理,周海卉 移动GIS 组成、关键技术及其应用 信息工程大学 50 河南理工大学毕业设计（论文） 参考文献 [17] 石功恒 基于MapX的校园电子地图导航系统的研究与设计 武汉科技大学 20011 [18] 李勇 我国车载GPS系统的应用现状与发展前景 合肥学院学报 2008 51 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容
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