移動GIS離線地圖在水文信息化中的應(yīng)用

金輝明

（浙江省水文局，浙江 杭州 31001 6）

移動GIS離線地圖在水文信息化中的應(yīng)用

金輝明

（浙江省水文局，浙江 杭州 31001 6）

移動地圖技術(shù)可以為用戶提供便捷有效的地理信息，但是移動終端存在著帶寬較窄，數(shù)據(jù)存儲和處理較為有限等問題。研究以“水雨情信息發(fā)布系統(tǒng)”為例，通過結(jié)合地圖多點觸摸技術(shù)、地圖分塊顯示技術(shù)、實時數(shù)據(jù)動態(tài)疊加技術(shù)、基礎(chǔ)底圖自適應(yīng)手機(jī)屏幕技術(shù)和地圖數(shù)據(jù)的本地化存儲技術(shù)，提高地圖的繪制速度、提升系統(tǒng)操作的簡便性和平臺的擴(kuò)展性和可移植性，實現(xiàn)移動GIS平臺在水文信息化中的成功應(yīng)用。

移動GIS；離線地圖；水文信息化

1 問題的提出

近幾年智能手機(jī)熱的興起，改變了人們傳統(tǒng)的思維方式，人們逐漸習(xí)慣了用手機(jī)來了解各種生活資訊和移動辦公。與此同時，無線移動通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及,使得具有網(wǎng)絡(luò)功能和全球定位系統(tǒng)特征的智能手機(jī)成為信息傳輸?shù)囊环N理想工具，這也促進(jìn)了地圖技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了移動地圖。移動地圖是顯示在無線通信設(shè)備上的可視化地理信息數(shù)據(jù)，它能夠隨時隨地的按照用戶的需求顯示地理信息[1]。

移動地圖技術(shù)綜合了當(dāng)前衛(wèi)星定位技術(shù)、移動通信技術(shù)、地理信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各種注流技術(shù)[2]。該技術(shù)的應(yīng)用，較好地滿足了長期以來人們對地理信息的需求，手機(jī)上可以完成個人PC上無法完成的事情，比如個人位置定位，基于位置的周邊事物的發(fā)現(xiàn)等。但同時也存在一些問題，比如移動終端本身信息處理和數(shù)據(jù)存儲量有限、無線網(wǎng)絡(luò)帶寬相比有線而言相對較窄等問題。在本研究中，通過開發(fā)離線地圖引擎包，對地圖數(shù)據(jù)以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地化保存，大大減少了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的實時傳輸，同時也提高了系統(tǒng)的運行效率。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 地圖多點觸摸技術(shù)

為了充分運用手機(jī)終端觸控技術(shù)，在本研究中實現(xiàn)了地圖多點觸摸實現(xiàn)地圖的縮放功能。用戶通過2個手指的分開和合攏動作就能實現(xiàn)地圖的放縮功能。對于移動操作系統(tǒng)，其實質(zhì)就是實現(xiàn)了多點觸摸涉及到的多個事件，主要包括2個手指接觸屏幕并按下時的ACTION_POINTER_ DOWN事件、2個手指移動時的ACTION_MOVE事件以及手指離開時的ACTION_POINTER_UP事件，這3個事件與地圖的縮放功能相結(jié)合。

2.2 地圖分塊顯示技術(shù)

為了提高地圖繪圖效率并減少移動端的內(nèi)存消耗，對基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊，形成小瓦片。用戶在移動端做地圖操作（縮放、移動等）時，系統(tǒng)根據(jù)用戶當(dāng)前地圖的視野范圍，計算出需要繪制的瓦片，并從本地離線數(shù)據(jù)庫或網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)并在地圖上進(jìn)行繪制。通過該技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的繪制效率和可擴(kuò)展性。

2.3 實時數(shù)據(jù)動態(tài)疊加技術(shù)

對于業(yè)務(wù)系統(tǒng)而言，真實有價值的是各種實時數(shù)據(jù)的展示。本研究中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以根據(jù)實現(xiàn)需要，把各種實時數(shù)據(jù)疊加到基礎(chǔ)底圖上，其中包括遙測站雨情信息、水情信息、水質(zhì)信息等，并通過消息機(jī)制，把各種實時數(shù)據(jù)實時顯示在底圖上。

2.4 基礎(chǔ)底圖自適應(yīng)手機(jī)屏幕技術(shù)

當(dāng)前移動終端的分辨率眾多，為了使開發(fā)出的地圖引擎可以在不同分辨率的終端上對地圖瓦片進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，本研究實現(xiàn)了通過獲取繪圖區(qū)域的高度和寬度，動態(tài)計算當(dāng)前視野中需要顯示的瓦片信息。

2.5 地圖數(shù)據(jù)的本地化存儲技術(shù)

為了提高系統(tǒng)地圖的繪制效率，并減少由于下載基礎(chǔ)底圖花費的網(wǎng)絡(luò)流量。在本研究中實現(xiàn)了地圖數(shù)據(jù)的本地化存儲，把基礎(chǔ)底圖以本地數(shù)據(jù)庫Sqlite的方式保存在數(shù)據(jù)庫中。在繪制底圖過程中，首先從本地數(shù)據(jù)庫讀取瓦片數(shù)據(jù)，如果沒有取到，從網(wǎng)絡(luò)上獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，并把數(shù)據(jù)保存在本地數(shù)據(jù)庫中，以備下次使用。

3 實際應(yīng)用案例

3.1 系統(tǒng)簡介

本次研究的應(yīng)用案例為在水利行業(yè)比較普遍的基于地圖實時水雨情信息發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)由8個模塊組成，分別為汛情摘要信息顯示模塊、雨情信息查詢模塊、水情信息查詢模塊、水庫信息查詢模塊、衛(wèi)星云圖瀏覽模塊、天氣圖顯示模塊、最新最新降雨等值線生成模塊以及預(yù)警信息查詢模塊。

3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.2.1 汛情摘要信息顯示模塊

用戶進(jìn)入汛情摘要模塊后，系統(tǒng)會以頁面的形式顯示出最新的水雨情信息，其中包括當(dāng)日(水文日)的雨情信息、水庫水情信息以及河道水情信息。雨情信息以表格的方式顯示出各雨量級的雨量站點數(shù)，并顯示出較大雨量站點的信息；水庫水情顯示出超警戒水位水庫站水情信息；河道水情顯示出各主要河道控制站點超警戒水位信息。

3.2.2 雨情信息查詢模塊

該模塊能以圖表方式直觀地展示降雨的空間分布及空間降雨強(qiáng)度信息，并根據(jù)各站的不同降雨強(qiáng)度以不同顏色進(jìn)行顯示，地圖放大到一定級別時顯示各站站名及降雨量信息，點擊或框選某一站點時顯示該站點的水雨情過程信息（見圖1）。

圖 1 雨情信息查詢主界面圖

用戶進(jìn)入地圖雨情查詢界面時，系統(tǒng)首先顯示出最新1 h的雨情信息（見圖1左圖），同時用戶可通過點擊時間段按扭顯示各時段的雨情分布情況，系統(tǒng)根據(jù)不同的雨量級別以不同顏色圖標(biāo)顯示各站的雨情分布，當(dāng)用戶放大地圖到一定級數(shù)時，在站點邊上顯示出站名和累積雨量值（見圖1右圖）。用戶通過點擊全圖按鈕時地圖返回到全圖狀態(tài)，顯示全圖雨量站點分布情況，方便用戶快速回到原始地圖狀態(tài)。用戶通過點擊圖例按鈕可顯示雨情的雨量分級圖例，用戶通過圖例和地圖雨量分布的比較可很直觀地看出當(dāng)前的降雨分布情況。

3.2.3 水情信息查詢模塊

通過該模塊用戶能方便地了解主要斷面控制站的最新水雨情信息，系統(tǒng)通過圖表的方式顯示各站點最新水位，對于超警戒水位站點以不同的顏色進(jìn)行顯示，地圖放大到一定級別時顯示各站點的站名、水位及上報時間，點擊或框選某一站點時顯示該站點的水雨情過程信息（見圖2）。

圖 2 水情信息查詢主界面圖

用戶進(jìn)入地圖水情監(jiān)視界面，系統(tǒng)顯示出全縣最新水情信息。當(dāng)用戶放大地圖到一定級數(shù)時，在站點邊上顯示各站名、水位及上報時間（見圖2右圖）。用戶通過點擊全圖按鈕回到全圖狀態(tài)，顯示出全圖水情形勢，方便用戶快速回到原始地圖狀態(tài)。用戶通過點擊圖例按鈕可顯示水情的分級圖例(包括無水位、正常水位、超警戒水位、超保證水位)，用戶通過圖例和地圖站點分布的比較可很直觀地看出當(dāng)前的水情形勢。用戶通過點擊下方的站點選擇按鈕可對地圖上的站點進(jìn)行選擇。

3.2.4 水庫信息查詢模塊

該模塊主要實現(xiàn)了水庫蓄水能力的分析功能，主要包括水庫當(dāng)前蓄水情況、水庫汛限水位及庫容信息以及可攔雨量等相關(guān)信息。同時可通過篩選功能對水庫站點進(jìn)行篩選，提取出用戶需要顯示的站點。通過該模塊用戶可比較直觀地了解當(dāng)前水庫的水雨情形勢。

3.2.5 衛(wèi)星云圖瀏覽

通過該模塊可查看最近7張衛(wèi)星云圖，用戶可查看紅外、可見光、水汽及三維4種類型的衛(wèi)星云圖（見圖3）。

用戶可通過下方的“上一張”與“下一張”按鈕對最新的7張云圖進(jìn)行瀏覽，系統(tǒng)對于最新瀏覽過的云圖自動保存在本地緩存中，當(dāng)需要得到網(wǎng)上最新云圖時，通過下方的刷新按鈕即可完成。同時用戶可通過選擇框?qū)υ茍D類型進(jìn)行選擇，得到用戶需要的云圖。通過多點觸控技術(shù)可對云圖進(jìn)行縮放顯示。

圖 3 衛(wèi)星云圖瀏覽查詢界面圖

3.2.6 天氣圖

天氣圖包括1周天氣圖和24 h天氣圖，系統(tǒng)得到網(wǎng)上的最新天氣圖信息，并通過圖片翻頁瀏覽的方式對一系列圖片進(jìn)行瀏覽。用戶通過1周天氣圖可預(yù)測1周內(nèi)的氣壓移動分布情況，但氣壓等高線分布比較粗，可簡單了解未來的氣壓走勢，用戶通過下方的“下一天”和“上一天”按鈕對未來幾天的氣壓分布圖進(jìn)行瀏覽，同時可對局部進(jìn)行縮放查看。24 h天氣預(yù)測圖詳細(xì)繪出了氣壓等高線的分布情況。

3.2. 7 降雨等值線

該模塊實現(xiàn)了降雨等值線的在線繪制功能，用戶通過設(shè)定等值線的繪制時間以及等值線類型(等值線、等值面)，系統(tǒng)自動生成等值線和等值面的圖片供用戶瀏覽（見圖4）。

圖 4 降雨等值線查詢界面圖

4 結(jié) 語

本文在分析當(dāng)前移動GIS地圖平臺需求的基礎(chǔ)上，提高出研究離線地圖的必要性。并對離線地圖開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，并完成了該地圖平臺的開發(fā)。同時把研究成果應(yīng)用到水文信息化建設(shè)中。在本研究中主要取得了以下研究成果：

（1）本研究中移動GIS地圖平臺的開發(fā)完全從底層進(jìn)行，從而為后期平臺的開發(fā)提供較好的可擴(kuò)展性，并能對性能方面的進(jìn)一步提高提供技術(shù)基礎(chǔ)。

（2）實現(xiàn)基礎(chǔ)底圖數(shù)據(jù)的本地化存儲，從而大大提高了地圖的繪制速度，并減少了由于下載基礎(chǔ)底圖而引起的網(wǎng)絡(luò)流量。

（3）實現(xiàn)了多點觸摸實現(xiàn)地圖基本操作功能。用戶通過簡單的手指放開與合攏就能方便地實現(xiàn)地圖的縮放功能，大大提高了系統(tǒng)操作的簡便性。

（4）實現(xiàn)了地圖自適應(yīng)手機(jī)屏幕功能。較好地滿足了手機(jī)屏幕分辨率多樣化的要求，也提高了平臺的可移植性。

（5）完成了移動地圖平臺在水文行業(yè)的應(yīng)用，實現(xiàn)汛情摘要的顯示、水雨情信息的地圖顯示、水庫報表生成、衛(wèi)星云圖瀏覽、天氣圖顯示、最新降雨等值線生成、預(yù)警信息生成等功能，為該平臺在其它領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

[1] 楊艷梅，王澤根.移動地圖理論基礎(chǔ)研究[J].四川測繪，2007，30(4)：159 - 163.

[2] 余志龍，陳昱勛.Android SDK開發(fā)范例大全[M].北京：人民郵電出版社.2009：23 - 25.

[3]公磊， 周聰.基于Android的移動終端應(yīng)用程序開發(fā)與研究[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化，2008(8)：35 - 37.

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[5] 趙文斌，張登榮.基于移動計算的地理信息系統(tǒng)的發(fā)展研究及應(yīng)用前景[J].遙感信息，2003(1)：31 - 34.

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（責(zé)任編輯 黃 超）

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1008 - 701X(2017)04 - 0077 - 03

10.13641/j.cnki.33 - 1162/tv.2017.04.023

2017-04-04

金輝明(1982 - )，男，高級工程師，碩士，主要從事計算機(jī)技術(shù)在水利信息化方面的應(yīng)用研究。