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摘 要： 阐述移动GIS概念，对移动GIS关键技术：GIS技术、移动定位技术和无线通信网络技术作深刻的剖析，并对移动GIS目前的应用模式进行归纳总结，为从事移动GIS相关研究和学习提供思路。
关键词： 移动GIS；移动定位；无线通信
1 移动GIS概述
20世纪90年代，国外一些野外作业人员为了将采集的空间数据传输给公司总部，于是就在此基础上诞生了移动GIS。移动GIS提供了工作发表及记录、数据双向通信及管理，取代了传统野外作业人员的图纸，提高了作业效率。
移动GIS是移动通信技术和GIS技术结合的产物，分为狭义和广义两种，狭义移动GIS是一种离线式的GIS野外办公，它没有与GPS、因特网建立连接；而广义移动GIS则是将GIS、GPS和无线因特网一体化，实现空间信息实时传输。
2 关键技术
2.1 GIS技术
GIS是对空间信息进行采集、存储、处理、分析和显示的计算机系统。地理信息系统主要有硬件、软件、空间数据和人员组成[1]。空间数据是核心，软件、硬件是技术支撑，人员则是使用者和创造者。如图1所示。
图1 地理信息系统的构成
1）计算机硬件。计算机与一些外部设备及网络设备的联接构成GIS的硬件环境。主要包括主机服务器、桌面工作站，输出设备的绘图仪、打印机和高分辨率显示装置等，数据存储与传送设备的磁带机、光盘机、活动硬盘和硬盘阵列灯，以及GIS的网络设备中的布线系统、网桥、路由器和交换机等。
2 ）计算机软件。GIS软件是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面（GUI）等。按其功能分为：GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。
3） 人员。人员包括空间数据的开发者和使用者，在地理信息系统中占有十分重要的位置，较好的GIS项目应该包括各种人员，如项目经理、系统分析员、程序员、系统用户等。
4 ）空间数据。是指用来对地球表面上的自然、人文和社会经济多方面的数据，其形式可以是图形、图像、文字、表格或者数字等。地理信息系统中的空间数据主要有：几何坐标、属性信息和空间关系。
2.2 移动定位技术
1） GPS单点定位。全球定位系统（GPS）是能够实现海、陆、空全方位三维导航与定位的技术系统。根据定位方式，GPS定位可以分为单点定位和差分定位。其中单点定位是由一台接收机观测的数据来确定接收机位置的方式，定位精度为10米20米，一般用于车船位置的概略位置导航定位，定位范围广，可以满足移动物体目标的位置确定要求；差分定位是至少有两台接收机，同步观测卫星，通过卫星信号来解析确定位置，一般不适合移动物体位置的定位，但精度较高。
2） 通信网络定位。[2]
① COO定位技术。起源蜂窝小区（Cell of Origin，COO）定位技术，是按照移动基站所在的小区ID号来确定位置信息，它是最简单的一种定位方式。系统数据库中存放了移动台在当前小区注册时的ID号，移动台查找到自己所在的地理位置主要是通过系统收集小区基站设置的中心位置和小区的覆盖半径，在相应数据库中即可获取位置信息。
② AOA定位技术。角度到达（Arrival of Angle，AOA）定位技术，是指根据无线信号传输到达的角度，从而可以确定移动台相当于基站的角度，通过测量计算某个移动台到两个不同基站的信号到达角度，即可确定该移动台的地理位置。
③ TDOA定位技术。抵达时间（Time of Arrival，TOA）定位技术，是根据移动台和基站之间传输信号到达的时间来确定定位的。要求定位的移动台一定是位于以基站为圆心、移动台到基站的电波传播距离为半径的圆上。通过计算多个基站的情况，然后由三个圆可以确定交点的位置，即为移动台的地理位置。
2.3 无线通信网络技术
无线网络（Wireless Networks）[3]是移动终端与空间信息之间的桥梁，其负责传输GIS空间数据，为用户获取位置服务创造条件，按网络覆盖范围划分，可分为以下几种类型：
1）广域蜂窝网络。广域蜂窝网络最大的优点就是不受时间、地点的限制，可以随时随地的接入网络，目前应用最为广泛，随着3G的成熟和4G时代的到来，移动GIS中的空间数据传输问题可以基本解决。
2）无线局域网络。无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN），是在一定的局部范围内，由计算机网络与无线通信技术结合建立的网络系统。其一般覆盖范围为几十米到几公里。目前出现的WiFi就是这种技术。
3）无线个人区域网络。无线个人区域网络（Wireless Personal Area Networks，WPAN）通常应用在一个活动半径较小、业务类型丰富、面向特定群体环境中，与广域网、局域网相比，它的应用范围更小，其缺点有：速率点、安全性差、性价比不高等。蓝牙与红外传输是目前主要的两种应用模式。
3 应用模式
归纳总结当前移动GIS有五种应用模式，即基于掌上电脑+GPS+CF卡的离线应用模式、基于WAP的手机在线应用模式、基于SMS的手机定位在线应用模式、基于GPS+SMS的在线应用模式与基于GPRS+GPS+PDA的实时在线应用模式，现分述如下
3.1 基于掌上电脑+GPS+CF卡的离线应用模式
成功应用该模式的有微软的Pocket Streets，Pocket Streets中地图数据丰富，包括了欧美主要城市的街道级别的地图，同时支持GPS导航，可以查询POI（point of interest，兴趣点），数据存储于掌上电脑上。方便、稳定，缺点是不支持在线查询。 3.2 基于WAP的手机在线应用模式
该模式是基于网络的一种在线模式，通过支持绘图功能的网络服务器，利用WAP网关进行协议转化、编码和解译，实现移动终端和网络服务器之间的信息传输，利用WML浏览器来显示地图和文本信息。
3.3 基于SMS的手机定位在线应用模式
该模式是综合应用了手机基站定位技术、短消息SMS技术和STK（SIM card Tool Kit）技术，通过Java编程实现用户交互功能定制，从而使手机附加空间信息服务业务。
该方式直接利用手机本身实现移动服务，稳定性好，但是SMS一次最多只能传输140字符，不能满足地图数据传输需要，因而只能以文本形式说明位置相关信息，不够直观，另外手机定位精度毕竟不高。
3.4 基于GPS+SMS的在线应用模式
车辆监控调度系统是该模式的典型应用。其方案核心成分可以概略描述为：以通过单点全球卫星定位系统（GPS）技术来实时获取车辆位置信息；通过数字蜂窝电话（GSM）的短消息机制（SMS）把车辆的位置信息等传输到监控中心，然后将监控中心的调度指令传输到车辆（司机）；最后通过桌面地理信息系统（GIS）将车辆的位置信息图文并茂的展现在用户面前，同时通过对地图的复杂分析可以很好的对受控车辆目标进行综合、动态调度和管理。
3.5 基于GPRS+GPS+PDA的实时在线应用模式
该模式综合以上四种模式的优缺点，GPRS在无线通信方面显然要优于SMS或WAP；GPS在定位技术方面也要优于手机基站定位；PDA（这里指所有有相对复杂操作系统的移动终端，含汽车PC等）在空间信息表达与处理方面要优于手机。所以，移动GIS应用需要这样一个移动终端，那就是集GPRS、GPS和PDA一起。利用这样的产品，能够将空间信息展示的更加全面、丰富。
4 结论
本文对移动GIS做了深刻阐述，特别是对GIS技术、移动定位技术和无线通信网络技术等关键技术做了剖析，并对移动GIS目前的应用模式进行了归纳总结，对刚刚涉足这领域的人员提供了很好的学习思路。今后作者将对移动GIS具体应用方面展开研究。
参考文献：
[1]邬伦、刘瑜、张晶等，地理信息系统原理、方法和应用[M].科学出版社，2000.
[2]马林兵、张新长、伍少坤，WebGIS原理与方法教程[M].科学出版社，2006.
[3]李泽沛，基于野外数据采集的移动GIS研究[D].昆明：昆明理工大学，2008.
作者简介：
咸茂鲜（1978-），女，助理工程师，广西柳州人，现在在广西国土资源规划院工作，主要从事地理信息系统研究工作与土地勘测定界工作。
关键词： 移动GIS；移动定位；无线通信
1 移动GIS概述
20世纪90年代，国外一些野外作业人员为了将采集的空间数据传输给公司总部，于是就在此基础上诞生了移动GIS。移动GIS提供了工作发表及记录、数据双向通信及管理，取代了传统野外作业人员的图纸，提高了作业效率。
移动GIS是移动通信技术和GIS技术结合的产物，分为狭义和广义两种，狭义移动GIS是一种离线式的GIS野外办公，它没有与GPS、因特网建立连接；而广义移动GIS则是将GIS、GPS和无线因特网一体化，实现空间信息实时传输。
2 关键技术
2.1 GIS技术
GIS是对空间信息进行采集、存储、处理、分析和显示的计算机系统。地理信息系统主要有硬件、软件、空间数据和人员组成[1]。空间数据是核心，软件、硬件是技术支撑，人员则是使用者和创造者。如图1所示。
图1 地理信息系统的构成
1）计算机硬件。计算机与一些外部设备及网络设备的联接构成GIS的硬件环境。主要包括主机服务器、桌面工作站，输出设备的绘图仪、打印机和高分辨率显示装置等，数据存储与传送设备的磁带机、光盘机、活动硬盘和硬盘阵列灯，以及GIS的网络设备中的布线系统、网桥、路由器和交换机等。
2 ）计算机软件。GIS软件是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面（GUI）等。按其功能分为：GIS专业软件、数据库软件和系统管理软件。
3） 人员。人员包括空间数据的开发者和使用者，在地理信息系统中占有十分重要的位置，较好的GIS项目应该包括各种人员，如项目经理、系统分析员、程序员、系统用户等。
4 ）空间数据。是指用来对地球表面上的自然、人文和社会经济多方面的数据，其形式可以是图形、图像、文字、表格或者数字等。地理信息系统中的空间数据主要有：几何坐标、属性信息和空间关系。
2.2 移动定位技术
1） GPS单点定位。全球定位系统（GPS）是能够实现海、陆、空全方位三维导航与定位的技术系统。根据定位方式，GPS定位可以分为单点定位和差分定位。其中单点定位是由一台接收机观测的数据来确定接收机位置的方式，定位精度为10米20米，一般用于车船位置的概略位置导航定位，定位范围广，可以满足移动物体目标的位置确定要求；差分定位是至少有两台接收机，同步观测卫星，通过卫星信号来解析确定位置，一般不适合移动物体位置的定位，但精度较高。
2） 通信网络定位。[2]
① COO定位技术。起源蜂窝小区（Cell of Origin，COO）定位技术，是按照移动基站所在的小区ID号来确定位置信息，它是最简单的一种定位方式。系统数据库中存放了移动台在当前小区注册时的ID号，移动台查找到自己所在的地理位置主要是通过系统收集小区基站设置的中心位置和小区的覆盖半径，在相应数据库中即可获取位置信息。
② AOA定位技术。角度到达（Arrival of Angle，AOA）定位技术，是指根据无线信号传输到达的角度，从而可以确定移动台相当于基站的角度，通过测量计算某个移动台到两个不同基站的信号到达角度，即可确定该移动台的地理位置。
③ TDOA定位技术。抵达时间（Time of Arrival，TOA）定位技术，是根据移动台和基站之间传输信号到达的时间来确定定位的。要求定位的移动台一定是位于以基站为圆心、移动台到基站的电波传播距离为半径的圆上。通过计算多个基站的情况，然后由三个圆可以确定交点的位置，即为移动台的地理位置。
2.3 无线通信网络技术
无线网络（Wireless Networks）[3]是移动终端与空间信息之间的桥梁，其负责传输GIS空间数据，为用户获取位置服务创造条件，按网络覆盖范围划分，可分为以下几种类型：
1）广域蜂窝网络。广域蜂窝网络最大的优点就是不受时间、地点的限制，可以随时随地的接入网络，目前应用最为广泛，随着3G的成熟和4G时代的到来，移动GIS中的空间数据传输问题可以基本解决。
2）无线局域网络。无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN），是在一定的局部范围内，由计算机网络与无线通信技术结合建立的网络系统。其一般覆盖范围为几十米到几公里。目前出现的WiFi就是这种技术。
3）无线个人区域网络。无线个人区域网络（Wireless Personal Area Networks，WPAN）通常应用在一个活动半径较小、业务类型丰富、面向特定群体环境中，与广域网、局域网相比，它的应用范围更小，其缺点有：速率点、安全性差、性价比不高等。蓝牙与红外传输是目前主要的两种应用模式。
3 应用模式
归纳总结当前移动GIS有五种应用模式，即基于掌上电脑+GPS+CF卡的离线应用模式、基于WAP的手机在线应用模式、基于SMS的手机定位在线应用模式、基于GPS+SMS的在线应用模式与基于GPRS+GPS+PDA的实时在线应用模式，现分述如下
3.1 基于掌上电脑+GPS+CF卡的离线应用模式
成功应用该模式的有微软的Pocket Streets，Pocket Streets中地图数据丰富，包括了欧美主要城市的街道级别的地图，同时支持GPS导航，可以查询POI（point of interest，兴趣点），数据存储于掌上电脑上。方便、稳定，缺点是不支持在线查询。 3.2 基于WAP的手机在线应用模式
该模式是基于网络的一种在线模式，通过支持绘图功能的网络服务器，利用WAP网关进行协议转化、编码和解译，实现移动终端和网络服务器之间的信息传输，利用WML浏览器来显示地图和文本信息。
3.3 基于SMS的手机定位在线应用模式
该模式是综合应用了手机基站定位技术、短消息SMS技术和STK（SIM card Tool Kit）技术，通过Java编程实现用户交互功能定制，从而使手机附加空间信息服务业务。
该方式直接利用手机本身实现移动服务，稳定性好，但是SMS一次最多只能传输140字符，不能满足地图数据传输需要，因而只能以文本形式说明位置相关信息，不够直观，另外手机定位精度毕竟不高。
3.4 基于GPS+SMS的在线应用模式
车辆监控调度系统是该模式的典型应用。其方案核心成分可以概略描述为：以通过单点全球卫星定位系统（GPS）技术来实时获取车辆位置信息；通过数字蜂窝电话（GSM）的短消息机制（SMS）把车辆的位置信息等传输到监控中心，然后将监控中心的调度指令传输到车辆（司机）；最后通过桌面地理信息系统（GIS）将车辆的位置信息图文并茂的展现在用户面前，同时通过对地图的复杂分析可以很好的对受控车辆目标进行综合、动态调度和管理。
3.5 基于GPRS+GPS+PDA的实时在线应用模式
该模式综合以上四种模式的优缺点，GPRS在无线通信方面显然要优于SMS或WAP；GPS在定位技术方面也要优于手机基站定位；PDA（这里指所有有相对复杂操作系统的移动终端，含汽车PC等）在空间信息表达与处理方面要优于手机。所以，移动GIS应用需要这样一个移动终端，那就是集GPRS、GPS和PDA一起。利用这样的产品，能够将空间信息展示的更加全面、丰富。
4 结论
本文对移动GIS做了深刻阐述，特别是对GIS技术、移动定位技术和无线通信网络技术等关键技术做了剖析，并对移动GIS目前的应用模式进行了归纳总结，对刚刚涉足这领域的人员提供了很好的学习思路。今后作者将对移动GIS具体应用方面展开研究。
参考文献：
[1]邬伦、刘瑜、张晶等，地理信息系统原理、方法和应用[M].科学出版社，2000.
[2]马林兵、张新长、伍少坤，WebGIS原理与方法教程[M].科学出版社，2006.
[3]李泽沛，基于野外数据采集的移动GIS研究[D].昆明：昆明理工大学，2008.
作者简介：
咸茂鲜（1978-），女，助理工程师，广西柳州人，现在在广西国土资源规划院工作，主要从事地理信息系统研究工作与土地勘测定界工作。