GPS与GIS的集成方法

　　文章编号:049420911(2005)0420033203中图分类号:P208　　　　　　文献标识码:B

GPS与GIS的集成方法

黄万里,林广发,江辉仙

(福建师范大学,福建福州350007)

TheMethodsofGPS/GISIntegration

HUANGWan2li,LINGuang2fa,JIANGHui2xian

摘要:讨论GPS与GIS集成的3种方法:基于数据的集成方法、基于位置的集成方法与基于技术的集成方法,并列举各种方法的实

现案例。还特别探讨组件编程技术与GPS接收机的协议对基于技术集成方法的影响。

关键词:GPS;GIS;集成;组件编程;GPS接收机协议

　　一、引　言

由于GPS具有测量速度快、可全天候作业、使用简便、可同时获得待测点的3维坐标等优点,因此如何在GIS中应用GPS技术是许多GIS业界人士多年来研究的问题。GPS技术在GIS中的应用及其前景已被业内人士所认可。以前GPS在GIS中的应用主要集中于利用GPS接收机在野外采集数据并存储于相应的存储器,外业完成后用GPS的后处理软件传输与处理GPS采集的数据,最后将处理好的数据导入GIS系统。随着计算机软硬件(特别是可支持WindowsCE操作系统、价格低廉、轻便的设备的出现)、无线通讯技术的发展,使两者的结合更加紧密,实现了直接在GPS接收机中嵌入GIS或直接将GPS采集的数据(或信号)实时传输到相应的GIS系统,使GIS能够实时显示、分析GPS采集的数据,拓宽了GPS与GIS的应用领域。

GPS与GIS的集成方式,从简单地将GPS采集的数据(经适当处理后)导入GIS的“松散”结合,到将GPS技术直接集成到相应的GIS应用软件的“紧密”结合,大致可以分为基于数据的集成(Data2fo2cusedintegration)、基于位置的集成(Position2focusedintegration)和基于技术的集成(Technology2focusedin2tegration)3类,用户可根据不同的需求以及已有的条件选择最合适的集成方式。下面分别对这3种集成方式进行讨论。

式GPS与GIS是两个独立的部分,它们之间只是进行简单的数据交换。GPS主要由GPS天线单元、接收和存储单元、控制与计算单元组成,通常由专业的GPS接收机生产商生产。利用GPS在野外采集数

据,然后利用其相应的数据后处理软件将采集的数据从GPS接收机的存储单元传输到计算机上,并进行相应的数据处理(如差分处理、坐标转换等)得到所需数据,最后将该数据转入GIS数据库。最初的GPS与GIS的集成就是采用这种“松散”的集成。

图1　基于数据的集成

起初,这种方式只能进行单向的数据交流,即数据从GPS接收机传入GIS数据库,而且只能提供点状要素的空间数据。随着GIS型GPS的出现,GPS野外数据采集不但可在采集点、线、面的地理特征要素的空间数据的同时进行相应属性数据的采集,而且可以将已有的GIS数据上传到GPS接收机,方便在野外直接核查地理要素的变化情况。

这种基于数据的集成方式的最大优势是可采用GPS厂商生产的通用GPS接收机,从费用来看,这要比为某一特殊应用而定制的GPS接收机要便宜得多。这种GPS接收机包含大部分常用的功能,能满足大部分用户的要求。

　　二、基于数据的集成

1.集成方法

基于数据的集成方式如图1所示,这种集成方

　　收稿日期:2004203216

作者简介:黄万里(19772),男,福建漳平人,硕士,助教,主要从事GPS应用和专家系统应用方面的教学与研究。

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　测　绘　通　报　　　　　　　　　　　2005年　第4期34　　　　　　　　　　　　　　　　　　2.集成举例

现在列举一个基于数据的集成方式的解决方案,如利用天宝公司(TrimbleNavigationLtd)生产的GeoExplorer

󰂲3接收机(GIS型GPS)进行数据采集,

然后利用GPS数据处理软件PathfinderOffice进行数据的传输与处理,并利用该软件将数据输出成GIS软件所需的数据格式(如Arc/Info,ArcView及MapIn2fo等格式),最后将该数据读入GIS软件以供分析与查询。

据的显示与分析功能;Trimble的另一个解决方案是利用GeoCE系列的接收机配备TerraSync数据采集软件与ESRI’sArcPad移动GIS软件,实现一体化的GIS数据采集与分析,如果再配备上GPScorrectforArcPad扩展模块可实现将经差分改正的GPS位置数据与GIS数据的无缝结合。

　　四、基于技术的集成

1.集成方法

基于技术的集成方式如图3所示。从组成示意

　　三、基于位置的集成

1.集成方法

基于位置的集成通常是由GPS信号接收机、

GPS控制器、数据的存储和分析设备3大部分组成,如图2所示。GPS信号接收机主要负责接受GPS卫星发送的信号,并对其进行相关的处理,按一定的格式和协议重新规范GPS信号,以备传输给GPS控制器;GPS控制器主要负责对GPS接收机的控制和接受GPS接收机采集到的信号并据此计算点位坐标;数据存储与分析器主要存储点位坐标并进行一定的分析,该设备装有简易GIS功能的软件,可将原有的GIS数据传输到该设备上,在野外进行实时的分析,最后将采集到的数据传输到室内的GIS系统。随着微型设备的发展,特别是可支持WindowsCE操作系统、价格低廉、轻便的设备的出现,出现了将GPS控制器与数据存储和分析设备集成到一个设备上或将GPS接收机与控制单元集成到一个设备,甚至将这3大部分都集成到一个很轻巧的设备上,但这3部分的软件模块功能还是相对独立。

图上看,这种集成方式与基于位置的集成方式很类似,但它们有内在的区别。在基于位置的集成方式中,对GPS控制的这部分功能模块主要是由GPS生产厂商完成的,GIS数据的显示与分析功能模块是由GIS软件商提供的,它们虽然可集成到同一设备上,但彼此相对独立。基于技术的集成,利用同一开发环境开发出既有GPS控制功能的控制模块又有数据显示与分析功能的GIS模块的软件,是浑然一体的应用软件。基于技术的集成方式的应用开发者根据GPS接收机的协议(数据格式与传输协议)提取GPS接收机的数据,由此计算出位置参数,并根据所需的GIS功能开发相应的GIS模块。开发这种集成方式的应用需要对GPS接收机的协议十分熟悉,而很多GPS接收机的协议都是二进制格式。这对于一般的应用程序开发者来说,要对它进行应用的开发是十分复杂和困难的。

图3　基于技术的集成

2.组件编程技术对GPS/GIS集成的影响

随着组件编程技术的出现(如ActiveX组件、动

图2　基于位置的集成

2.集成举例

天宝公司提供的一种基于位置集成方式的典型

解决方案是利用GPSPathfinderProXR/XRS接收机、配备装有GPSPathfinder控制软件的控制器及ESRI’sArcPad移动GIS产品3大部分构成的一个集成系统。控制器负责控制GPS接收机,ArcPad提供对数

态链接库DLL),使GPS/GIS的集成变得相对简单。有丰富编程经验的人员可以将控制GPS接收机、提取GPS数据的功能编写、封装成组件,提供统一的应用程序接口(ApplicationProgramInterface,简称API),这样普通编程人员就可以通过组件的接口来

控制GPS,实现与GPS的完美集成。组件可在多种程序开发环境中重复使用(如VB,VC,Delphi和PB等应用程序开发工具),是GPS与GIS集成应用开发

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2005年　第4期　　　　　　　　　　　　测　绘　通　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　35

的一种发展趋势。由于GPS应用的开发相对比较复杂,很多开发者都习惯于将与GPS相关的操作功能开发成组件的形式,这样可以重复使用。很多厂商也为自己的GPS接收机提供可供用户选择的二次开发组件,如天宝公司的PathfinderToolsTM软件开发工具(SoftwareDevelopmentKit,简称SDK)。利用已有的ActiveX组件来实现GPS与GIS的集成很大程度上依赖于ActiveX组件提供的对GPS的控制能力,所以在选用ActiveX组件时要了解清楚该组件提供的功能是否能满足应用开发的需要。

同样,GIS组件编程技术也得到广泛的应用。各大GIS软件商都提供了相应的组件(如MapInfo公司的MapX,ESRI公司的MapObjects与ArcObject等),供应用程序的二次开发者使用。这样一般的编程用户就可以很容易地利用GPS与GIS的相应组件,实现功能强大的GPS/GIS集成应用开发。

3.不同协议对GPS/GIS集成的影响

采用基于技术的集成,必须考虑采用何种通讯协议。所谓的通讯协议是指在两个电子设备之间进行信号或数据的传输时所规定的数据格式与通讯方式。GPS采用的通讯协议通常可以分为两类:第1类就是NMEA0183(NationalMarineElectronicsAssocia2tion)通用协议,第2类是厂商协议。NMEA0183协议是美国国家海洋电子协会为了保证海上的通讯设备之间互相通讯、共享信息而制定的一种协议,这是一种格式公开的、用逗号分隔各种ASCII字符串表示不同内容的协议,不同的信息用在文件中的不同位置加以区分,大部分的GPS接收机都支持这种协议。NMEA0183协议虽然结构简单,但从中提取数据时还是容易混淆,而且提取的信息还依赖于GPS厂商是否提供该信息,通常NMEA0183协议不易于提取GPS的状态信息;厂商协议是指GPS生产厂商为了自己生产的GPS能与其他电子产品进行通讯而规定的一种信息结构和传输规则,不同厂商生产的GPS厂商协议通常是不同的,且这种协议通常比较复杂,但使用它可以对GPS进行全面的控制,能开发出功能更全面的应用。在进行GPS应用或GPS功能组件的开发时,应根据需要的功能与GPS接收机支持的协议决定选用何种协议。

4.集成举例

基于技术的集成可以自己从头开始编写相应的功能模块,实现GIS与GPS的集成,但对于一般的应用开发者来说比较困难。现在举一个基于组件的集成方案,如应用程序开发者利用VB或VC编程语言调用天宝公司提供的PathfinderToolsTM软件开发工具组件来实现对GPS功能的集成,调用ESRI公司的MapObjects控件来实现所需的数据显示与分析等GIS功能。

　　五、结束语

本文给出的3种GPS/GIS集成方法,所需要的设备、技术与费用各异,各有自己的特点,适合不同的需要。用户在选择集成方法时,要从集成的用途、设备条件、技术条件等方面考虑。第1种集成方法适合于GIS数据的采集,第2种集成方法适合于GIS数据的采集与维护,第3种方法适合于开发自己的一体化的集成应用(如具GPS功能的移动GIS,GPS车辆导航系统等)。其中基于组件技术的集成是开发特定GPS/GIS集成应用的主要发展方向。

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