移动GIS复习资料

一、绪论

1. 空间信息移动服务（移动GIS）概念？

移动GIS=空间信息服务+移动方式提供

空间信息移动服务产生的背景：地理信息系统+手机（移动通信）+GNSS实时定位

国际地理信息系统界将地理信息系统、GPS 和无线互联网一体化的技术称为“移动地理信息系统”（ MobileGeographical @R_189_4045@ion System，MGIS）

 

特点：

1. 运行平台延伸，呈现多样性终端
2. 动态实时性
3. 提供服务丰富多样

移动GIS在GIS的基础上能够完成静态处理到动态、 服务主动推送、个性化移动服务

移动通信：至少有一方处于移动状态下进行今昔交换的通讯，换句话说，移动通信解决因为人的移动而产生的动中通问题。

1. 空间信息移动服务与Web GIS的区别与联系

移动GIS，是以移动互联网为支撑，以GPS智能手机为终端的GIS系统。分为被监控终端，服务器，监控端。对于服务器它们都是客户端客户端与服务端交互通常有两种模式。

网络GIS：通过互联网对地理空间数据进行发布与应用，以实现空间数据的共享和互操作，如GIS信息的在线查询和业务处理等。WebGIS客户端采用Web浏览器，如IE，FireFox。WebGIS是利用Internet技术来扩展和完善GIS的一项新技术，其核心是在GIS中嵌入HTTP标准的应用体系。

1. 移动GIS关键技术有哪些？

（1）嵌入式技术：移动GIS的无线终端是一种嵌入式系统，具有代表性的嵌入式无线终端设备有：掌上电脑，PDA，手机等。

（2）无线网络技术：摆脱了线缆约束，真正实现了随时随地的无线接入。

（3）分布式空间数据管理技术

（4）移动数据库技术：指移动环境的分布式数据库，是分布数据库的延伸和发展。

（5）GPS定位技术：为用户提供随时随地的准确位置信息服务。

1. 移动GIS的应用领域有哪些？

（1）公众应用：个人服务（个人定位服务）；车辆应用

（2）企业应用：物流配送，服务型企业；地理信息数据采集

（3）政府应用：公益信息服务，公共安全；智能交通；国土资源调查；军事国防。

1. 如何理解个性化的空间信息移动服务？
2. 移动GIS与GIS概念，比较其优缺点。

二、移动计算与无线网络

1. 移动计算的概念

利用移动终端，通过无线信息网络与远程服务器的分布式计算，称为移动计算。移动计算的作用在于将有用、准确、及时的信息与中央信息系统相互作用，分担任何时间、任何地点需要中央信息系统的用户。

在移动过程不中断用户的业务，即用户在任何时间、任何地点均能够从网络中获取所期望的服务。为移动GIS 的普适性服务，提供了基础。

1. 移动计算环境的概念

移动终端所处的环境称为移动计算环境，它以无线网络为主，支持移动用户访问网络数据，实现无约束、自由通信和共享的分布式计算环境。移动计算环境由 服务端、移动端及网络组成。

服务端的主要功能是接受移动端的请求，根据请求完成相应的服务处理功能，并将处理的最终结果返回给移动端。

1. 移动操作系统概念及特点

指在移动设备上运作的操作系统。其近似在台式机上运行的操作系统，但是它们通常较为简单，而且提供了无线通信的功能。

特点：（1）移动操作系统与通用操作系统的设计原则不同。移动操作系统最重要的设计原则是：采用各种算法和策略，始终保证系统行为的可预测性。移动操作系统 比较少出现死机。（2）移动操作系统采用开放性的体系结构。移动操作系统的硬件环境则比较苛刻，没有标准化的存储、I / O和显示器架构。（3）移动操作系统具有强大的网络功能。

主流移动操作系统简介：Android（是谷歌基于Linux平台的开源移动操作系统的名称，也是目前应用最为广泛的）iOS、Windows Phone

1. 有哪些常见的无线网络？

  无线网络概念：无线网络不使用电子或光学导体大多数情况下地球的大气便是数据的物理性通路。

无线网络的基本构成：无线主机、基站、无线链路

  常见的无线网络计算：蓝牙、WIFI、UWB、ZigBee、WiMax、GPRS等

  无线网络的分类：无线城域网、无线个人网、无线局域网

1. 蜂窝移动通信的概念及定位

  概念：采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。

蜂窝网络的cell为什么选用正六边形，还有其它选择吗？

圆形是不行的，因为会有重叠或盲区。然后，顶点到几何中心等距的多边形中，能够完整(无重叠)地覆盖某一区域可能的几何形状有： 正三角形、正方形、正六边形三种形状。其中，正六边形的面积最大（外接圆半径相等前提下），因而可用最少数目的小区覆盖整个地理区域。

第四代移动通信（蜂窝）的特点：4G；通信速度快，3G的50倍；智能性能高；兼容性好；高质量通信；费用便宜。

1. 移动通信的特点有哪些？

（1）必须利用无线电波传输信息，传播特性差。（2）工作于复杂的干扰环境。（3）网络结构多种多样，网格管理复杂。（4）可利用的频谱资源有限，而通信业务量的需求与日俱增。（5）用户终端成为个人消费品。

1. 无线传感器网络的概念

无线传感器网络是由 大量无处不在的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点构成的自组织（ad hoc ）分布式网络系统，是能根据环境自主完成指定任务的系统。

无线传感器网络技术， 主要应用于人们无法或不便接近的条件恶劣的环境甚至是危险的地方，用于跟踪、采集数据，并对数据进行融合处理。无线传感器网络的这个特殊用途，使它具有一些与以往信息处理不同的特征。

无线传感器网络的应用：地震监测；生活习性监测；战场评估；医疗状况监控；深海监控；目标跟踪和监测等。

三、无线网络定位

1. GNSS（全球卫星定位系统）定位基本原理

通过测量四颗或四颗以上已知位置的卫星与GNSS接收机的距离通过距离交会的方式来确定接收机的位置。

GNSS定位的不足:室内没有信号；初次定位耗时长。

移动网络定位的优势：室内室外定位；速度快；与GNSS定位形成互补。

很多测量方法共同特征：两个以上的已知点为起算数据。

无线网络定位：前提条件：多个信号源固定；（1）观测距离（2）观测角度（正弦定理）（3）观测距离和角度（三角距离定位）

无线网络自身特征引申出定位：（1）一个信号源固定，从属关系（2）多个信号源固定（RSSI指纹库定位）特征定位或场景定位

1. RSSI指纹库定位原理

RSSI定义：Received Signal Strength Indication 接收的信号强度指示，无线发送层的可选部分，用来判定链接质量，以及是否增大广播发送强度。RSSI=10*lg(P/1mW)，只需将接受到的信号功率P代入就是接收信号强度（灵敏度）。

原理：“位置指纹”把实际环境中的位置和某种“指纹”联系起来，一个位置对应一个独特的指纹。这个指纹可以是单维或多维的，比如待定位设备在接收或者发送信息，那么指纹可以是这个信息或信号的一个特征或多个特征（最常见的是信号强度）。

指纹识别：是指在1：N模式下匹配指纹特征值。它是从多个指纹模板中识别出一个特定指纹的过程。其结果是，“有”或者“没有”。有时会给出“是谁”的信息。 这里的N 或多个指纹模板即为指纹库。

把RSSI指纹理解成一维数组，识别相似的数组——>比较距离; 两个向量的夹角大小（余弦定理）找相似网格

1. 指纹库定位中向量维度等的确定
2. 移动网络定位有哪些常用的方法

• 基于距离的室内定位

1. 基于测距的定位原理：

基于测距的定位：通过测量室内待定点与已知点的距离（一段或多段），确定待定点的位置坐标。

1. 最小二乘法的RSSI测距定位原理

多边定位Multilateration：边长测量方程的个数大于变量的个数；估计方法：最小二乘法

1. 基于测距的定位计算
2. RSSI与距离的换算计算

• TDOA定位与Dijkstra室内导航

1. TDOA概念

Time Difference of Arrival：到达时间差       距离差=时间差*电磁波速度

1. 双曲线定位原理

双曲线(Hyperbola)是指 与平面上两个定点的距离之差的绝对值为定值的点的轨迹。

TDOA定位基本原理：通过测量无线电信号到达不同监测地点的天线单元 时间差（实际对应了距离），来对发射无线电信号的发射源进行定位。

1. TDOA定位流程

（1）从监测站（从站）将同一时间测量同一信号得到的数据发送至主监测站。

（2）主监测站分别计算出无线电信号到达两个监测站天线的时间差（利用相关算法）

（3）根据两站之间时间差转换为距离差，可以得到一条双曲线；

（4）通过三个或多个无线电监测站测得的时间差可以得到两条或多条双曲线相交来实现对发射源的定位。

TDOA的时间差测定方法：通过计算两个监测站同时接收到的信号的相关函

数，来得到信号到达两个天线时间差。

TDOA 定位优点：（1）系统简单 节省投资；（2）定位精度高；

1. Dijkstra算法的基本思想

设置并逐步扩充一个集合S（s的作用是记录已求出最短路径的顶点）存放已求出其最短路径的顶点，则尚未确定最短路径的顶点集合是V-S，其中V为网中所有顶点集合。按最短路径长度递增的顺序逐个以V-S中的顶点加到S中．直到S中包含全部顶点，而V-S为空。

1. Dijkstra算法的计算

例如：运用Dijkstra算法，求解C到A的最短路径及距离。

• GNSS导航定位

1. GNSS相关名词

单点定位、绝对定位（定位方式）、伪距、RTK、静态定位、动态定位、精密单点定位、CORS、差分定位等。

绝对定位的基本原理：是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离观测量为基准，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所在的位置。实质是空间距离后方交会。又称伪距离测量。

静态相对定位的基本原理：用两台接收机分别安置在基线的两端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上GPS卫星，确定基线两端点在协议地球坐标系中的相对位置。采用载波相位观测量为基本观测量。

1. NMEA概念

NMEA是National Marine Electronics Association 的缩写，是美国国家海洋电子协会的简称，现在是GPS导航设备统一的RTCM标准协议。

1. NMEA格式及主要的信息语句

导航文件格式：..\..\..\Mobile GIS\Grade2015\Coursewares\6\Log 2017-03-29224649.nmea

1. GNSS导航定位与Wi-Fi定位的区别与联系

• 移动空间数据管理

1. 移动端空间数据的管理方式有哪些？

（1）文件管理（XML格式：XML（extensible markuP Language）， 提供统一的方法来描述和交换 独立于应用程序或供应商的结构化数据；参考服务端文件空间数据的格式（SHP、GML、SVG ），移动终端常用格式：JPEG、CGML、Mobile SVG等）

（2）对象关系数据库管理（Spatialite数据库）

1. 空间数据管理经历了怎样的发展过程？

（1）文件存储即空间几何数据和属性数据都以文件的形式存储；（2）文件结合数据库管理系统DBMS的混合方式存储，空间几何数据采用文件的方式存储，属性数据采用DBMS的方式管理。（3）直到现在全部用数据库的方式管理。

1. CGML、Mobile SVG、WKT等的概念

CGML：（Compact Geography MarkupLanguage）是GML ( Geography MarkupLanguage ) 文件格式的压缩版。

GML基于XML的地理信息编码。

svg(scapable vector graphics，可缩放矢量图像)是互联网联盟(w3c)的正式推荐标准，它是一种使用xml来描述二维图像的语言。

WKT(Well-kNown text)是一种文本标记语言，用于表示矢量几何对象、空间参照系统及空间参照系统之间的转换。

1. Spatialite空间数据库的开发模式有哪些？

Spatialite主要功能：SpatiaLite对sqlite的扩展，使其能够兼容OGC的空间数据规范。– 支持WKT和WKB格式；支持sql空间函数AsText(), GeomFromText(),Area(), PointN()；对OpenGIS空间函数集的完全支持，支持高级复杂空间分析函数如：Overlaps(), touches(),Union(), Buffer()等；支持对Shape文件的导入与导出； 基于sqlite的RTree扩展真正地实现了空间索引； 用于可以对外部CSV/TxtTab文件进行标准SQL查询操作，而无需导入或者转换CSV/TxtTab文件。

开发模式：

1. Servlet与Tomcat用于Android的数据交互传输基本流程。

Servlet（Server Applet），全称Java Servlet，暂无中文译文。是用Java编写的服务器端程序。其主要功能在于交互式地浏览和修改数据，生成动态Web 内容。

Tomcat 服务器是一个免费的开放源代码的Web  应用服务器，属于轻量级应用服务器，在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，是开发和调试JSP 程序的首选。

流程：当用户点击一个连接或者一个按钮的时候，浏览器通过发送一个请求给服务器，然后由服务器接收该请求，然后解析到用户请求的是哪些内容，然后查找到相关资源，再将数据返回给浏览器，由浏览器解析数据，然后显示给用户看到用户所需要看到的页面。所以，Android和B/S模式差不多，其实也就是发送请求，接收数据，然后解析数据，显示到手机上的过程，没什么太大的区别，因为它们用的是TCP/IP协议。

1. sqlite的数据库数据管理途径有哪些？

（1）sqlite为Android的内置数据库，无需安装（2）sqlite数据库可能的管理数据途径

• 空间信息与地理数据坐标

1. 一些有关地球的参数：

（1）大地基准（Geodetic Datum）：用以代表地球形体的旋转椭球， 建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向（椭球旋转轴平行于地球的旋转轴，椭球的起始子午面平行于地球的起始子午面）和 定位（旋转椭球中心与地球中心的关系）。

（2） 总地球椭球（ 椭球中心与地球质心重合，椭球旋转轴与地球旋转轴重合，椭球的起始子午面与地球的起始子午面重合，在全球范围内椭球面与地球表面最佳拟合）。

（3） 参考椭球（ 椭球中心与地球质心不重合，椭球旋转轴与地球旋转轴重合，椭球的起始子午面与地球的起始子午面重合，在全球范围内椭球面与地球表面最佳拟合）

（4）大地测量坐标参考系统（Geodetic ReferenceSystem）：以旋转椭球为参照体建立的坐标系统（ 地心坐标系 、 参心坐标系），分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。

（5） 大地测量坐标参考框架(Geodetic ReferenceFrame)：是大地测量坐标参考系统的 具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网（点）所构建的。

2.地心坐标与参心坐标

（1）参心坐标系：以参考椭球为基准的坐标系；地心坐标系：以总地球椭球为基准的坐标系。

（2）坐标系统是由坐标原点位置( (Origin) ) 、坐标轴的指向( (Orient) ) 、尺度( (Scale) ) 和相关的计算模型所定义的。

（3）地心地固空间直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极点的变动将引起坐标轴方向的

变化。

（4）协议地球坐标系：以协议地极CTP(Conventional Terrestrial Pole)为指向点的地球坐标系。

• 移动数据可视化与坐标转换

1.移动数据可视化含义

移动地图可视化是将移动空间数据转化为直观的图形、图像的技术，它的过程是一种转换，它的目的是将原始数据转化为可显示的图形、图像，从而全面且本质地把握住地理空间信息的基本特征，便于最迅速、形象地传递和接收它们。

移动空间数据+符号化+地图输出=移动地图可视化

2. 空间数据的存在形式

栅格数据（JPEG图片、瓦片等）；矢量数据（CGML、Mobile SVG等）； 移动空间数据库（WKT、WKB等）

3. 移动地图可视化方式

（1）基于栅格图像的移动地图可视化；（2）基于Mobile SVG的移动地图可视化；（3）基于终端组件的移动地图可视化；

  数据+ 符号化+ 地图输出=移动地图可视化

4.坐标系的换算

（1）不同空间直角坐标系的转化（七、五、四、三参数转化模型）

（2）不同大地坐标系的转化

• 移动地图可视化与高德地图

 

1. 论述三种移动地图可视化方式
2. 地理坐标与屏幕坐标的区别
3. 高德地图SDK能完成的主要功能

• 移动地图开发模式与流程

1. 移动GIS开发模式有哪些？
2. 三种移动GIS开发模式的优缺点
3. 移动GIS开发系统的开发流程包括哪些

• 思考题

设计找车位系统，用一个框架流程来表示 ，可以如何去做？（图文并茂）