专利名称：基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法
技术领域：
本发明涉及移动空间信息采集领域，特别是涉及基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法。
背景技术：
GPS(Global Positioning System)-全球定位系统，主要是通过多个卫星来实现对移动终端的定位。移动终端接收到GPS信息，通过其本身或网络服务中心进行处理，从而确定移动终端所在的实际位置。自从美国前总统克林顿颁布法令2000年5月1日起停止S/A政策，对民用码不加干扰，使民用定位精度大大提高，同时这也加快和扩展了GPS在各行各业的应用。GPS技术的广泛应用与发展，出现了多种不同类型的GPS接收机。目前GPS接收机类型主要有二种测量型、导航型。从测量方式上主要有单点定位、实时动态RTK、静态差分定位、信标差分定位等方式。从体积上从较大体积的测量型接收机到适合于掌上电脑的各种CF型GPS接收机，再到现在的与PDA集成的GPS接收机等等。GPS的发展为相关行业的应用提供了强有力的支持。在绿化调查与管理中，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点为绿化信息的采集提供了较为成熟的定位技术。
遥感(remote sensing)是60年代初由美国Pruitt提出的名称，1962年美国地理学会正式公开使用。1972年美国陆地卫星发射成功，MSS图像获得巨大效益，得到世界范围的认可和支持，使遥感成为一门高新技术并得以长足发展。遥感用于实时地或准实时地、快速地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新。遥感技术朝着多传感器、多遥感图像的空间分辨率、多光谱分辨率和多时间分辨率，以及对遥感图像自动判读的精确性、可靠性和定量量测的精度都在不断地提高，使之不仅用于观测和监测地面变化状况，而且将主要用于地表信息的采集和更新，成为地理空间基础框架建设中空间数据获取与更新的基本手段之一。遥感技术将进一步与GIS和GPS结合，广泛应用于数字城市建设、生态环境保护、自然灾害监测与预报以及资源调查与评估等领域。
地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是一门集地球科学、空间科学、环境科学、地理信息学、自动制图技术等最新成就的新兴边缘学科。它以计算机为手段，用于采集，存储、管理、分析、描述和表达空间数据的信息系统。自从地理信息系统在20世纪60年代逐步形成以来，随着计算机技术、数据库技术、遥感技术、数字图形图像技术等相关技术的发展，地理信息系统已逐步在测绘、地质、遥感、矿山、环境、水利、农业、林业、土地管理、气象、海洋、城市规划、航空、区域可持续发展、军事、政府办公管理及决策中得到广泛应用。
移动GIS掌上电脑的移动性及便携性，为地理信息系统的发展带来了契机，通过掌上电脑，人们可以突破基于个人电脑的地理信息系统使用的限制，自由地使用获得个性化的地理信息。移动地理信息系统把地理信息作为载体，集成了社会、经济、文化等方面的信息，实现了信息的动态更新。移动GIS建立在嵌入和无线通讯基础之上，不仅仅指随物理载体移动的GIS系统，也不仅仅指可以提供移动目标信息，也不是常规GIS的精简以便于能够在小计算机上实现GIS操作，它是一个使用根本性不同的事例所构建的系统，与地理信息服务紧密联系在一起，是技术、信息、服务的集成。
全球定位系统、遥感、移动GIS都在各自的技术领域中得到了应用，但把三者集成起来解决实际问题的应用尚无报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，该方法采用移动设备内置的嵌入式Windows CE操作系统及其提供的内嵌式开发环境，包括基于移动设备的嵌入式地理信息系统(GIS)数据模型、卫星定位(GPS)与移动设备GIS的集成、移动设备与遥感(RS)数据的集成。
所述的基于移动设备的嵌入式GIS数据模型基于面向对象的方法，采用空间实体封装一地物基类，然后在地物类的基础上主要派生出点状地物类、线状地物类和面状地物类，且其它复杂地物类亦在这些类的基础上派生，同时，将对具有同一性质与用途的地物的管理封装为图层类；整个GIS内核由实体对象和图层对象构成；该实体对象对地理实体进行了封装，封装的数据包括图形和属性数据，图形数据分为点、线、面图形，其中线图形又包括多线图形，面图形又包括多面图形，图形数据不仅包括图形的坐标串数据，还包括图形的外界矩形、颜色、线型、填充数据；实体对象下面又派生出点、线、面对象，分别用来管理图形数据的点、线、面图形；所述的图层对象中封装了该图层中所有地理实体的属性字段的字段定义，包括字段名称、类型；所述的图层对象包括复合图层。
所述的基于移动设备的嵌入式GIS数据模型在逻辑上，是以图层为单位对空间对象进行操作的；首先，获得图层对象集合的大小，然后从中遍历，获得每一图层对象指针；其次，在每一图层中，分别获得点对象集合、线对象集合和面对象集合大小，对点对象的操作，即从点对象集合中遍历，获得每一点对象，对线、面对象的操作，即从线对象集合、面对象集合中遍历，获得每一线对象、面对象指针，并从每一线对象、面对象中获得点结构实体集合大小，从中遍历，获得每一线对象、面对象端点的坐标，达到对每一个空间对象的操作；同时图层对象保存了图形元素的公共信息，包括颜色、线型，图形元素重建时只要取所在图层的这些属性值即可。
所述的基于移动设备的嵌入式GIS数据模型在物理上，包括管理整个空间数据的主文件即GIS工程，该GIS工程包括整个GIS工程的配置、数据库连接信息、影像数据的文件路径，也包括GIS空间数据；在面向地理实体的整体GIS数据组织模型中，图形和属性数据都存放到一个二进制文件中，空间数据按图层依次存放，每个地理实体构成一个相对独立的数据段，在该数据段里，先存放图形数据再存放格式化的属性数据，只需要存放一个文件即能将整个空间数据存储起来；系统也支持对属性的扩展，与图形数据所关联的属性数据可以存储到Pocket Access数据库中，其图形与属性数据通过唯一标识ID号连接，遥感影像数据采用Bmp位图文件管理；对属性数据操作时，利用唯一标识ID的连接对数据库进行访问；在工程文件中，空间数据的存储也是按照概念与逻辑一致的存储结构，在空间数据存储部分，按图层个数，将空间数据分成不同的数据段，每一层的空间数据放在同一个数据段内；在同一层空间数据段内，先存储图层对象的数据，图层对象包含了同一图层空间对象的公共信息，再按照空间对象的类型(点、线、面等)分成不同类型空间对象的数据段，属于同一类型的空间对象存储到同一数据段内。
所述的GPS与移动设备GIS的集成包括GPS接收机在进行与移动设备连接时，都将接口统一识别为串口COM，GPS接收机可以采用多种方式与移动设备连接，GPS接收机和不同的移动设备，在进行连接时映射不同的串口，移动设备GIS只需要操作移动设备GPS接收机内部输出的数据就能获GPS定位信息；本方法统一将对串口操作的API函数都封装到一个动态链接库中，并在动态链接库中将对串口的操作封装成一个串口类，所有对串口操作的API函数都封装到这个类中。
所述的GPS与移动设备GIS的集成，对于更高精度应用来说，提供了对动态RTK GPS定位模式的支持，利用GPS RTK技术进行实测时，首先在已知控制点上架设GPS基站，在移动点上采用GPS移动站，即GPS接收器，移动设备通过串口与GPS移动站连接，在基站上配备无线电台，实时广播GPS相位差分信息，移动站配备无线电台接收模块，实时接收相位差分信息，GPS移动站在实时差分处理GPS接收数据后，输出符合NMEA-0183导航协议格式的GPS数据；移动设备接收来自GPS移动站的GPS数据，并遵循NMEA-0183协议其进行实时解析，解析后获得WGS84坐标系的大地坐标；根据实际采用的目标坐标系，确定椭球参数，包括椭球长半径；确定投影参数，包括投影中央子午线；确定转换参数，包括四参数；利用这些参数将WGS84坐标转换成实际所采用的坐标系坐标。
所述的移动设备与遥感RS数据的集成只建立原始的图像信息与实际图像信息的映射关系，在文件保存时，也只是附加保存原始的图像信息与实际图像的映射信息；在具体实现图像放缩过程中，运用最优邻近点算法对图像进行重采样处理，该最优邻近点算法的核心思想，就是在图像放大过程中，由于图像的放大而使一些像素没有了颜色值，这些没有颜色值的像素就用与它最近的那个像素的颜色值填充。
所述的最优邻近点算法将有关遥感图像的操作封装成一个设备无关图类，图像的颜色设置与显示都在其绘图函数里；在显示图像过程中，判断图像是否在显示区域，如不在显示区域则不显示，在对图像的操作方式上，通过获得图像的对象指针，再利用图像对象类的方法完成图像的操作，在图像类的绘图函数里设置了与矢量图一样的图形变换。
采用以上技术方案实现的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，在数据采集的应用中，减少了资源的消耗，提高了效率，实现了移动设备上GIS图形的快速更新、显示及高效的检索速度，不仅可以进行位置数据的采集，而且还可以基于个人位置的导航、空间信息移动服务等应用；实现了遥感影像的加载、遥感影像与矢量图的叠加。
图1为GIS数据模型的概念模型一；图2为GIS数据模型的概念模型二；图3为GIS数据模型的概念模型三；图4为本发明的嵌入式GIS概念模型；图5为根据图4概念模型所设计的掌上电脑GIS逻辑与物理数据模型；图6为基于移动的嵌入式GIS数据模型；图7为GPS RTK采集实体的GIS表达；图8为最优邻近点算法的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1～8所示GPS坐标转换在进行GPS定位测量应用中，由于GPS定位结果是基于WGS-84坐标系，而我国测绘成果普遍表示在北京54坐标系中，并且大部分城市为了避免Gauss投影变形带来的不便，而采用地方独立坐标系。因此需要将GPS坐标转换到相应的坐标系统中。根据已知控制点的起算数据的不同和应用领域对精度的要求的不同，相应的坐标转换模型也不同。本实施例采用的集成GPS功能的掌上电脑，CPU运算速度低，内存较小，而坐标转换往往需要进行较多的计算。为了克服硬件平台资源的紧缺，本实施例提出了一种适合于移动环境下的GPS坐标转换模型。利用最小二乘法进行了坐标转换参数的求取与平差。
移动环境下，为了避免在硬件资源有限的掌上电脑上进行大量的计算，本实施例提出了这样的转换步骤，首先将目标坐标系下的大地坐标(B1L1H1)T根据高斯投影原理将目标坐标系下的大地坐标转换为目标坐标系下的高斯坐标，其次将控制点WGS84大地坐标(B2L2H2)T根据高斯投影原理将大地坐标转换为WGS84高斯平面坐标。然后将控制点WGS84高斯平面坐标与控制点在目标坐标系的高斯坐标一一对应，根据四参数平面转换模型求取平面转换参数，然后将该转换参数应用到测区其它移动点的转换。对于起算数据是控制点在目标坐标系下的高斯坐标或地方坐标的情况，则可省去目标坐标系下的大地坐标(B1L1H1)T投影到目标坐标系下的高斯坐标这一步。在起算数据是目标坐标系下的地方坐标的情况，充分考虑投影变形的影响，合理设定测区的投影中央子午线。一般得到的城市或测区的投影中央子午线只是一个近似值，如果近似值也不知道，则可选定在测区中央实测一点，取其经度作为中央子午线。最后根据控制点在WGS84坐标系下的高斯坐标与在目标坐标系下的高斯坐标或地方坐标之间建立一一对应关系，再根据4参数平面转换模型求取平面转换参数，并将转换步骤与转换参数应用到其它GPS移动点上。
基于PDA和Windows CE环境下嵌入式系统的开发原理掌上电脑(PDA)是近年来发展迅速的移动式便携计算机，内置强大的嵌入式Windows CE操作系统，提供内嵌式开发环境用以程序设计。它集中了计算、管理个人信息与一体，可以通过有线或无线方式接入Internet，满足人们随时获得信息的需求，是移动数字化测图的理想平台。掌上电脑不仅具备良好的软硬件可扩充能力，同时还具备移动性，这为移动地理信息处理与服务发展提供了良好的支持，WINCE系列的掌上电脑一般的配置有32M的ROM和32M的RAM，处理器的处理能力已经可以相当与PC中奔腾的处理能力，如果需要大范围的城市信息服务，可以通过FLASH或SDK卡来扩展掌上电脑的存储能力。
Windows CE是Microsoft公司Windows家族的新成员。它是开放、可升级的32位与处理器无关的嵌入式操作系统，可以满足多种设备的需要。Windows CE支持多种外设和网络系统，包括键盘、光笔、触摸屏、串行口、并行口、以太网卡、调制解调器、USB设备、打印机、音频设备和存储设备(如PCMCIA卡)。本实施例中采用的WindowsCE开发环境包括(1)Windows CE嵌入式开发工具包(eMbedded VB，eMbedded VC)。
(2)Windows CE Platform SDK软件包，Windows CE Service软件包。
Windows CE支持ATL和MFC，但不支持STL。程序开发虽然与普通Windows开发类似，但也有很多不同之处。
在本实施例开发的PDA GIS中实现了地图的绘制及编辑、地图浏览、图形与属性的连接、以及地理信息查询等功能。GIS绘图功能包括基本矢量元素的绘制与地理要素的绘制，其基本矢量元素包括点、直线、折线、圆、椭圆、矩形等，而地理要素主要包括道路、房屋、树、绿地等。在本系统中地图的绘制以不同的图层处理，同时能够进行地图编辑与修改。图形的编辑与修改包括图形元素的选择、删除、端点移动、元素整体移动、图形元素点的捕捉功能、图形元素拷贝等。地理要素除了具备基本矢量元素的编辑功能外，还具备地理要素符号的自动生成等特性。
基于移动设备的嵌入式GIS数据模型当前主要存在图1、图2、图3所示的三种GIS数据模型。概念模型一如图1所示。将每一个图形元素都看作一个对象，不论是点对象、线对象、面对象或其它，都存放到一个对象集合里。每个对象可记录为唯一标识号、坐标串、图层号、是否显示等属性。对每个对象属性的修改，只需要找到需要修改的对象，对其修改就可以了。对每个对象显示的控制，就是对其“是否显示”属性的控制。对对象图层的控制，也是对其图层号属性的控制。
概念模型二如图2所示。即点、线、面模型。每个图形元素都是一个对象，不过要分别为点、线、面对象建立不同的对象集合。点元素对象存储到点对象集合中，线元素对象存储到线对象集合中，面元素对象存储到面对象集合中。这样，将概念模型一的一个对象集合按类别分为三个对象集合。
数据模型三如图3所示。即基于图层的数据模型。这种数据模型以图层为单位对图形进行管理。即一个图层是一个对象，现实世界由不同的图层组成，不同的图层叠加在一起构成完整的地理景观。不同的图层对象由一个图层对象集合管理起来。每个图层对象下有点对象，线对象，面对象，但不加区分的部将其存放到一个对象集合里。每个图形元素对象不再有“是否显示”这一属性。取而代之的是图层对象具有“是否显示”以及图层代码等属性。属于这个图层对象的点、线、面对象都存储到这个图层对象的对象集合里。属于另一个图层对象的点、线、面对象都存储到另一个图层对象的对象集合里。
针对掌上电脑的硬件技术特性，本实施例提出了如图4所示的嵌入式GIS概念模型。采用面向实体对象的概念模型中，人们所看到的地理场景，不是几何意义上的点，线、面等几何图形，而是具有实际意义的河流、旅馆、书店等实体。因此，GIS系统所处理的图形元素首先是一个个对象，然后这个对象是具有实在意义的实体。用面向实体对象的观点来描述现实世界地理实体或现象(当作对象)的概念抽象和逻辑组织，符合人们对现实世界的认识模式，并且提供了有效的实现机制。它既可以用来建立GIS概念模型，又可以当作逻辑数据模型，把人们对地理空间的认识模式与计算机内部的地理数据表达自然地统一起来。图5为根据图4概念模型所设计的掌上电脑GIS逻辑与物理数据模型。
在逻辑上，嵌入式GIS数据模型在程序内部是以图层为单位对空间对象进行操作的。首先，获得图层对象集合的大小，然后从中遍历，获得每一图层对象指针。其次，在每一图层中，分别获得点对象集合、线对象集合和面对象集合大小。对点对象的操作，即从点对象集合中遍历，获得每一点对象。对线、面对象的操作，即从线对象集合、面对象集合中遍历，获得每一线对象、面对象指针，并从每一线对象、面对象中获得点结构实体集合大小，从中遍历，获得每一线对象、面对象端点的坐标，达到对每一个空间对象的操作。同时图层对象保存了图形元素的公共信息，如颜色、线型等，图形元素重建时只要取所在图层的这些属性值即可。避免了同一图层中所有的图形元素都保存重复信息。同时为了避免针对一种目的的分层，在面对其它目的时，缺乏适应性问题，在嵌入式GIS数据模型中还增加了一个特殊的图层，那就是复合图层。复合图层允许用户将需要进行特殊用途的地物加到复合图层中，以便进行相应的空间分析与操作。
如图6所示的基于移动的嵌入式GIS数据模型，整个GIS内核由实体对象和图层对象构成。实体对象对地理实体进行了封装，封装的数据包括图形和属性数据。地理实体中描述其人文、环境等相关信息的属性数据由实体对象封装。点、线、面对象不需要各自建立属性数据，只需从实体对象继承数据即可。实体对象封装的属性数据根据需要可以动态增减，主要描述的是格式化的数据项，例如对于点实体(树)，可以是树的树种、胸径、养护等级等字段项的值。实体对象封装的属性数据不是存储在数据库中，而是与实体对象封装的图形数据在一起构成整体的数据块一“地理实体”。这就意味着在进行对地理实体的各项GIS操作时，只要获得了地理实体的对象指针，就可以获得该地理实体的所有数据，包括图形数据与属性数据。这样不需要根据地理实体对象的唯一标识符ID与数据库记录进行关联，避免了每次获取属性数据时都要从数据库中检索。这对于资源有限的掌上电脑来说，大大减少了系统访问和操作数据库的时间，提高了系统的运行效率。当然为了保持系统的可扩展性，系统也可以根据地理实体对象的唯一标识符ID与外挂数据库记录进行关联，实现属性数据的扩展。图层对象是具有相同属性字段的地理实体集。在图层对象中封装了该图层中所有地理实体的属性字段的字段定义，例如字段名称、类型。因为在实体对象中封装的属性数据项只是具体属性项的值而没有属性项的定义，例如对于点实体(树)，实体对象存储字段“树种”的值“银杏”，而不存储字段名称“树种”，即对于动态定义的属性项，实体对象本身并不知道各个属性值的含义。但只要知道了地理实体所在层就能根据层中定义的字段名称知道各个属性字段值的含义。在同一图层的地理实体按照图层定义的字段顺序保存字段的具体值，图层对象不仅存储层中对象属性值的字段定义，而且存储层中对象共有的信息，如图层颜色、可见性等，从而避免每个实体都重复存储这些信息，这大大降低了掌上电脑上GIS数据的存储量。
在物理上，在图5所示的嵌入式GIS数据模型中，GIS工程是管理整个空间数据的主文件，其即包含整个GIS工程的配置、数据库连接信息、影像数据的文件路径等工程管理信息，也包括GIS空间数据。由于掌上电脑文件管理比较弱，而且没有数据库操作系统，所以在面向地理实体的整体GIS数据组织模型中，图形和属性数据都存放到一个二进制文件中。空间数据按图层依次存放，每个地理实体构成一个相对独立的数据段，在该数据段里，先存放图形数据再存放格式化的属性数据。这样在没有外挂数据库的扩展属性数据的情况下，只需要存放一个文件即能将整个空间数据存储起来，在掌上电脑上操作起来非常方便。为了通用，系统也支持对属性的扩展，与图形数据所关联的属性数据可以存储到Pocket Access数据库中，其图形与属性数据通过唯一标识ID号连接，遥感影像数据采用Bmp位图文件管理。对属性数据操作时，利用唯一标识ID的连接对数据库进行访问。在工程文件中，空间数据的存储也是按照概念模型与逻辑模型一致的存储结构。在空间数据存储部分，按图层个数，将空间数据分成不同的数据段，每一层的空间数据放在同一个数据段内；在同一层空间数据段内，先存储图层对象的数据，图层对象包含了同一图层空间对象的公共信息，再按照空间对象的类型(点、线、面等)分成不同类型空间对象的数据段，属于同一类型的空间对象存储到同一数据段内。在对数据进行访问和操作时，可以避免访问和操作不需要的数据段，大大加快了数据的访问和操作。
因此，嵌入式GIS数据模型极大地提高了图形检索、绘制、选择的速度并减少了相关数据的存储。对于处理能力有限的掌上电脑来说，这种模型无疑是一种适应性较强的数据模型。
GPS与掌上电脑接口与数据处理目前与掌上电脑进行连接的GPS种类很多，有实时动态RTK GPS接收机、CF卡插槽式GPS、SD卡插槽式GPS、蓝牙GPS、信标差分机等等。无论用什么型号的GPS接收机，在进行与掌上电脑连接时，都将接口统一识为COM口，所以本实施例在进行与GPS接收机连接时，统一将对串口操作的API函数都封装到一个动态链接库中，并在动态链接库中将对串口的操作封装成一个串口类，所有对串口操作的API函数都封装到这个类中，这样就不需要在进行不同的GPS连接时，重复进行代码的编写，使得软件的代码保持了较高的通用性和灵活性。当用到动态链接库时，主程序调用动态链接库中封装的类以及函数，不用时则不调用，减少了系统内存的消耗。
在GPS模块动态链接库中，主要完成的是对GPS接收机端口数据的读取，而不涉及对端口的写操作。GPS接收机有通过串口连接线与PDA连接的，也有通过CF卡插槽与PDA连接的。不同的GPS接收机和不同的PDA，在进行连接时映射不同的串口。为了方便用户对GPS接收机进行串口的测试，本实施例软件提供了COM口测试界面。测试好所用的GPS接收机串口，才能正常接收到GPS定位信息，进行GPS定位的相关应用。现在大多数GPS接收机端口输出符合NMEA-0183导航协议格式的GPS数据，因此需要从这些输出数据中解析出GPS定位信息以及其它所需的数据。
目前，本实施例实现了GPS接收机与掌上电脑GIS的集成，即不需要在PDA上另外连接GPS，移动设备本身是一个PDA的同时，也是一个GPS接收机，掌上电脑GIS软件只需要操作PDA内部GPS接收机输出的数据就能获GPS定位信息。特别是采用了GPS信标机对GPS定位数据进行差分，这样不但减少了移动设备的外围设备，而且不需要另外架设GPS基站，同时GPS的定位精度也得到了很大的提高，也提高了实际绿化调查与更新的作业效率。
对于更高精度应用来说，本系统提供了对动态RTK GPS定位模式的支持。图7为GPS RTK采集实体的GIS表达。GPS采集数据是离散的定位点，需要根据实际采集情况构成地理实体，例如树、绿地等。在利用GPS RTK技术进行实测时，首先在已知控制点上架设GPS基站，在移动点上采用GPS移动站，掌上电脑通过串口与GPS移动站连接。在基站上配备无线电台，实时广播GPS相位差分信息。移动站配备无线电台接收模块，实时接收相位差分信息。GPS移动站在实时差分处理GPS接收数据后，输出符合NMEA-0183导航协议格式的GPS数据。掌上电脑接收来自GPS移动站的GPS数据，并遵循NMEA-0183协议其进行实时解析，解析后获得WGS84坐标系的大地坐标。根据实际采用的目标坐标系，确定椭球参数，如椭球长半径等；确定投影参数，如投影中央子午线等；确定转换参数，如四参数等。利用这些参数将WGS84坐标转换成实际所采用的坐标系坐标。
掌上电脑GIS与GPS集成系统利用GIS操作时，根据采集的实体类型将GPS采集的离散点构成地理实体。在采集点状实体(树)时，首先创建一个点状地理实体对象，然后利用转换后的GPS坐标构造点对象的图形数据，在GPS测量的同时也可以输入这个点地理实体的属性数据。在采集面状实体(绿地)时，有两种方法一种方法是先按点对象采集，等面状实体上所有的点都采集完所后，执行GIS操作将创建一个以这些点串为图形数据的面状地理实体，然后输入属性数据；另一种方法是在采集面状实体上的第一点时即创建一个面状地理实体，并以这一点为图形数据，在采集面状实体上的其它点时，面状地理实体实时将新采集的点加到其图形数据的坐标串里并更新图形，在采集的同时可以输入属性数据。在GIS的图形界面里将实时显示所测的地理实体的图形及位置。地理实体对象创建完成后GIS将其加入到所属的实体图层里，然后在GIS环境里就可以对其进行任何GIS操作，如图形浏览、图形和属性的编辑等。
掌上电脑与遥感(RS)数据的集成及处理为了进行多源数据的共享与融合以及进行基于遥感的相关应用，本实施例实现了遥感影像的加载，遥感影像与矢量图的叠加，以及基于栅格影像的GIS数据数字化等功能。为了保留最原始的图像信息，而不造成图像信息的损失，不对其原始图像信息进行更改，只建立其与实际图像信息的映射关系，在文件保存时，也只是附加保存其与实际图像的映射信息。
为了使影像与矢量图一体化浏览，以及提高影像放缩过程的显示质量，在具体实现图像放缩过程中，运用最优邻近点法对图像进行重采样处理，大大提高了图像的显示效果。最优邻近点法进行重采样的核心思想，就是在图像放大过程中，由于图像的放大而使一些像素没有了颜色值，这些没有颜色值的像素就用与它最近的那个像素的颜色值填充。如图8为该算法的示意图。为4个像素的图像，其放大2倍后就变成了16个像素，如图8右图所示。如不进行重采样，那么放大后的16个像素的图像就有12个像素没有了颜色值。如简单地将同一像素放后映射的4个像素赋予同一颜色值，那么在图像放到一定倍数时，显示效果非常差。为了使图像在放大时，像素颜色之间能够平滑地过度，那些在放大后没有颜色值的像素就用离其最近一像素的颜色值，如有多个像素与其离的最近，就用这些像素里的任一像素的颜色值。这样在图像放大后，例如放大10倍后，对于图8来说，第1行第10列的像素的颜色值就不再用原来第1行第1列的像素的颜色值，而是采用离它最近的颜色值，也即放大后第1行第11列的颜色值，同时也是放大前第1行第2列的颜色值。
运用这个算法，将有关遥感图像的操作封装成一个设备无关图类，图像的颜色设置与显示都在其绘图函数里。在显示图像过程中，判断图像是否在显示区域，如不在显示区域则不显示，这在一定程度上提高了显示速度。在对图像的操作方式上，与普通的空间对象操作方式一样，通过获得图像的对象指针，再利用图像对象类的方法完成图像的操作。为了与矢量图一体化浏览，在图像类的绘图函数里设置了与矢量图一样的图形变换。这样在图像放大缩小时，始终与矢量图叠加在一起。
权利要求
1.基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，该方法采用移动设备内置的嵌入式Windows CE操作系统及其提供的内嵌式开发环境，包括基于移动设备的嵌入式地理信息系统(GIS)数据模型、卫星定位(GPS)与移动设备GIS的集成、移动设备与遥感(RS)数据的集成。
2.根据权利要求1所述的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，所述的基于移动设备的嵌入式GIS数据模型基于面向对象的方法，采用空间实体封装一地物基类，然后在地物类的基础上主要派生出点状地物类、线状地物类和面状地物类，且其它复杂地物类亦在这些类的基础上派生，同时，将对具有同一性质与用途的地物的管理封装为图层类；整个GIS内核由实体对象和图层对象构成；该实体对象对地理实体进行了封装，封装的数据包括图形和属性数据，图形数据分为点、线、面图形，其中线图形又包括多线图形，面图形又包括多面图形，图形数据不仅包括图形的坐标串数据，还包括图形的外界矩形、颜色、线型、填充数据；实体对象下面又派生出点、线、面对象，分别用来管理图形数据的点、线、面图形；所述的图层对象中封装了该图层中所有地理实体的属性字段的字段定义，包括字段名称、类型；所述的图层对象包括复合图层。
3.根据权利要求1或2所述的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，所述的基于移动设备的嵌入式GIS数据模型在逻辑上，是以图层为单位对空间对象进行操作的；首先，获得图层对象集合的大小，然后从中遍历，获得每一图层对象指针；其次，在每一图层中，分别获得点对象集合、线对象集合和面对象集合大小，对点对象的操作，即从点对象集合中遍历，获得每一点对象，对线、面对象的操作，即从线对象集合、面对象集合中遍历，获得每一线对象、面对象指针，并从每一线对象、面对象中获得点结构实体集合大小，从中遍历，获得每一线对象、面对象端点的坐标，达到对每一个空间对象的操作；同时图层对象保存了图形元素的公共信息，包括颜色、线型，图形元素重建时只要取所在图层的这些属性值即可。
4.根据权利要求1或2所述的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，所述的基于移动设备的嵌入式GIS数据模型在物理上，包括管理整个空间数据的主文件即GIS工程，该GIS工程包括整个GIS工程的配置、数据库连接信息、影像数据的文件路径，也包括GIS空间数据；在面向地理实体的整体GIS数据组织模型中，图形和属性数据都存放到一个二进制文件中，空间数据按图层依次存放，每个地理实体构成一个相对独立的数据段，在该数据段里，先存放图形数据再存放格式化的属性数据，只需要存放一个文件即能将整个空间数据存储起来；系统也支持对属性的扩展，与图形数据所关联的属性数据可以存储到Pocket Access数据库中，其图形与属性数据通过唯一标识ID号连接，遥感影像数据采用Bmp位图文件管理；对属性数据操作时，利用唯一标识ID的连接对数据库进行访问；在工程文件中，空间数据的存储也是按照概念与逻辑一致的存储结构，在空间数据存储部分，按图层个数，将空间数据分成不同的数据段，每一层的空间数据放在同一个数据段内；在同一层空间数据段内，先存储图层对象的数据，图层对象包含了同一图层空间对象的公共信息，再按照空间对象的类型(点、线、面等)分成不同类型空间对象的数据段，属于同一类型的空间对象存储到同一数据段内。
5.根据权利要求1所述的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，所述的GPS与移动设备GIS的集成包括GPS接收机在进行与移动设备连接时，都将接口统一识别为串口COM，GPS接收机可以采用多种方式与移动设备连接，GPS接收机和不同的移动设备，在进行连接时映射不同的串口，移动设备GIS只需要操作移动设备GPS接收机内部输出的数据就能获GPS定位信息；本方法统一将对串口操作的API函数都封装到一个动态链接库中，并在动态链接库中将对串口的操作封装成一个串口类，所有对串口操作的API函数都封装到这个类中。
6.根据权利要求5所述的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，所述的GPS与移动设备GIS的集成，对于更高精度应用来说，提供了对动态RTK GPS定位模式的支持，利用GPS RTK技术进行实测时，首先在已知控制点上架设GPS基站，在移动点上采用GPS移动站，即GPS接收器，移动设备通过串口与GPS移动站连接，在基站上配备无线电台，实时广播GPS相位差分信息，移动站配备无线电台接收模块，实时接收相位差分信息，GPS移动站在实时差分处理GPS接收数据后，输出符合NMEA-0183导航协议格式的GPS数据；移动设备接收来自GPS移动站的GPS数据，并遵循NMEA-0183协议其进行实时解析，解析后获得WGS84坐标系的大地坐标；根据实际采用的目标坐标系，确定椭球参数，包括椭球长半径；确定投影参数，包括投影中央子午线；确定转换参数，包括四参数；利用这些参数将WGS84坐标转换成实际所采用的坐标系坐标。
7.根据权利要求1所述的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，所述的移动设备与遥感RS数据的集成只建立原始的图像信息与实际图像信息的映射关系，在文件保存时，也只是附加保存原始的图像信息与实际图像的映射信息；在具体实现图像放缩过程中，运用最优邻近点算法对图像进行重采样处理，该最优邻近点算法的核心思想，就是在图像放大过程中，由于图像的放大而使一些像素没有了颜色值，这些没有颜色值的像素就用与它最近的那个像素的颜色值填充。
8.根据权利要求7所述的基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，其特征在于，所述的最优邻近点算法将有关遥感图像的操作封装成一个设备无关图类，图像的颜色设置与显示都在其绘图函数里；在显示图像过程中，判断图像是否在显示区域，如不在显示区域则不显示，在对图像的操作方式上，通过获得图像的对象指针，再利用图像对象类的方法完成图像的操作，在图像类的绘图函数里设置了与矢量图一样的图形变换。
全文摘要
本发明涉及基于移动设备的卫星定位、遥感及地理信息集成方法，该方法采用移动设备内置的嵌入式Windows CE操作系统及其提供的内嵌式开发环境，包括基于移动设备的嵌入式地理信息系统(GIS)数据模型、卫星定位(GPS)与移动设备GIS的集成、移动设备与遥感(RS)数据的集成。本发明的实施，使得在数据采集的应用中，减少了资源的消耗，提高了效率，实现了移动设备上GIS图形的快速更新、显示及高效的检索速度，不仅可以进行位置数据的采集，而且还可以基于个人位置的导航、空间信息移动服务等应用；实现了遥感影像的加载、遥感影像与矢量图的叠加。
文档编号G01S17/89GK101051077SQ20061002540
公开日2007年10月10日 申请日期2006年4月3日 优先权日2006年4月3日
发明者童小华, 胡广杰, 田根, 唐德昌, 蔡杰 申请人:上海市闸北区绿化管理局, 同济大学