基于GIS的分布式互動(dòng)圖標(biāo)標(biāo)注及地圖顯示控制技術(shù)

聶 晉

廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司，廣東廣州 510630

0 引言

GIS在軍隊(duì)、公安和武警等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，軍事戰(zhàn)略分析、力量部署、態(tài)勢(shì)推演等，這些領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)GIS系統(tǒng)的要求不僅僅是信息的展示和發(fā)布，還有一些特殊的應(yīng)用需求，這些需求是基于GIS平臺(tái)的深入應(yīng)用，但GIS系統(tǒng)自身功能并不能滿足，所以就需要另外進(jìn)行分析設(shè)計(jì)開發(fā)來滿足。

1 背景技術(shù)

GIS基本概念。GIS（Geography Information System，地理信息系統(tǒng)）是融合計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)于一體，用來存儲(chǔ)和處理空間信息的高新技術(shù)，它把地理位置和相關(guān)屬性有機(jī)地結(jié)合起來，根據(jù)用戶的需要將空間信息及其屬性信息準(zhǔn)確真實(shí)、圖文并茂地輸出給用戶，滿足城市建設(shè)、企業(yè)管理、居民生活對(duì)空間信息的要求，借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)功能，進(jìn)行各種輔助決策。

2 行業(yè)應(yīng)用分析

在軍隊(duì)、武警和公安行業(yè)的業(yè)務(wù)中，很多時(shí)候需要在GIS系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行跨部門，甚至跨單位聯(lián)合進(jìn)行案例分析、力量部署標(biāo)注和態(tài)勢(shì)推演標(biāo)注，所以多個(gè)協(xié)同部門都要用到同一副地圖，并在地圖上進(jìn)行分析，標(biāo)注力量投放圖標(biāo)，如果使用單機(jī)的方式，必定有一個(gè)先后次序，甚至相互干擾，顯然不能滿足快速協(xié)同作戰(zhàn)的需要。

GIS分布式互動(dòng)圖標(biāo)標(biāo)注及地圖顯示控制技術(shù)解決了同一局域網(wǎng)內(nèi)多個(gè)客戶端同時(shí)對(duì)同一副地圖進(jìn)行操作，多個(gè)用戶可以同時(shí)操作標(biāo)注圖標(biāo)，相互協(xié)同工作，地圖上所作更改可在各個(gè)客戶端實(shí)時(shí)同步顯示。這項(xiàng)技術(shù)滿足了例如武警、公安、部隊(duì)等行業(yè)對(duì)于軍事戰(zhàn)略分析和力量部署推演等進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交流和互動(dòng)操作的需要，與行業(yè)業(yè)務(wù)結(jié)合更緊密，可有力推進(jìn)這些行業(yè)的信息化、數(shù)字化。

3 方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件解決方案

基于客戶端（Client）/服務(wù)端（Server）架構(gòu)是目前常用成熟的軟件結(jié)構(gòu)解決方案。她的特點(diǎn)是能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，客戶端響應(yīng)速度快，各客戶端的操作和數(shù)據(jù)可以通過服務(wù)端實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)到所有客戶端，保持信息和操作的同步性和實(shí)時(shí)性，見圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由以下模塊組成：

1）數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存放GIS地圖數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可采用MS SQL Server等支持多用戶并發(fā)訪問的數(shù)據(jù)庫(kù)，使用GIS平臺(tái)軟件，將GIS地圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中作為電子地圖數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)庫(kù)可安裝在單獨(dú)的一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上以提升性能；

2）服務(wù)端軟件，用于運(yùn)行服務(wù)端軟件，服務(wù)端軟件用于消息轉(zhuǎn)發(fā)，同步所有客戶端的數(shù)據(jù)和操作信息，服務(wù)端軟件可安裝在單獨(dú)的一臺(tái)機(jī)器上以提升性能；

3）客戶端，實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS地圖的操作功能，采用GIS地圖控件訪問地圖數(shù)據(jù)庫(kù)，將地圖數(shù)據(jù)下載到客戶端并顯示，客戶端的數(shù)據(jù)和操作通過TCP/IP通訊協(xié)議傳送給服務(wù)端軟件，服務(wù)端軟件將其轉(zhuǎn)發(fā)到其余客戶端，客戶端需要同步的數(shù)據(jù)和操作有：

（1）電子地圖的任意移動(dòng)和縮放操作；

（2）同步地圖比例尺；

（3）同步所有圖標(biāo)標(biāo)注信息，以及對(duì)圖標(biāo)的操作信息；

4）無線通信模塊，用于使用遙控器控制地圖的操作，如控制地圖的上下左右移動(dòng)，控制地圖的放大縮小，方便快捷。

3.2 軟件執(zhí)行方法步驟

1）地圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

使用GIS平臺(tái)工具，將電子地圖導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并增加一個(gè)復(fù)合圖層，作為標(biāo)圖、繪圖圖層，并且設(shè)置成可編輯狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必須保證數(shù)據(jù)庫(kù)正常，并且與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)通訊正常。請(qǐng)參考圖2。

2）服務(wù)端啟動(dòng)

服務(wù)端可設(shè)置成系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，服務(wù)端程序啟動(dòng)后自動(dòng)開始監(jiān)聽客戶端的連接，每接受一個(gè)客戶端的連接服務(wù)端都會(huì)啟動(dòng)一個(gè)處理線程，服務(wù)端可接受的客戶端數(shù)量理論上沒有限制。服務(wù)端通過心跳檢測(cè)功能檢測(cè)客戶端的連接，如果檢測(cè)到客戶端的連接中斷，服務(wù)端就會(huì)自動(dòng)退出該處理線程并釋放相關(guān)資源。

圖2 軟件執(zhí)行步驟

3）客戶端使用操作步驟

客戶端啟動(dòng)。向數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器請(qǐng)求地圖數(shù)據(jù)，將地圖數(shù)據(jù)下載到客戶端軟件的GIS地圖控件中并顯示，其余客戶端采用同樣的操作將同一副地圖顯示出來。

客戶端同步標(biāo)注圖標(biāo)。用戶將圖標(biāo)標(biāo)注在地圖上指定位置，此時(shí)觸發(fā)GIS地圖控件將標(biāo)注的圖標(biāo)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)觸發(fā)同步通訊，將圖標(biāo)標(biāo)注指令碼、圖標(biāo)的唯一ID號(hào)及位置參數(shù)打包并發(fā)送給服務(wù)端軟件，服務(wù)端軟件接收數(shù)據(jù)包，立即轉(zhuǎn)發(fā)給已連接的其他所有客戶端，客戶端取得服務(wù)端傳送數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)解析出來，依據(jù)指令碼觸發(fā)GIS地圖控件在自己的地圖上相同的位置標(biāo)注出相同的圖標(biāo)。

其余圖標(biāo)操作過程。圖標(biāo)的移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)、拷貝、刪除、增加文字標(biāo)注等原理與圖標(biāo)標(biāo)注基本相同，只是指令碼及傳送的參數(shù)有所區(qū)別；

電子地圖自身的操作。地圖的縮放、移動(dòng)、同步比例尺等也采用同樣的工作原理，達(dá)到所有客戶端操作和顯示實(shí)時(shí)同步。

客戶端遙控器操作。使用遙控器操作客戶端地圖，例如地圖的縮放，移動(dòng)，如果客戶端設(shè)置成主控的話，那么遙控器就可以同時(shí)控制其他所有客戶端地圖的移動(dòng)和縮放。

3.3 系統(tǒng)功能

1）圖標(biāo)在地圖上自由標(biāo)注，包括圖標(biāo)、幾何圖形等；

2）圖標(biāo)的移動(dòng)、等比例縮放、旋轉(zhuǎn)、閃爍、拷貝、粘貼、修改、刪除操作；

3）在圖標(biāo)上添加描述文字，設(shè)置圖標(biāo)的顏色屬性；

4）各客戶端地圖可主動(dòng)與地圖比例尺提供端進(jìn)行比例尺同步；

5）主控客戶端可控制其余客戶端地圖的移動(dòng)縮放；

6）各客戶端實(shí)時(shí)保存GIS地圖上標(biāo)注對(duì)象；

7）各客戶端地圖上所有標(biāo)注對(duì)象顯示同步；

8）各客戶端使用鳥瞰圖以實(shí)現(xiàn)快速定位；

9）各客戶端的地圖基本操作使用遙控器實(shí)現(xiàn)，例如移動(dòng)、縮放。

3.4 軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)

軟件的工作原理就是基于GIS平臺(tái)的采用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)多個(gè)客戶端的操作同步。

3.4.1 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端與數(shù)據(jù)庫(kù)的通訊交由GIS平臺(tái)處理，我們這里需要傳入連接數(shù)據(jù)庫(kù)參數(shù)，包括數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器地址、地圖工作空間名稱、數(shù)據(jù)庫(kù)登錄用戶名稱和密碼，參見后面的客戶端參數(shù)說明。GIS平臺(tái)控件負(fù)責(zé)將GIS地圖從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出，并顯示出來。當(dāng)用戶在地圖上做某項(xiàng)操作，同時(shí)檢測(cè)是否要同步所有客戶端選項(xiàng)參數(shù)，如果需要同步，客戶端會(huì)啟動(dòng)一個(gè)通訊線程，將需要同步的內(nèi)容組成數(shù)據(jù)包，發(fā)送到服務(wù)端。

客戶端通過與服務(wù)端建立的通訊連接，接收數(shù)據(jù)包（請(qǐng)參考下面的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)），并將數(shù)據(jù)包中的指令和數(shù)據(jù)取出，在客戶端執(zhí)行函數(shù)，實(shí)現(xiàn)該操作。

客戶端參數(shù)說明：

1）Server-服務(wù)端機(jī)器的IP地址或機(jī)器名稱；

2）Port-服務(wù)端機(jī)器的通訊端口；

3）Primary-是否設(shè)置本機(jī)為主控電腦，設(shè)置為主控的客戶端可控制其余客戶端的地圖移動(dòng)、縮放；

4）User-數(shù)據(jù)庫(kù)登錄用戶名；

5）Password-數(shù)據(jù)庫(kù)登錄密碼；

6）Scale-是否為比例尺提供端，如果是比例尺提供端，當(dāng)操作地圖縮放時(shí)會(huì)自動(dòng)廣播自己地圖比例尺數(shù)據(jù)給其余客戶端，讓其余客戶端可通過同步比例尺功能與該客戶端地圖比例尺保持同步。

服務(wù)端軟件轉(zhuǎn)發(fā)同步信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

struct GIS_MSG{ BYTE suptype ; //1放大，2縮小，3漫游，4刪除對(duì)象或增加對(duì)象，5設(shè)置中心點(diǎn)，6提供比例尺，7放大+提供比例尺，8縮小+提供比例尺，9漫游+提供比例尺，10刪除對(duì)象或增加對(duì)象+提供比例尺，11 設(shè)置中心點(diǎn)+提供比例尺，12追加跟蹤對(duì)象，13 刪除跟蹤對(duì)象，14 通知客戶端改變地圖

double param1;//漫游x軸偏移量

double param2;//漫游y軸偏移

double param3;//提供顯示比例尺}

3.4.2 服務(wù)端設(shè)計(jì)

服務(wù)端啟動(dòng)的時(shí)候會(huì)同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)監(jiān)聽線程，如果有客戶端連接，服務(wù)端會(huì)將這個(gè)連接交給一個(gè)新的客戶端處理線程繼續(xù)進(jìn)行處理，監(jiān)聽線程依然可以監(jiān)聽其他客戶端的連接。服務(wù)端與客戶端的連接過程會(huì)主動(dòng)檢測(cè)通訊連接是否正常，采用了一種發(fā)送心跳包的方式，定期發(fā)送心跳檢測(cè)，如果不能接受客戶端的心跳檢測(cè)回應(yīng)，那么服務(wù)端就會(huì)關(guān)閉與該客戶端的通訊連接，并將該客戶端的處理線程關(guān)閉。

服務(wù)端執(zhí)行的是通訊透明傳輸，對(duì)客戶端發(fā)送的請(qǐng)求數(shù)據(jù)包不做任何處理，立即搜尋客戶端連接列表，并將這個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給連接列表中的每個(gè)客戶端。

3.4.3 遙控器控制設(shè)計(jì)

在各客戶端軟件啟動(dòng)時(shí)都會(huì)監(jiān)聽預(yù)定的串口，如果串口中有操作指令進(jìn)來，就會(huì)呼叫并執(zhí)行如手工操作電子地圖的執(zhí)行函數(shù)。

這里采用的遙控器是現(xiàn)成的產(chǎn)品，采用無線方式，采用公用頻段，操作指令相對(duì)簡(jiǎn)單，遙控器上的按鍵發(fā)送的碼與客戶端軟件的函數(shù)對(duì)應(yīng)起來，實(shí)現(xiàn)不同的操作功能。

3.5 工作環(huán)境需求

硬件環(huán)境推薦配置：CPU 2GHz以上，內(nèi)存2GB以上，硬盤120GB以上。

軟件環(huán)境：WindowsXP、Windows2000Server（數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器OS），SQL Server 2000（或其他支持多用戶并發(fā)訪問的數(shù)據(jù)庫(kù)），GIS平臺(tái)。

4 結(jié)論

GIS分布式互動(dòng)圖標(biāo)標(biāo)注及地圖顯示控制技術(shù)，使各個(gè)客戶端的數(shù)據(jù)信息以及操作實(shí)時(shí)同步，這種技術(shù)很好解決了多個(gè)客戶端協(xié)同操作，數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)共享，在軍隊(duì)、武警和公安等的相關(guān)業(yè)務(wù)中采取這項(xiàng)技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且這種技術(shù)是GIS應(yīng)用技術(shù)拓展的明顯趨勢(shì)之一?？梢钥吹绞褂眠@項(xiàng)技術(shù)的客戶群將比較廣泛，在這些行業(yè)中目前正在推進(jìn)業(yè)務(wù)的數(shù)字化和信息化，我們的技術(shù)順應(yīng)了用戶的應(yīng)用趨勢(shì)，如果能在這些行業(yè)中推廣開來無疑可以帶來持久的效益。

[1]侯俊杰.深入淺出MFC[M].2版.華中科技大學(xué)出版社，2001.

[2][美]科默.用TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)際互聯(lián)第一卷：原理、協(xié)議與結(jié)構(gòu)[M].4版.電子工業(yè)出版社，2004.