淺析水利移動(dòng)GIS應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)

李凌霄，譚德寶，張 煜

(長(zhǎng)江科學(xué)院a.空間信息技術(shù)應(yīng)用研究所;b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010)

1 研究背景

地理信息系統(tǒng)(GIS)是用于采集、存儲(chǔ)、查詢、分析和顯示空間要素位置和屬性(如地理空間數(shù)據(jù))的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)［1］。自20世紀(jì)60年代GIS被提出以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展進(jìn)步，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)在科研機(jī)構(gòu)、公司企業(yè)和政府部門中廣泛地應(yīng)用。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對(duì)地理空間信息的 4A(Anytime，Anywhere，Anybody，Anything)服務(wù)需求與日俱增。特別是在水利外業(yè)工作中，水情數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性、時(shí)效性要求高，水利工作者需要隨時(shí)隨地與GIS進(jìn)行交互，進(jìn)行地理、水情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢、采集或分析;傳統(tǒng)的工作手段(如查看紙質(zhì)地圖和手工記簿等)已經(jīng)不能很好地滿足這樣的工作需求。另外，從工作環(huán)境的角度來(lái)看，基于桌面計(jì)算機(jī)和有線網(wǎng)絡(luò)的GIS，需要穩(wěn)定有線網(wǎng)絡(luò)連接和電源供應(yīng)，且便攜性較差，較難滿足外業(yè)工作對(duì)移動(dòng)性和環(huán)境適應(yīng)性的需求。最后，對(duì)自身功能而言，傳統(tǒng)GIS軟件和電腦終端極其依賴歷史業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，更多地作為單純的數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)處理終端存在，無(wú)法自發(fā)地對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行感知(例如實(shí)時(shí)感知自身位置、實(shí)地采集周圍的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù))，進(jìn)而滿足外業(yè)工作對(duì)信息采集和移動(dòng)辦公的要求。

移動(dòng)GIS作為地理信息系統(tǒng)在移動(dòng)終端上的實(shí)現(xiàn)，是傳統(tǒng)桌面GIS在移動(dòng)終端(如智能手機(jī)、平板電腦等)上的延伸和補(bǔ)充。移動(dòng)終端具備隨身攜帶、隨時(shí)聯(lián)網(wǎng)、集成多種傳感器的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)編程對(duì)設(shè)備硬件功能進(jìn)行合理的調(diào)用，運(yùn)行于移動(dòng)終端上的移動(dòng)GIS應(yīng)用(App)能夠很好地滿足上述工作需求，彌補(bǔ)水利工作者的傳統(tǒng)外業(yè)工作手段在環(huán)境適應(yīng)性、工作效率和信息化程度上的缺憾。

2 移動(dòng)GIS的定義、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)

2.1 移動(dòng)GIS的定義

移動(dòng)GIS(Mobile GIS)是建立在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境、有限處理能力的移動(dòng)終端條件下，提供移動(dòng)中的、分布式的、隨遇性的地理信息服務(wù)系統(tǒng)，是一個(gè)集GIS，GPS，移動(dòng)通信 3 大技術(shù)于一體的系統(tǒng)［2］。移動(dòng)GIS是地理信息系統(tǒng)在移動(dòng)終端(智能手機(jī)或平板電腦等)上的實(shí)現(xiàn)［3］，可以對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和分析，并提供基于位置的服務(wù)(Location－Based Service，LBS)和移動(dòng)位置服務(wù)(Mobile Location－Service，MLS)。

2.2 移動(dòng)GIS的特點(diǎn)

相較于傳統(tǒng)桌面級(jí)GIS，移動(dòng)GIS具備如下幾個(gè)特點(diǎn)［4］。

(1)移動(dòng)性。移動(dòng)GIS運(yùn)行于各種移動(dòng)終端，與服務(wù)端可通過(guò)無(wú)線通信進(jìn)行交互，實(shí)時(shí)獲取空間數(shù)據(jù)，也可以脫離服務(wù)器與傳輸介質(zhì)的約束獨(dú)立運(yùn)行，具有移動(dòng)性。

(2)動(dòng)態(tài)(實(shí)時(shí))性。移動(dòng)GIS作為一種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，能及時(shí)地響應(yīng)用戶的請(qǐng)求，實(shí)時(shí)處理用戶環(huán)境的時(shí)間變化，具有動(dòng)態(tài)(實(shí)時(shí))性。

(3)位置依賴性。移動(dòng)GIS誕生的初衷之一就是基于位置的服務(wù)(Location－Based Service，LBS)，其功能與移動(dòng)終端自身的位置緊密相關(guān)。

(4)資源有限性。相較于桌面電腦而言，首先，移動(dòng)終端依靠電池運(yùn)行，因此在未接入外置電源的情況下，運(yùn)行時(shí)間有限;其次，移動(dòng)終端的硬件相較于電腦來(lái)說(shuō)仍不夠強(qiáng)勁，計(jì)算性能有限;最后，移動(dòng)終端依靠微型閃存芯片存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，常見(jiàn)的存儲(chǔ)容量為8～128GB，存儲(chǔ)空間有限。

(5)設(shè)備多樣性。移動(dòng)GIS的運(yùn)行終端可以為移動(dòng)電話、平板電腦或是車載嵌入式設(shè)備等;不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備軟硬件不盡相同，這造成了移動(dòng)終端的多樣性。

2.3 移動(dòng)GIS的體系結(jié)構(gòu)

移動(dòng)GIS的體系結(jié)構(gòu)包括客戶端、服務(wù)器、數(shù)據(jù)源3部分，分別承載在表示層、中間層和數(shù)據(jù)層之上［5］。如圖1 所示。

圖1 移動(dòng)GIS的體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of mobile GIS

具體來(lái)說(shuō)，移動(dòng)GIS是由移動(dòng)終端(包括GPS接收器)、無(wú)線通訊設(shè)施和(云)服務(wù)器以及相應(yīng)軟件、數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合而成的集成系統(tǒng)。其中，移動(dòng)終端負(fù)責(zé)運(yùn)行移動(dòng)GIS軟件并響應(yīng)用戶的操作;GPS接收器負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星定位信號(hào)，測(cè)定用戶的位置并傳回移動(dòng)終端;無(wú)線通訊設(shè)施負(fù)責(zé)提供移動(dòng)終端和(云端)服務(wù)器的通訊和數(shù)據(jù)傳輸;而(云端)服務(wù)器負(fù)責(zé)復(fù)雜空間數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析以及響應(yīng)移動(dòng)端傳來(lái)的服務(wù)請(qǐng)求。

3 移動(dòng)GIS在水利業(yè)務(wù)中的應(yīng)用需求分析

對(duì)水利工作者而言，地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中于水旱災(zāi)情的監(jiān)測(cè)與預(yù)警、水資源管理、水環(huán)境科研、災(zāi)情統(tǒng)計(jì)與評(píng)估、水利工程設(shè)計(jì)與施工管理等領(lǐng)域［6］。這些領(lǐng)域均可以借助移動(dòng)GIS來(lái)提升科研信息化程度，從而簡(jiǎn)化工作流程、提高工作效率。

水利外業(yè)工作可以借助移動(dòng)GIS的優(yōu)勢(shì)，極大地提升工作效率。傳統(tǒng)的野外觀測(cè)試驗(yàn)往往依靠紙筆記簿的方式記錄數(shù)據(jù)，效率低下，形式單一，且手工記錄容易發(fā)生錯(cuò)漏。在內(nèi)業(yè)處理時(shí)，調(diào)查結(jié)果首先要經(jīng)科研人員逐條錄入電腦，而后才能進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理、統(tǒng)計(jì)分析、導(dǎo)出共享等操作。錄入過(guò)程不僅緩慢繁瑣，同樣容易造成條目錯(cuò)漏，這給數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析引入粗差，帶來(lái)了不確定性;而且這種作業(yè)模式會(huì)導(dǎo)致GIS數(shù)據(jù)難以實(shí)時(shí)更新，無(wú)法滿足突發(fā)事件快速響應(yīng)的需要。假如使用移動(dòng)GIS，可以通過(guò)隨身攜帶的移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地地記錄實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，附帶上所測(cè)數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度和高程等相關(guān)信息，實(shí)時(shí)上傳至云端服務(wù)器。在有多臺(tái)移動(dòng)終端同時(shí)使用時(shí)，甚至能夠用云端服務(wù)器進(jìn)行多源數(shù)據(jù)匹配整合，并實(shí)時(shí)地將經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)處理的結(jié)果分發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)人員，直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分析、輔助判斷和決策，極大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的外業(yè)調(diào)查流程，提高了相關(guān)工作的效率。

防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域同樣可以利用移動(dòng)GIS，及時(shí)地掌握災(zāi)情動(dòng)態(tài)并做出合理決策。傳統(tǒng)獲取災(zāi)情信息的途徑如紙質(zhì)地圖，存在信息量小、時(shí)效性差、表現(xiàn)形式單一的問(wèn)題，難以快速高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢檢索;若使用計(jì)算機(jī)查詢，則要求具備穩(wěn)定的電源和有線網(wǎng)絡(luò)鏈接，且電腦體積較大不易隨身攜帶——尤其對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)決策人員而言，他們經(jīng)常面臨著跨區(qū)域、大流動(dòng)的工作環(huán)境，對(duì)工作手段的時(shí)效性、環(huán)境適應(yīng)性要求較高，因此上述查詢信息的手段均不是最優(yōu)選擇。通過(guò)移動(dòng)GIS，只要有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接的地方，就能實(shí)時(shí)從云端服務(wù)器查詢并下載相關(guān)資料至手中的移動(dòng)設(shè)備，獲取所需的信息，例如數(shù)據(jù)報(bào)表、專題地圖、時(shí)序影像等，從而幫助防災(zāi)減災(zāi)人員機(jī)動(dòng)地實(shí)時(shí)掌握災(zāi)情動(dòng)態(tài)，為救災(zāi)爭(zhēng)取寶貴的先機(jī)。

綜上所述，一個(gè)功能完備的移動(dòng)GIS應(yīng)用應(yīng)該具備如下功能:隨時(shí)隨地采集數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)上傳同步至云端服務(wù)器、查詢用戶自身位置、縮放和漫游電子地圖、實(shí)時(shí)訪問(wèn)和修改云端數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)超限報(bào)警等。

若將移動(dòng)GIS的優(yōu)勢(shì)和水利工作者的業(yè)務(wù)流程相結(jié)合，在每個(gè)人隨身攜帶的手機(jī)或者其他移動(dòng)終端中進(jìn)行安裝移動(dòng)GIS的應(yīng)用程序，通過(guò)簡(jiǎn)約直觀的操作界面和交互邏輯，便能實(shí)現(xiàn)上述功能，提升科研人員的工作效率和科研信息化水平，進(jìn)而為數(shù)字流域管理做出有益的探索。過(guò)去由于種種原因，移動(dòng)GIS未能發(fā)揮出其真正的潛力;近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展、高性能移動(dòng)設(shè)備的大幅普及和高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋，已讓原先制約移動(dòng)GIS發(fā)展應(yīng)用的桎梏消弭，其充分釋放自身的潛力的條件相對(duì)成熟。

4 移動(dòng)GIS應(yīng)用的常見(jiàn)開(kāi)發(fā)模式

雖然移動(dòng)GIS這一理念提出較早，但過(guò)去由于移動(dòng)終端(例如Windows Mobile/CE設(shè)備)的運(yùn)算性能孱弱、操作交互笨拙、存儲(chǔ)空間狹小、價(jià)格昂貴以及2G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的帶寬狹窄、資費(fèi)昂貴等原因，移動(dòng)GIS的普及和應(yīng)用一度受到了較大的限制。特別是水利行業(yè)，移動(dòng)GIS的研究和應(yīng)用較少。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)快速發(fā)展，移動(dòng)GIS的應(yīng)用開(kāi)發(fā)具備了良好的硬件和軟件基礎(chǔ)，進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。

4.1 移動(dòng)GIS應(yīng)用的開(kāi)發(fā)路線

移動(dòng)GIS應(yīng)用的開(kāi)發(fā)路線主要分為自底層的自主開(kāi)發(fā)和二次開(kāi)發(fā)2種。其中二次開(kāi)發(fā)是目前使用最廣泛的移動(dòng)GIS應(yīng)用開(kāi)發(fā)路線［7］。

4.1.1 自底層的自主開(kāi)發(fā)

自主開(kāi)發(fā)是指不依賴于任何的現(xiàn)成的GIS軟件或者組件的開(kāi)發(fā)，GIS功能實(shí)現(xiàn)所涉及的一系列算法都由開(kāi)發(fā)者獨(dú)立設(shè)計(jì)，并用編程語(yǔ)言在一定操作系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。這種開(kāi)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)是:可定制性高，不需購(gòu)買商業(yè)性組件，因此開(kāi)發(fā)應(yīng)用的成本較低，并且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。但是自主開(kāi)發(fā)對(duì)開(kāi)發(fā)者的程序設(shè)計(jì)能力要求很高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、開(kāi)發(fā)難度大。

4.1.2 二次開(kāi)發(fā)

二次開(kāi)發(fā)以現(xiàn)有的移動(dòng)GIS解決方案，如軟件工具、組件等為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)移動(dòng)GIS應(yīng)用程序。這種開(kāi)發(fā)方式在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)受到界面風(fēng)格、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、組件功能等方面的限制，但是該開(kāi)發(fā)方式具有巨大的優(yōu)點(diǎn):開(kāi)發(fā)平臺(tái)穩(wěn)定且提供了大量的基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)，對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)上手快、開(kāi)發(fā)便利，可在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。二次開(kāi)發(fā)是移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中應(yīng)用最多的開(kāi)發(fā)方法。

4.2 移動(dòng)GIS應(yīng)用的軟件架構(gòu)

基于智能移動(dòng)終端的移動(dòng)GIS應(yīng)用可以采用多種開(kāi)發(fā)架構(gòu)。常見(jiàn)的開(kāi)發(fā)架構(gòu)主要有3種:本地應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和混合應(yīng)用，以下簡(jiǎn)要介紹三者的定義和異同。

4.2.1 本地應(yīng)用

本地應(yīng)用(Native App－C/S架構(gòu))是指專門為某種移動(dòng)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件。本地應(yīng)用客戶端中包括了界面展現(xiàn)、業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)模型3個(gè)部分(MVC設(shè)計(jì)模式)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)服務(wù)器端的各種服務(wù)，采用本地開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和開(kāi)發(fā)框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)。本地應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)是能夠使用本地系統(tǒng)提供的所有資源和功能，性能比網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和混合應(yīng)用更加強(qiáng)大，可支持大量要素的渲染和顯示;更為重要的是可以離線使用，這對(duì)外業(yè)工作具有重要意義。本地應(yīng)用的劣勢(shì)是需要開(kāi)發(fā)者具備較好的本地開(kāi)發(fā)技能(例如熟悉Objective－C語(yǔ)言和Java語(yǔ)言)，熟悉移動(dòng)操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)框架和移動(dòng)終端的硬件功能;另外，本地應(yīng)用程序的部署和維護(hù)相較于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而言較為繁瑣。

4.2.2 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(Web App－B/S架構(gòu))是一種以網(wǎng)頁(yè)編程語(yǔ)言(例如HTML，JavaScript和CSS等語(yǔ)言)編寫的應(yīng)用軟件。其數(shù)據(jù)和功能都托管在服務(wù)器端，用戶通過(guò)客戶端的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器來(lái)對(duì)軟件進(jìn)行載入和運(yùn)行。其優(yōu)勢(shì)是跨平臺(tái)、部署和維護(hù)容易、跟服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)合容易等。國(guó)內(nèi)外有不少移動(dòng)GIS應(yīng)用是以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的形式開(kāi)發(fā)的。但網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也有其劣勢(shì)，最大的不足在于網(wǎng)絡(luò)依賴程度高，一旦失去網(wǎng)絡(luò)鏈接，應(yīng)用功能將受到極大限制。而在水利外業(yè)中，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)差甚至完全中斷的情景時(shí)有發(fā)生，因此制約了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的適用范圍。另一方面，受瀏覽器權(quán)限的限制，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無(wú)法自由調(diào)用移動(dòng)終端操作系統(tǒng)的所有應(yīng)用程序接口(API)，較難實(shí)現(xiàn)一些必要功能(如文件的離線存儲(chǔ)和讀取)，制約了移動(dòng)GIS應(yīng)用潛力的發(fā)揮。

4.2.3 混合應(yīng)用

混合應(yīng)用(Hybrid App)是本地應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用2種開(kāi)發(fā)架構(gòu)的結(jié)合，例如在本地應(yīng)用中加入一個(gè)Web控件，并從Web上加載內(nèi)容;更高級(jí)的方式包括使用各種跨平臺(tái)混合開(kāi)發(fā)框架(如PhoneGap，Appcelerator Titanium等)。但GIS相關(guān)的混合應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)在暫未成熟，且學(xué)習(xí)使用門檻較高，尚未同時(shí)具備本地應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

以常用的ArcGIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)為例，比較上述3種開(kāi)發(fā)架構(gòu)對(duì)軟件功能實(shí)現(xiàn)的影響，具體見(jiàn)表1［8］。

5 水利行業(yè)移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)應(yīng)用案例

5.1 基于Windows Mobile的水利移動(dòng)GIS應(yīng)用

在基于iOS和Android系統(tǒng)的新一代智能移動(dòng)終端出現(xiàn)之前，市面上流行的主流移動(dòng)終端平臺(tái)主要為 Windows Mobile，Symbian 和 PalmOS［9］等，其中在專業(yè)應(yīng)用上Windows Mobile最受歡迎。一些GIS企業(yè)為Windows Mobile推出了二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)，例如ESRI公司的 ArcGIS Mobile，MapInfo公司的 XMobile、超圖公司的eSuperMap等等。

表1 3種常見(jiàn)軟件架構(gòu)Table 1 Three common software architectures

國(guó)內(nèi)外有很多水利移動(dòng)GIS應(yīng)用軟件(當(dāng)時(shí)又稱嵌入式GIS)均是基于上述平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。

楊州等［10］探討了一種基于Windows Mobile移動(dòng)智能終端的移動(dòng)水情查詢系統(tǒng)的原理和方法。該水情查詢系統(tǒng)使用.Net技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，由SQLServer2003提供服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)支持。它通過(guò)處理實(shí)時(shí)雨水情等基礎(chǔ)信息，制作易于查詢的雨水情圖表，為防災(zāi)減災(zāi)提供決策支持，以助于防汛的科學(xué)指揮。

魏茂盛［11］基于 Windows Mobile 和超圖 eSuper－Map，開(kāi)發(fā)了一款針對(duì)全國(guó)第一次水利普查員的工作需求的移動(dòng)GIS數(shù)據(jù)采集軟件，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、編輯、查詢和直線導(dǎo)航功能，有效地提高水利普查外業(yè)調(diào)查的工作效率。

譚興斌［12］使用了 ArcGIS Mobile SDK，針對(duì)水污染數(shù)據(jù)采集這一實(shí)際課題，完成了一個(gè)水污染數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。該移動(dòng)GIS應(yīng)用軟件運(yùn)行于Windows Mobile設(shè)備上，提出了一個(gè)包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、GIS服務(wù)器系統(tǒng)和移動(dòng)終端系統(tǒng)3部分的完整的水污染野外數(shù)據(jù)采集方案，通過(guò)移動(dòng)端軟件實(shí)現(xiàn)了諸如采集、編輯、同步等功能。

囿于當(dāng)時(shí)的軟硬件條件，基于Windows Mobile的移動(dòng)GIS應(yīng)用軟件在水利應(yīng)用方面主要為單機(jī)作業(yè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)水情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸更新和多終端協(xié)作同步。實(shí)際使用過(guò)程中，此類設(shè)備上顯示矢量地圖的速度非常慢，只能進(jìn)行小數(shù)量的編輯，查詢和空間分析耗時(shí)很長(zhǎng)，傳輸定位坐標(biāo)或者圖片也常常會(huì)由于網(wǎng)絡(luò)的原因不成功，交互體驗(yàn)不友好，類似因素都嚴(yán)重制約了嵌入式GIS的實(shí)用性［13］。

2010年10月，微軟宣布終止對(duì)Windows Mobile的所有技術(shù)支持?；赪indows Mobile的移動(dòng)GIS應(yīng)用軟件也逐漸邊緣化并退出歷史舞臺(tái)。

5.2 基于iOS和Android的水利移動(dòng)GIS應(yīng)用

自蘋果公司發(fā)布iPhone智能手機(jī)這一標(biāo)志性事件以來(lái)，移動(dòng)通訊行業(yè)和相關(guān)硬件制造業(yè)得到了飛速發(fā)展，以搭載iOS系統(tǒng)(Apple公司)和Android系統(tǒng)(Google公司)的智能手機(jī)為代表的新一代移動(dòng)終端百花齊放般地涌現(xiàn)，它們不僅在計(jì)算性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)過(guò)去的Windows Mobile和其他嵌入式設(shè)備，電池續(xù)航能力和存儲(chǔ)空間也大大提升;這些移動(dòng)終端大都采用了大尺寸高分辨率多點(diǎn)觸控屏幕，美觀易用，操作流暢;集成了多種傳感器，能夠?qū)崟r(shí)獲取設(shè)備的方位信息。可以說(shuō)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備已經(jīng)為移動(dòng)GIS在未來(lái)的發(fā)展搭建了新的舞臺(tái)，軟硬件環(huán)境將不再成為移動(dòng)GIS的桎梏。

新一代智能終端崛起后，國(guó)內(nèi)外GIS企業(yè)也相繼發(fā)布新的移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)產(chǎn)品，例如ESRI的ArcGIS Runtime SDK for iOS/Android，中地?cái)?shù)碼的MapGIS Mobile9、超圖軟件的 SuperMap iMobile for Android/iOS專業(yè)移動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)等。

新式移動(dòng)終端和開(kāi)發(fā)平臺(tái)代表著未來(lái)發(fā)展方向，但由于歷史較短且開(kāi)發(fā)門檻較高，國(guó)內(nèi)基于iOS和Android等新興移動(dòng)終端上開(kāi)發(fā)和部署的水利移動(dòng)GIS軟件的研究和應(yīng)用不多。

孫萍［14］介紹了一種防汛移動(dòng)助手系統(tǒng)，它基于Android移動(dòng)操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，采用無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與指揮中心Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸與業(yè)務(wù)交互;利用GPS采集位置信息，并將位置與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)相匹配，實(shí)現(xiàn)了水利防汛業(yè)務(wù)中的前端數(shù)據(jù)采集與傳遞以及后端數(shù)據(jù)處理與分析的一體化，提高了防汛指揮調(diào)度的效率。

張鵬［15］基于ArcGIS Server等相關(guān)技術(shù)，將第一次水利普查成果發(fā)布為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Web Service)以供移動(dòng)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)使用，將水利普查的成果擴(kuò)延到外業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)工作中，使大量的外業(yè)工作中都可使用水利普查成果數(shù)據(jù)，由此提高普查成果應(yīng)用效率，充分發(fā)揮水利普查成果作用。

趙杏杏等［16］實(shí)驗(yàn)性地設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了基于iOS移動(dòng)操作系統(tǒng)的移動(dòng)水利信息App模塊。該模塊本身采用ArcGIS API for Flex進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā);并且借助ArcGIS Online公有云GIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)水利信息的云端存儲(chǔ)和傳輸。該模塊實(shí)現(xiàn)了水利站網(wǎng)的雨情、風(fēng)情和水情信息的實(shí)時(shí)查詢與展示。

美國(guó)的 WebMap Solutions公司［17］開(kāi)發(fā)了一系列移動(dòng)GIS應(yīng)用，以滿足政府和公司的需求。該公司為新西蘭的廢水處理廠開(kāi)發(fā)了一款A(yù)ndroid平板電腦的移動(dòng)GIS應(yīng)用，可在離線模式下對(duì)點(diǎn)、線和邊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;為澳大利亞的工程公司開(kāi)發(fā)的移動(dòng)GIS應(yīng)用可以對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的擬規(guī)劃管線的路線進(jìn)行可視化處理，并查看屬性;為英國(guó)的環(huán)境機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)GIS應(yīng)用具備數(shù)據(jù)采集功能，以協(xié)助洪災(zāi)災(zāi)害評(píng)估工作，并且實(shí)現(xiàn)了線上線下顯示附加影像的功能。

綜上可看出移動(dòng)水利信息 App模塊［16］，基于iPhone的防汛掌上通［18］，基于3G的水利移動(dòng)辦公系統(tǒng)［19］，水情信息移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)［20］等，主要專注于水情數(shù)據(jù)等地理空間數(shù)據(jù)的查詢和可視化;Web Map Solutions公司［17］開(kāi)發(fā)的移動(dòng)GIS應(yīng)用在功能上則較為成熟，不僅可以進(jìn)行水情數(shù)據(jù)的查詢、顯示，而且實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的信息采集上傳、離線地圖等功能。

5.3 當(dāng)前水利移動(dòng)GIS應(yīng)用中普遍存在的問(wèn)題

(1)對(duì)于水利行業(yè)而言，移動(dòng)GIS應(yīng)用的種類、數(shù)量均較少，相關(guān)的研究文獻(xiàn)也較為缺乏。

(2)現(xiàn)有的關(guān)于移動(dòng)GIS的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究主要集中于老式設(shè)備(Windows Mobile等)，而對(duì)于新式設(shè)備(iOS，Android等)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究較少。

(3)基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用(Web App)較多，基于本地的應(yīng)用(Native App)較少。正如前文所說(shuō)，這些Web應(yīng)用大都無(wú)法離線使用。在信號(hào)不穩(wěn)定的野外，適用性不強(qiáng)，無(wú)法很好地滿足水利外業(yè)工作需求。且Web應(yīng)用無(wú)法充分發(fā)揮出移動(dòng)終端的計(jì)算性能和各式傳感器功能，這是對(duì)寶貴移動(dòng)計(jì)算資源的閑置和浪費(fèi)。

(4)現(xiàn)有移動(dòng)GIS應(yīng)用大都僅實(shí)現(xiàn)了空間信息的查詢和顯示功能，無(wú)法對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以幫助決策，更別說(shuō)對(duì)云端數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯和上傳同步。

(5)應(yīng)用界面設(shè)計(jì)和人機(jī)交互方式不夠友好，很多仍沿用Windows Mobile風(fēng)格，存在界面元素?fù)頂D，按鈕狹小等弊端;影響了用戶體驗(yàn)，阻礙了工作效率的提升。

6 新技術(shù)條件下移動(dòng)GIS應(yīng)用功能的展望

隨著新技術(shù)(如云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、4G移動(dòng)通訊等)的不斷發(fā)展進(jìn)步，移動(dòng)GIS可以充分利用這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，釋放自身的應(yīng)用潛力。

云計(jì)算技術(shù)為移動(dòng)GIS應(yīng)用提供云端數(shù)據(jù)服務(wù)，例如海量底圖、專題數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等，從而彌補(bǔ)移動(dòng)終端在計(jì)算性能和存儲(chǔ)空間上的不足。物聯(lián)網(wǎng)可為移動(dòng)GIS應(yīng)用提供廣泛分布的傳感器網(wǎng)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至云端，由云端處理分析后再將數(shù)據(jù)廣播至移動(dòng)終端，從而擴(kuò)大移動(dòng)終端的感知范圍。高速4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)移動(dòng)GIS客戶端和云端的鏈接通訊，高速網(wǎng)絡(luò)可以在更短的時(shí)間內(nèi)支持更為詳細(xì)多樣的數(shù)據(jù)傳輸，為地理信息服務(wù)的實(shí)時(shí)化提供保障。

這些技術(shù)的集成，理論上能夠做到一旦有數(shù)據(jù)更新上傳，移動(dòng)GIS系統(tǒng)下屬的所有終端便能實(shí)時(shí)同步更新。這將極大地簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的外業(yè)調(diào)查流程，提高相關(guān)工作的效率，讓工作人員更好地把握現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)信息，從而做出合適的決策。這對(duì)人員分散、信息閉塞的搶險(xiǎn)救災(zāi)的意義不言而喻;對(duì)水情監(jiān)測(cè)人員來(lái)說(shuō)也具有較高價(jià)值。

此外，傳統(tǒng)的桌面級(jí)GIS軟件價(jià)格昂貴、配置麻煩、操作復(fù)雜，不利于一線工作人員，特別是缺乏GIS相關(guān)技能和訓(xùn)練的人員的使用。移動(dòng)GIS軟件可通過(guò)合理的底層架構(gòu)和界面交互設(shè)計(jì)，將復(fù)雜、專業(yè)的任務(wù)融入簡(jiǎn)約美觀而又容易操作的界面，擴(kuò)大移動(dòng)GIS的適用范圍，進(jìn)一步釋放移動(dòng)GIS的應(yīng)用潛力。

綜上所述，將移動(dòng)GIS的優(yōu)勢(shì)和水利工作者的工作流程相結(jié)合，應(yīng)該能很好地提升科研人員的工作效率和科研信息化水平，也可為數(shù)字流域管理做出有益的探索。

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