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摘要：文章针对地理信息系统在社会生产生活各领域得到广泛应用的现状，探讨了嵌入式地理信息系统的设计，在给出了系统构成框架的基础上，完成了系统的总体软硬件设计，并针对其中的关键技术——空间数据的组织结构进行了设计，给出了数据组织方案，对于进一步提高嵌入式地理信息系统的设计及其应用水平具有一定借鉴和指导的意义。
关键词：嵌入式系统；GIS；地理信息系统；数据组织结构设计
中图分类号：P208
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0053-02
嵌入式地理信息系统已经成为了当前研究的热点，为此需要加强对嵌入式GIS应用的研究，本论文就针对嵌入式系统的构成特点，对嵌入式地理信息系统进行设计研究，以期获得一些嵌入式GIS应用的设计方法与经验，并以此和广大同行分享。
一、嵌入式GlS应用系统构成分析
(一)结构构成
本论文所设计的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
1．硬件系统。通常嵌入式GIS是以掌上电脑为硬件开发平台的。CPU可以为ARM、MIPS、SH3、SH4、X86等；ROM最好占用资源少，运行时间短；RAM采用对象存储器(Object Store)，程序内存，可以调节；另外最好备有CF卡(compact Flash)、SD卡、主电池、备用电池等硬件设备。
2．操作系统。OEM厂商定制自己的Windows cE操作系统，该系统是微软开发的一个简洁、高效、多任务、完全抢占式的32位嵌入式系统。一般支持常用的Microsoft Win32 API，可用于开发应用程序，接口包括：MFC、ActiveX、COM、ATL等。
(二)功能构成
嵌入式GIS的主要功能包括以下几个部分：
1．基本地图操作功能。主要用于地图的显示、缩放、漫游、查询等。结合本文前述，该功能应尽量保证具有精简的内核和快速的浏览速度。
2．图层管理功能。根据用户需求可以打开／关闭，显示／隐藏图层，但要避免频繁调入图层数据，以便加快数据的显示速度。
3．查询、检索、分析功能。主要用于目标的查询(包括分类查询、图文互查)、定位功能等。
二、嵌入式地理信息系统设计研究
(一)系统总体规划设计
1．系统硬件规划设计。在本设计中，涉及到的硬件主要有$3C2440、电源、晶振、时钟芯片、复位芯片、Flash接口、SDRAM接口、RS232接口、USB接口等，如图1所示：
S3C2440是三星公司生产的以ARM9TDMI为核心处理器，用于对系统的整体控制，嵌入操作系统并对数据进行处理。3.3V电源用来对ARM9芯片供电，USB口用来连接鼠标和键盘，RS232接口用来连接GPS接受机，将GPS信息传送到芯片中，50Hz有源晶振为ARM9提供工作时钟，SDRAM用来存储数据，FLASH用来存储系统程序，复位芯片用来提供对系统的复位，时钟芯片用来能够给整个系统提供不同的频率，使得每个芯片都能够正常地工作，系统总线是芯片和外设通信的渠道。
2．系统软件规划设计。本系统的嵌入式软件开发，就是采用GNU的开发工具(包括编译、链接、生成各种格式目标代码等)。由于采用了ARMgTIMI系列的处理器内核，在Windows cE操作系统下开发。
在本系统中，程序体大致可以分成两个部分。一个是面向操作员的部分，也就是人机交互程序，另一个部分则是后台运行的程序，如数据采集、逻辑控制、数据保存等。人机交互，主要通过按键和显示屏幕来完成。通过按键，操作员可以把指令发送给处理器，让系统完成某些工作，或让它显示某些信息。屏幕则是系统把信息反馈给用户的媒介。
(二)嵌入式GIS数据组织结构设计
嵌入式6IS应用中，电子地图的显示和操作是一项基础的功能。地图的显示内容随着比例尺的变换而变换，当比例尺变大时，地图显示的内容变得详尽；而比例尺变小时，地图显示的内容趋于简略：比例尺到最小时只显示地图的轮廓。在地图的绘制过程中，需要访问大量的空间地理数据，如何快速地访问、检索和绘制数据成为地图显示的核心任务。
经过预处理后的空间地理数据能够适应嵌入式6IS中特定设备和功能的需求，初步满足嵌入式6IS数据组织实现中对数据访问、管理的基本要求。但是如果在电子地图的绘制中不注意方法策略，就难以实现地图的实时、快速地显示。为此，在本章中就如何实现嵌入式6IS地图快速显示展开讨论。此外嵌入式6IS在计算、存储和显示等方面资源有限，同时系统对实时性要求很高：对于地图检索、调度、显示和刷新等基本操作，需要近实时性地响应，所以如何在有限资源下进行显示操作，保障显示的效果和快速响应速度，是嵌入式6IS数据组织中需要重点解决的问题。
要实现电子地图的显示，首先要了解基于空间地理数据组织的嵌入式6IS体系结构。数据组织实现的体系结构可分为五个层次：
1．基础层，本层包括嵌入式操作系统(如VxwbrkS、WinCE等)和设备驱动程序，是嵌入式6IS软件功能实现的底层。
2．存储层，本层的核心是以数据文件或数据库形式保存管理的各种空间地理数据、专题数据以及多媒体数据，并根据系统的特定功能，实时获取、保存和管理卫星定位数据、移动通讯数据和野外采集数据。
3．调度层，本层提供针对存储层数据的访问调度引擎，根据使用要求对空间地理数据进行快速查询、检索与读取，并提供给系统统一、高效的数据访问接口。
4．处理层，嵌入式操作系统提供的图形绘制能力有限，难以满足地图显示的复杂要求。本层在数据高效合理地访问调度基础上，提供图形动态绘制和并行显示功能，对多种类型和用途的地图进行快速显示。本文主要讨论如何在处理层上实现地图的快速显示。
5．应用层，在电子地图显示的基础上，提供空间地理数据查询、分析、动态信息显示等功能。在嵌入式地图背景上，叠加显示各类动态信息，如运动轨迹、行进路线等，并能够通过文字、图标等基本图元，对动态信息的位置、属性进行可视化表达、分析和查询。
三、结语
随着硬件性能的大幅度提高，移动信息终端、无线通讯等技术的迅速发展，嵌入式设备将广泛的应用于社会的各行各业，而基于地理信息服务的嵌入式6IS的研究与开发也将为广泛使用的嵌入式设备提供基础，并形成强有力的保障。但无论哪种信息应用平台，都是以空间地理数据为骨干，因此针对空间地理数据在嵌入式6IS的研究就显得十分重要。本文结合嵌入式6IS项目的开发过程，针对嵌入式6IS资源有限性，对嵌入式6IS应用的地理信息系统进行了开发设计，对于嵌入式6IS的应用具有较好的实用价值和指导意义。
参考文献
[1]陈述彭，鲁学军，周成虎．地理信息系统导论[M]．北京：
科学出版社，2001．
[2]吴春华．基于ARA4和WinCE的嵌入式系统的构建研
究[J]．浙江大学学报,2004,6(2)．
[3]金华标，常勇．基于Windows CE．NET的嵌入式系统软
件开发的研究[J]武汉理工大学学报,2003,9(3)．
责任编辑 赵秀娟
关键词：嵌入式系统；GIS；地理信息系统；数据组织结构设计
中图分类号：P208
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0053-02
嵌入式地理信息系统已经成为了当前研究的热点，为此需要加强对嵌入式GIS应用的研究，本论文就针对嵌入式系统的构成特点，对嵌入式地理信息系统进行设计研究，以期获得一些嵌入式GIS应用的设计方法与经验，并以此和广大同行分享。
一、嵌入式GlS应用系统构成分析
(一)结构构成
本论文所设计的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
1．硬件系统。通常嵌入式GIS是以掌上电脑为硬件开发平台的。CPU可以为ARM、MIPS、SH3、SH4、X86等；ROM最好占用资源少，运行时间短；RAM采用对象存储器(Object Store)，程序内存，可以调节；另外最好备有CF卡(compact Flash)、SD卡、主电池、备用电池等硬件设备。
2．操作系统。OEM厂商定制自己的Windows cE操作系统，该系统是微软开发的一个简洁、高效、多任务、完全抢占式的32位嵌入式系统。一般支持常用的Microsoft Win32 API，可用于开发应用程序，接口包括：MFC、ActiveX、COM、ATL等。
(二)功能构成
嵌入式GIS的主要功能包括以下几个部分：
1．基本地图操作功能。主要用于地图的显示、缩放、漫游、查询等。结合本文前述，该功能应尽量保证具有精简的内核和快速的浏览速度。
2．图层管理功能。根据用户需求可以打开／关闭，显示／隐藏图层，但要避免频繁调入图层数据，以便加快数据的显示速度。
3．查询、检索、分析功能。主要用于目标的查询(包括分类查询、图文互查)、定位功能等。
二、嵌入式地理信息系统设计研究
(一)系统总体规划设计
1．系统硬件规划设计。在本设计中，涉及到的硬件主要有$3C2440、电源、晶振、时钟芯片、复位芯片、Flash接口、SDRAM接口、RS232接口、USB接口等，如图1所示：
S3C2440是三星公司生产的以ARM9TDMI为核心处理器，用于对系统的整体控制，嵌入操作系统并对数据进行处理。3.3V电源用来对ARM9芯片供电，USB口用来连接鼠标和键盘，RS232接口用来连接GPS接受机，将GPS信息传送到芯片中，50Hz有源晶振为ARM9提供工作时钟，SDRAM用来存储数据，FLASH用来存储系统程序，复位芯片用来提供对系统的复位，时钟芯片用来能够给整个系统提供不同的频率，使得每个芯片都能够正常地工作，系统总线是芯片和外设通信的渠道。
2．系统软件规划设计。本系统的嵌入式软件开发，就是采用GNU的开发工具(包括编译、链接、生成各种格式目标代码等)。由于采用了ARMgTIMI系列的处理器内核，在Windows cE操作系统下开发。
在本系统中，程序体大致可以分成两个部分。一个是面向操作员的部分，也就是人机交互程序，另一个部分则是后台运行的程序，如数据采集、逻辑控制、数据保存等。人机交互，主要通过按键和显示屏幕来完成。通过按键，操作员可以把指令发送给处理器，让系统完成某些工作，或让它显示某些信息。屏幕则是系统把信息反馈给用户的媒介。
(二)嵌入式GIS数据组织结构设计
嵌入式6IS应用中，电子地图的显示和操作是一项基础的功能。地图的显示内容随着比例尺的变换而变换，当比例尺变大时，地图显示的内容变得详尽；而比例尺变小时，地图显示的内容趋于简略：比例尺到最小时只显示地图的轮廓。在地图的绘制过程中，需要访问大量的空间地理数据，如何快速地访问、检索和绘制数据成为地图显示的核心任务。
经过预处理后的空间地理数据能够适应嵌入式6IS中特定设备和功能的需求，初步满足嵌入式6IS数据组织实现中对数据访问、管理的基本要求。但是如果在电子地图的绘制中不注意方法策略，就难以实现地图的实时、快速地显示。为此，在本章中就如何实现嵌入式6IS地图快速显示展开讨论。此外嵌入式6IS在计算、存储和显示等方面资源有限，同时系统对实时性要求很高：对于地图检索、调度、显示和刷新等基本操作，需要近实时性地响应，所以如何在有限资源下进行显示操作，保障显示的效果和快速响应速度，是嵌入式6IS数据组织中需要重点解决的问题。
要实现电子地图的显示，首先要了解基于空间地理数据组织的嵌入式6IS体系结构。数据组织实现的体系结构可分为五个层次：
1．基础层，本层包括嵌入式操作系统(如VxwbrkS、WinCE等)和设备驱动程序，是嵌入式6IS软件功能实现的底层。
2．存储层，本层的核心是以数据文件或数据库形式保存管理的各种空间地理数据、专题数据以及多媒体数据，并根据系统的特定功能，实时获取、保存和管理卫星定位数据、移动通讯数据和野外采集数据。
3．调度层，本层提供针对存储层数据的访问调度引擎，根据使用要求对空间地理数据进行快速查询、检索与读取，并提供给系统统一、高效的数据访问接口。
4．处理层，嵌入式操作系统提供的图形绘制能力有限，难以满足地图显示的复杂要求。本层在数据高效合理地访问调度基础上，提供图形动态绘制和并行显示功能，对多种类型和用途的地图进行快速显示。本文主要讨论如何在处理层上实现地图的快速显示。
5．应用层，在电子地图显示的基础上，提供空间地理数据查询、分析、动态信息显示等功能。在嵌入式地图背景上，叠加显示各类动态信息，如运动轨迹、行进路线等，并能够通过文字、图标等基本图元，对动态信息的位置、属性进行可视化表达、分析和查询。
三、结语
随着硬件性能的大幅度提高，移动信息终端、无线通讯等技术的迅速发展，嵌入式设备将广泛的应用于社会的各行各业，而基于地理信息服务的嵌入式6IS的研究与开发也将为广泛使用的嵌入式设备提供基础，并形成强有力的保障。但无论哪种信息应用平台，都是以空间地理数据为骨干，因此针对空间地理数据在嵌入式6IS的研究就显得十分重要。本文结合嵌入式6IS项目的开发过程，针对嵌入式6IS资源有限性，对嵌入式6IS应用的地理信息系统进行了开发设计，对于嵌入式6IS的应用具有较好的实用价值和指导意义。
参考文献
[1]陈述彭，鲁学军，周成虎．地理信息系统导论[M]．北京：
科学出版社，2001．
[2]吴春华．基于ARA4和WinCE的嵌入式系统的构建研
究[J]．浙江大学学报,2004,6(2)．
[3]金华标，常勇．基于Windows CE．NET的嵌入式系统软
件开发的研究[J]武汉理工大学学报,2003,9(3)．
责任编辑 赵秀娟