基于5G無線網(wǎng)絡(luò)的GIS應(yīng)用研究

【摘要】 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和無線通信技術(shù)給GIS（地理信息系統(tǒng)）帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)，5G技術(shù)的出現(xiàn)，解決了與GIS發(fā)展相關(guān)的一些關(guān)鍵問題。在系統(tǒng)分析互聯(lián)網(wǎng)和無線通信技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，提出了將5G技術(shù)應(yīng)用于移動GIS的策略和應(yīng)用前景。本文主要研究如何將GIS、5G集成到手持設(shè)備中。提出了系統(tǒng)的整體框架，并在此基礎(chǔ)上完成了系統(tǒng)開發(fā)。

【關(guān)鍵詞】 5G;無線通信;GIS;手持電腦

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.06.038

Research on GIS Application Based on 5G Wireless Network

CHENG Yun

（Shaanxi Land Engineering Construction Refco Group Ltd，Xi'an 710075，China）

Abstract： Network technology and wireless communication technology have brought new opportunities and challenges to GIS（Geographic Information System）. The emergence of 5g technology has solved some key problems related to the development of GIS. Based on the systematic analysis of Internet，wireless communication technology and related products，this paper puts forward the strategy and application prospect of applying 5g technology to mobile GIS. This paper mainly studies how to integrate GIS and 5g into handheld devices. The overall framework of the system is proposed，and the system development is completed on this basis.

Key words： 5G;wireless communication;GIS;handheld computer

無線互聯(lián)網(wǎng)與GIS的結(jié)合，特別是實時定位開始成為移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的新熱點。基于位置的服務(wù)是一種基于無線互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)，它由三部分組成：定位技術(shù)、無線數(shù)據(jù)傳輸和移動GIS?；诘乩砦恢眯畔?，移動GIS集成了社會的各種信息，因此成為信息時代的主流。隨著5G技術(shù)的出現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速度得到跨越式提升，這使移動GIS突破了傳統(tǒng)GIS應(yīng)用的局限性，真正實現(xiàn)萬物互聯(lián)。移動GIS不僅可以應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域，也可以應(yīng)用于公眾?？偠灾?，GIS將成為移動互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對定位服務(wù)提出了更高的要求，本文將進(jìn)一步分析GIS服務(wù)技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的可能性，重點討論了技術(shù)集成的模式和方法。

1 互聯(lián)網(wǎng)對GIS發(fā)展的影響

GIS自20世紀(jì)60年代出現(xiàn)以來，一直是信息技術(shù)領(lǐng)域中地理科學(xué)的活躍課題。隨著軟、硬件的高速發(fā)展，尤其是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使GIS成為新一代的發(fā)展趨勢系統(tǒng)，具有無縫集成和基于組件的能力。它使web上的應(yīng)用服務(wù)成為現(xiàn)實。結(jié)合GIS和無線互聯(lián)網(wǎng)為數(shù)據(jù)的收集、交換、共享和存儲提供了新的途徑。它將成為GIS和無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個新的發(fā)展方向，使GIS成為信息技術(shù)時代的主流技術(shù)。

互聯(lián)網(wǎng)是一種多媒體網(wǎng)絡(luò)，它以各種形式（如地圖、圖像、聲音、文本等）準(zhǔn)確地傳輸信息。隨著同一地區(qū)不同信息系統(tǒng)之間以及不同地區(qū)信息系統(tǒng)之間的通信和兼容性的開始，作為GIS和互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)物，移動GIS應(yīng)運而生，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為GIS的一個新的運營平臺。移動GIS是一個基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化地理信息系統(tǒng)。它支持網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP和HTTP，這意味著移動GIS系統(tǒng)可以連接到任何地方的數(shù)據(jù)，從而形成網(wǎng)絡(luò)化分布式GIS系統(tǒng)。

移動GIS技術(shù)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于它可以為客戶端和服務(wù)器端提供方便的可執(zhí)行過程。動態(tài)地理數(shù)據(jù)的提取、分析和其他過程可以分配給服務(wù)器端（因為同一地圖數(shù)據(jù)文檔可能是來自不同服務(wù)器的地圖數(shù)據(jù)或圖層）。將空間查詢集的選擇、圖像縮放、移動和主題地圖生成分配給客戶端?？蛻魴C和服務(wù)器之間的處理過程可以最大限度地利用現(xiàn)有的計算機硬件資源。此外，隨著對網(wǎng)絡(luò)性能需求的增加，可以通過適當(dāng)?shù)卦黾臃?wù)器的處理能力來實現(xiàn)。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)傳輸容量下，需要網(wǎng)絡(luò)傳輸速率來支持地理空間數(shù)據(jù)信息的動態(tài)訪問。

2 系統(tǒng)基本框架

基于無線互聯(lián)網(wǎng)的空間服務(wù)實現(xiàn)技術(shù)有很多，這些方法的主要區(qū)別是數(shù)據(jù)的組織和傳輸。我們可以將它們分為三類：基于XML技術(shù)、基于文本數(shù)據(jù)技術(shù)和基于簡化標(biāo)準(zhǔn)HTML。

2.1 XML技術(shù)

無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）是一組開放的全球協(xié)議，用于開發(fā)使用無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用程序和服務(wù)。WAP協(xié)議主要基于現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，但針對無線設(shè)備的移動用戶進(jìn)行了優(yōu)化。WML是程序員為WAP編程的工具。

由于WML實際上是XML（可擴展標(biāo)記語言）的一個應(yīng)用程序，它的語法使人聯(lián)想到XML，具有一定的嚴(yán)格性。而GML是另一種基于XML的開發(fā)語言。GML是對來自XML的地理信息的擴展。

WML和GML都適用于移動設(shè)備，如手機、PDA等。它們都需要對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行重組。但它們有足夠的能力通過圖形、圖像、文本等來表示空間信息。WAP是一個開放的標(biāo)準(zhǔn)，這將大大提高它的兼容性。WAP可以基于GSM、GRPS三代，所以它會有一個廣闊可期的應(yīng)用前景。

2.2 文本數(shù)據(jù)技術(shù)

SMS（短消息服務(wù)）是一種基于GSM的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，發(fā)射接收是雙呼系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。它們都可以用來傳輸簡單的文本數(shù)據(jù)。SMS是另一種基于GSM的數(shù)據(jù)服務(wù)，它不同于WAP技術(shù)，因為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有限，只有文本數(shù)據(jù)可用，但這項服務(wù)不會占用通信信道，所以，它將比GSM上的WAP技術(shù)更便宜。

無論短信還是映像都可以向一個地區(qū)廣播，這是這兩種技術(shù)的另外一個優(yōu)勢，但兩者都不能傳遞圖像或圖形。如果只需要簡單的數(shù)據(jù)，這兩種技術(shù)就可以勝任。事實上，這兩種技術(shù)是在許多國家中是主流技術(shù)。

2.3 簡化標(biāo)準(zhǔn)的HTML

現(xiàn)在，大多數(shù)網(wǎng)站都是由HTML開發(fā)的，但HTML并不適用于無線設(shè)備。我們可以使用IMODE或Web剪輯技術(shù)使用有線互聯(lián)網(wǎng)上的資源，它們都可以支持復(fù)雜的內(nèi)容，比如圖形或圖像。MODE技術(shù)使用數(shù)據(jù)包傳輸技術(shù)，這意味著客戶將為數(shù)據(jù)付費。CHTML是為IMODE開發(fā)的語言，它是HTML的一個子集。因此，將內(nèi)容從有線互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綗o線互聯(lián)網(wǎng)非常容易。

Web剪輯包含在Palm操作系統(tǒng)平臺中，它優(yōu)化了HTML，用于在小型手持屏幕上顯示。Web剪輯架構(gòu)包括運行在掌上電腦中的客戶端Web剪輯應(yīng)用程序、代理服務(wù)器和內(nèi)容服務(wù)器?？蛻舳藨?yīng)用程序用HTML格式構(gòu)建，并轉(zhuǎn)換為Web剪輯應(yīng)用程序格式，該格式這是HTML3.2標(biāo)準(zhǔn)的一個子集。代理服務(wù)器處理的內(nèi)容服務(wù)器上的HTML和手持設(shè)備能夠處理Web剪輯HTML子集之間的轉(zhuǎn)換。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 通信技術(shù)

空間信息服務(wù)有自己的方式來組織和管理數(shù)據(jù)，如圖形、圖像等，因此，對數(shù)據(jù)通信提出了更高的要求。通信技術(shù)發(fā)展很快，許多技術(shù)可以傳輸數(shù)據(jù)，如WAP、IMODE或SMS。應(yīng)該有一個通用的平臺，能夠在大多數(shù)主流技術(shù)中提供空間信息。由于其開放性，WAP現(xiàn)在可以支持SMS，IMODE和其他版本將支持此協(xié)議中的技術(shù)。

3.2 定位技術(shù)

對于移動設(shè)備的位置是不斷變化的，如何提高GPS定位的準(zhǔn)確性是另一個關(guān)鍵問題。雖然GPS是一項應(yīng)用廣泛的技術(shù)，但這項技術(shù)有很多局限性，尤其是在城市中?；跓o線網(wǎng)絡(luò)的定位技術(shù)是定位技術(shù)發(fā)展的新趨勢。多路徑和信號丟失是兩種定位技術(shù)中需要解決的關(guān)鍵問題。

3.3 空間信息組織

空間信息服務(wù)隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。在日常生活中，許多情況下都需要空間信息，不同部門對空間信息有不同的需求?？臻g信息服務(wù)可以應(yīng)用于安全部門、交通部門、旅游部門、移動商務(wù)等領(lǐng)域。

移動GIS的優(yōu)勢在于其公共信息基于地理信息，不同信息的整合應(yīng)該成為研究的關(guān)鍵問題。良好的信息組織方式將幫助用戶盡快獲取必要的信息。由于帶寬的限制，數(shù)據(jù)傳輸也成為研究的關(guān)鍵問題。

4 系統(tǒng)設(shè)計

應(yīng)用WAP和ASP技術(shù)實現(xiàn)了空間信息測試。我們選擇微軟的NT4.0作為開發(fā)程序的平臺，使用UP.COM和NOKIA的工具包，微軟的Interdev和MapInfo的MapXtreme for NT來完成開發(fā)。由于無線設(shè)備的能力有限，我們將重點放在服務(wù)器端功能上。服務(wù)器包括Web服務(wù)器和GIS服務(wù)器，所有的功能都通過服務(wù)器實現(xiàn)。

系統(tǒng)功能：

1）地圖瀏覽，放大，縮小，在地圖上平移。

2）查詢位置，使用空間位置或名稱查詢，并在模擬器上表示結(jié)果。

3）無線數(shù)據(jù)傳輸，用WAP網(wǎng)關(guān)傳輸數(shù)據(jù)。

4）個性化信息，設(shè)置你感興趣的信息。

5）實時定位信息，通過GPS獲取定位信息，并將其傳遞給web服務(wù)器。

Web服務(wù)器層我們也可以稱之為中間件層。web服務(wù)器載體可以是java的servlet容器，如JBoss、Tomcat、BEA Weblogic等，也可以是VS.NET的IIS。它主要包括輸入、交換和輸出三個模塊。輸入模塊的主要功能是接受來自瀏覽器層的任何可接受格式的AJAX請求，如WMS、WFS、WCS、ArcXML、GML，甚至用戶定義的格式。交換模塊在這一層中扮演著重要的角色，它將輸入XML格式轉(zhuǎn)換為另一種輸出XML格式，如ArcIMS格式、SuperMap格式、MapXteme格式等，新的格式可以被GIS服務(wù)器接受;輸出模塊包括交換模塊的結(jié)果，這些格式所支持的系統(tǒng)可以根據(jù)需要進(jìn)行擴展。

在GIS服務(wù)器上，可以使用任意型號的GIS服務(wù)器，無論是本地產(chǎn)品還是國外產(chǎn)品，商業(yè)軟件或開源軟件，如ArcIMS、SuperMap IS、MapXtreme等。無論選擇哪種類型的GIS服務(wù)器，GIS服務(wù)器的基本功能都是接收來自web服務(wù)器的請求，然后與數(shù)據(jù)層聯(lián)系讀取文件或數(shù)據(jù)庫，最后以XML響應(yīng)的形式將處理結(jié)果提供給web服務(wù)器。

5 結(jié)語

本文提出一種具有通用性和靈活性的基于無線互聯(lián)網(wǎng)的GIS應(yīng)用，闡述了移動GIS應(yīng)用各組成部分的功能，最后介紹了該應(yīng)用的實現(xiàn)方法。借助無線互聯(lián)網(wǎng)的信息傳輸、信息瀏覽與信息發(fā)布功能為GIS的數(shù)據(jù)處理及圖形信息發(fā)布提供技術(shù)支持，可使GIS的應(yīng)用范圍擴大，為更多的相關(guān)人士提供幫助。

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【作者簡介】

程贇，男，1993年出生，碩士，研究方向為地理信息系統(tǒng)。