移动GIS应用程序到严重的资源受限设备外文翻译资料

 2022-05-02 10:05

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附录A 译文

移动GIS应用程序到严重的资源受限设备

罗伯特P. Biuk-Aghai

摘要移动设备的GIS应用正变得越来越流行？使用设备的两个范围。这些设备中的很多都受到三个主要方面的严重限制：处理器速度，内存空间和屏幕尺寸。本文介绍了一个旨在用于大量资源紧张的手工设备的GIS应用，包括“澳门地图”。澳门地图是澳门领土为Paim0S和掌上电脑个人数字助理的旅游导向地图应用。它的设计目标是满足16 MHz处理器速度的设备，并且需要500 KB的可用内存用于GIS应用和GIS数据。内存需求通过特定设计的数据格式保持低调。满意地图绘制速度的主要技术是通过为此应用开发的各种技术来解决的。本文描述了应用的数据格式，绘画地图绘制技术，并指出未来发展的领域。

关键词个人数字助理;移动GIS;地图制图;

GPS CLC NUMBER P208

介绍

GIS应用程序是处理大量地理空间数据的软件应用程序，引发大量计算。传统上，这些应用程序驻留在配备必要资源的高性能工作站和服务器上：大量的主存储器和辅助存储器，快速的CPU和图形处理器以及用于显示数据的大屏幕。

然而，近十年来，GIS应用软件已经发展成为一种非常流行的手势形式，包括像个人数字助理（PDAA）这样的移动手势。这些平台提供了许多有吸引力的功能，其中最主要的是它们的极端流动性：由于它的尺寸很小，PDA可以在任何地方随身携带和使用。

在推动澳门旅游业发展的需要的推动下，发起了旅游定向移动GIS应用的发起。自从

澳门政府于1961年将澳门划为旅游城市⑴，澳门特区的旅游业经历了快速持续的增长，成为澳门的经济产业。在二零零一年，约有十十万名来港旅客入境，其中大部分来澳门出海。在这样的背景下，旅游业的推进和持续发展对于内蒙古经济来说是一个重要问题。

澳门的领土是一个具有独特特色的广场：它由澳门半岛和两个领土，凼仔和路环组成，最近通过开垦荒地合并成一个。总面积约为25平方米，其中有45万人口，这使得它成为世界上人口最密集的地区之一。其结果是澳门的大部分,特别是澳门的荒地，非常富有，并且布满了街道和街道。

提供关于澳门领土的信息

澳门大学科学与技术学院Robert P. Biuk-Aghai，P。专栏3001，澳门S. A. R.，中国。 E-mall：robertb @ umac。在2001年至2003年期间，澳门大学开发了一个名为“澳门地图”的移动GIS应用程序莫客游客，同时开发改进版以及不同平台的版本，现在和未来仍在继续。澳门地图的主要目标是：

①提供澳门领土的基本地理信息，如沿海轮廓和街道网络。

②提供关于游客感兴趣的地方的信息。

③提供有关澳门公共交通设施的信息。

④提供有关澳门酒店和餐馆的信息。

因此，澳门地图的目的可以概括为便利，从而使游客在澳门境内的逗留更加愉快。不过，也有人认识到，当地居民将会使用像澳门地图这样的GIS应用程序，并且从一开始就考虑到了它的发展和应用。它存在两个版本，一个用于掌上电脑运行PalmOSgt;另一个用于运行掌上电脑的PDA

PC操作系统，因此覆盖了PDA市场的约75％。这两个版本在功能上都是实用相同的，并且由于平台依赖性的不同，它们在用户界面上的差异很小。本文中显示的所有屏幕截图均为澳门地图的PalmOS版本。

澳门地图的用户界面如图1所示。它由一个占据屏幕大小的地图显示区和一个用于访问位于屏幕底部的常用功能的工具栏组成。工具栏中的按钮允许用户调整地图，遍历导航历史记录以及查找信息。主要功能如下：

④地图操作：放大/缩小，平移，导航历史（上一个/下一个地图视图）。

⑤搜索：搜索街道或地点并在地图上显示其位置。

⑥双语信息：

1澳门地图概览

@ GPS：使用从一个连接的GPS设备获得的读数显示用户的当前位置。

公交信息：公交信息的浏览和公交指南，从公交车站到目的地的公交车站可选择公交线路。

观光指南：提供有关博物馆、教堂、暴风雨和其他地方的信息，以及他们在地图上的位置。

餐厅和酒店匹配位置的标准，类和风格，并在地图上选择所选择的酒店和餐馆的位置。

一些主要功能如下图所示。图缩放显示在图2.图3显示总线路由功能，其中MacauMap找到从巴士站“终端MARIDEMO”到巴士站“Aimeida Ribeiro”的可选路线。图4显示了在地图上显示感兴趣的语言、构图的转换，提供了一个选择。

$ Hotei和餐厅指南：提供选择图4。

图3查找从给定起点到给定终点公交车站的最短公交路线

进程缓慢的速度，smaii内存和smaii 2设计注意事项屏幕。 例如澳门地图的设计就是为了

在任何PaimOS操作系统上执行令人满意的操作 -

澳门地图运行于至少有PaimOS v3版本的计算平台上。 5.与包含主处理器的台式GIS虚拟机相比，这包括反严重的限制

工作站：最主要的限制是约16 MHz的速度，其中（最主要的

和二级存储器组合）只有两个MB，并且一个屏幕的对角线尺寸小于3英寸。要在如此严重的资源受限设备上取得令人满意的性能，需要仔细设计，本节将对此进行详细说明。

在开发澳门地图时，定义了一些性能目标：对于大多数地图视图，地图操作应在一秒内完成，只有少量的地图视图允许需要两秒钟。后者是那些由特别多的物体组成的地图，通常情况下只有在1x和4x之间的缩放级别（其中1x缩放级别显示澳门，凼仔和路环整个地图）的地图情况。

与桌面GIS应用相比，实现这些性能目标需要在地图细节和功能方面做出某些牺牲。这些在下面的小节中讨论。

2.1数据格式

澳门地图应用程序使用的数据由澳门特区政府的两个部门提供：基本地图数据包括街道中心线，沿海轮廓线，绿地，湖泊和景点信息由目录和地籍局，这些数据采用ESRI Shapefile格式[2]。巴士路线数据是AutoCAD格式，由地政工务运输局提供。

由于源数据部分在ESRI Shapefile中，部分在AutoCAD 格式中，因此存在两个挑战：首先，如何使用两种不同数据格式的数据;其次，如何减少它尺寸。基本地图数据的ESRI Shapefile具有大约1的组合大小。 5 MB，而公交路线数据的AutoCAD文件大约为30 MB。不过，目标平台和部分老款PalmOS PDA只有少量内存可用，仅有2 MB的内存。由于PDA上存储器的组织结构，这些内存被用作主要（即工作）和次要（即存储）存储器。它必须适应操作系统和所有我们的应用程序，同时为运行应用程序留下足够的可用内存。

此外，原始源数据设计用于大屏幕桌面工作站，因此包含高度详细信息。然而，PDA的屏幕相对较小，这使得不可能以任何可读形式显示相同数量的数据。作为示例，图5显示了通过ArcView GIS应用程序在台式工作站中查看的澳门半岛地图。这张地图包含了大量的细节。另一方面，PDA上需要的地图显示要简单得多，如图6所示的实际澳门地图屏幕的图像。

解决这两个挑战的第一步是手动将公交路线信息转换为ESRI shapefile格式。这解决了不得不处理不同数据格式的问题。它也大大缩减了从近30 MB到200以下的数据大小KB，减少了150倍。通过省略AutoCAD图像中包含的大量信息，例如街道图像和建筑信息，可以实现这一点。

但是，即使在将AutoCAD数据文件转换为ESRI Shapefiie格式之后，也很明显，数据大小过大，大约为1.7 MB。数据进一步减少？通过地图数据生成技术可以获得大小。这有利于简化地图数据的绘制，从而有利于地图绘制的性能，在前面的小节中讨论），同时缩小了尺寸。通常测得的地图数据大约为4 MB。

Fig. 5 Arcview GIS应用程序在台式工作站上的澳门半岛地图

g6 澳门半岛地图采用黑白PDA

然而，综合地图数据过于庞大，无法适用于拥有大量内存的个人数字助理，因此决定为澳门地图应用程序创建一个自定义的数据模型，而该模型只包含必要的数据元素。开发了一个转换程序，将ESRI Shapefile格式转换为MacauMap数据格式。转换过程如图7所示。该转换生成了一个PaimOS数据库文件，它是一个用于存储PaimOS应用程序数据的简单重连接数据库。在国际上，数据库中的记录是根据澳门地图数据格式构建的。这种格式将不同的数据元素分隔成通过指针交叉链接的单独记录。结果是有效的数据存储，就像有效的数据访问一样。

图8显示了道路中心数据的一个实例。道路中心数据被分成七个单独的记录，以实现最有效的数据访问。记录包含以下数据：

④记录0：道路中心总数。

⑤记录l：道路中心线指数;记录道路的一些属性，如其固定区域，长度，其他记录中包含的其他路段数据的偏移量，段数，点数，和道路的宽度用于确定在地图中绘制道路的宽度。

⑥）记录2：道路名称数据;以英语和中文记录道路名称，作为终止的字符串。给定道路的英文或中文名称的起始偏移记录在Record l中。

⑦记录3：道路中心坐标;记录道路中心线的坐标。对于相邻的路段，

Fig.7 澳门地图数据转换过程

记录1：道路中线指数

记录坐标以节省存储空间。一条给定道路的起始偏移量？记录1中记录了第一个坐标，该记录还记录了代表道路的多段线中的点数。

记录4：英文道路名称索引;存储每条道路的索引号，按道路的字母顺序排列？英文名字。该指数用于确定记录1中的道路中心线指数，从该道路的名称可以通过追踪记录在那里的记录2中的偏差得到。

记录5：中国道路名称索引;为每条道路存储一个索引号，按道路排列？中文名字？内部代码（Big5代码）。该指数用于定位道路？在记录1中记录在记录1中的中心线，通过追踪记录在记录2中的偏移量，可以从中获取道路名称。

记录6：坡度指数;每个路段以一定斜率绘制在地图上。为了模拟 -

为了绘制地图，预先计算坡度并将其分类为水平（-1和1之间）或垂直（小于-1或大于1）的坡度。斜率存储在此记录中以避免斜坡计算必须在运行时在设备上执行。

所选择的结构比简单的记录序列稍微复杂一些，每个记录都包含与给定道路相关的所有数据。但是，这种结构的优点是，道路数据可以使用道路索引快速定位，就像每条道路一样？记录1中的一组数据具有相同的长度。例如，这被用于中英文道路名称的索引。

其他数据，如与公交路线，沿海轮廓线，绿地，湖泊等相关的数据也以类似的方式构建。生成的数据以高效的格式存储，只占用总共250 KB的数据，同时便于高效的处理。澳门地图应用程序测量一个额外的250 KB，对于应用程序的总内存消耗和仅500 KB的数据。

2.2地图绘制

澳门地图发展的主要设计特点是取得令人满意的成绩。随着数据检索的高效执行，得益于上面讨论的强大的数据结构，主要的剩余性能瓶颈是地图绘制。 初始的原型需要10秒才能绘制地图。如前所述，1至2秒的性能目标已经确定，因此缩短地图绘制时间至关重要。

地图绘制缓慢的主要原因是需要在屏幕上绘制大量对象（点和线）。所有地图都绘制为矢量图形，因此需要为每个地图视图计算每个屏幕对象的坐标。 PalmOS API非常简单，并没有提供超出绘图点和线条的高级图形。例如，没有洪水填充API函数。因此几乎所有的图形功能都必须在澳门地图中实施。

采取了许多步骤来提高地图绘制性能：

l）过滤澳门在面积只有25平方公里的地区共有188个街道。许多这些街道紧紧地挤在一个小区域。因此，某些区域在屏幕上显得杂乱无章，特别是在低缩放级别下。为了克服这个问题，应用过滤来在低缩放级别从地图视图中消除小街道。为了实现这一目标，“街道级别”字段与每条街道的数据保存一段长的时间，以表明它是主要街道，中间街道还是次要街道。在不同的缩放级别下，仅显示一些街道组，例如， G。只有主要或只有主要和中间的街道。这具有减少需要在屏幕上绘制的线条数量并因此改善地图绘制性能的理想效果。

2）将地图数据转换为整数原始的源地图数据将地图坐标存储为实数。但是，涉及实数的计算速度很慢，而且这对于计算设备上受到严重限制的计算设备（如较早的Palm PDA）尤其明显。出于这个原因，所有的地图坐标都转换为整数，所有涉及这些坐标的计算都作为整数计算出来。然而，由于这种整数除法的计算由于结果上发生舍入而导致精确度的损失，因此源数据的地图坐标首先被转换为大整数，在这种情况下是32位整数，从而损失参与计算这些数字的准确性是微不足道的。这样，性能提高了约100％。

3）不同的地图显示模式为了适应不同性能特点的各种PDA，澳门地图允许用户控制地图中显示的细节数量。这是通过提供三种不同的地图显示模式完成的：①简单的地图显示，仅用中心线表示街道;②中间细节地图显示，以中心线表示街道，用不同颜色填充地图背景陆地，海洋，公园等;③详细的地图显示，用左右边框绘制街道，用不同颜色填充地图背景。每种显示模式都需要绘制不同数量的对象，简单的地图显示需要最少的对象，详细的地图显示需要最多的对象。不同的用户可以选择他们想要的细节数量：具有慢速设备的用户可以选择简单的地图显示，而具有更快设备的用户可以选择详细的地图显示以获得更高质量的地图。

通过以上手段，地图绘制性能得到了极大的提高，现在即使是较旧的设备也能够实现1-2秒的地图绘制性能目标。

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