移动GIS中多实体渐进传输策略研究

第一章绪论

因此，海量的空间数据和有限的网络带宽之间的矛盾成为了移动GIS应用的一大技术难题。传统的数据传输模式首先由客户端向服务器端提出数据请求，然后服务器端开始传输数据，只有所有的数据都传输完毕后，客户端才能够进行其他操作，如信息査询。这种方式耗时长，整个数据传输过程用户都在等待，会使用户产生一种消极的心理，从用户体验来说，是相当不可取的。为解决这个问题，就出现了空间数据的渐进传输模式。空间数据的渐进传输：服务器端首先根据不同尺度将空间数据分为若干层次；当客户端向服务器端提出数据请求并得到认可后，服务器端先将最粗精一层的轮廓数据传输给客户端，然后再逐步地将层次间的细节数据传输给客户端。这样，就大大减少了客户端首次响应的时间，让用户在极短的时间内能了解到数据的整体情况，提升了用户体验。而且，根据不同的用户需求，有些操作可以在粗糙数据传过来就可以操作，如果当前接收数据已满足用户的需求，客户端可以中断或暂停剩余细节数据的传输，既可以缩短数据传输时间，避免冗余数据的干扰，还可以节省数据流量

1.1研究背景
1.1.1移动GIS技术概述
移动GIS(Mobile GIS)是指运行在移动终端硬件平台，利用无线通信技术、移动计算技术来处理地理信息的一个软件系统。移动GIS主要由移动终端设备、无线通信网络、地理应用服务器及空间数据库组成（周文理等，2007)，。移动终端设备通常是指掌上电脑、平板电脑、智能亍机等；无线通信网络是连接移动终端与应用服务器的媒介，完成数据传输；地理应用服务器是系统的GIS引擎，为用户提供空间数据服务；移动空间数据库是移动GIS的数据存储中心，负责组织、存储和管理空间数据。与传统的GIS相比，移动GIS以嵌入式和无线技术为基础，具有移动性、动态性、数据资源多样性、移动终端多样性及信息载体多样性等特点。
移动GIS综合运用GPS定位技术、移动设备、无线通信技术，将GIS应用从室内扩大到野外现场，可广泛应用于众多领域。移动GIS能够为交通、运输、物流、导'航、公共设施管理、环境监测、公共卫生、灾害处理、应急响应等动态应用系统提供野外信息采集、数据更新和数据处理等功能；为基础设施规划建设提供一体化的数据采集、编辑等制图手段；为挨家挨户的快件投递、货物派送、健康调查、人口普查、社会经济数据采集和建库等提供便捷的手持工具；为基于位置的服务(Location-basedServices, LBS)提供个人化(Personality).本地化(Local)、实时(Real-time)的地理信息服务（罗名海，2007)。
1.1.2移动GIS中的数据传输问题
移动GIS是空间信息服务与无线通信技术发展的必然产物。随着无线通信网络和移动智能设备的发展，使得人们可以随时随地与互联网连接，因而催生了移动空间信息服务，扩大了移动GIS的应用和发展空间。但是，空间数据的无线网络传输问题却阻碍了移动GIS的发展。究其原因，分析如下：
(1)无线网络带宽的有限性。目前，国内正处于2G网络到3G网络的过渡阶段，无线网络带宽相对以前，巳有一定程度的提高，但由于3G的应用尚不成熟，当前状况仍然无法满足移动GIS发展的需要。
(2)空间信息的海量化趋势。随着无处不在的空间信息服务U渐成熟，用户对空间信息的要求逐渐趋于大范围、多主题、多层次、高精度和海量方向发展。空间数据多样性和海量性，对无线网络传输提出了更高地要求。
(3)移动设备性能的局限性，提升对无线传输算法性能的要求。虽然近些年来，随着硬件的发展，移动设备的性能不断提升，但还是跟PC机相差甚远。移动设备具有内存小、显示屏幕小、计算和存储能力差等缺点，使其应用传统空间数据传输算法较PC机反应更慢，耗时更长。

    1.2 国内外研究现状 ...................11-12
        1.2.1 国外研究现状 ...................11-12
        1.2.2 国内研究现状 ...................12
    1.3 本文研究内容 ...................12-13
    1.4 研究步骤及技术路线 ...................13-15
第二章矢量空间数据渐进传输体系结构及关键技术 ...................15-17
    2.1 矢量空间数据渐进传输体系结构 ...................15
    2.2 矢量空间数据渐进传输关键技术 ...................15-17
第三章基于改进自适应遗传算法的曲线化简算法 ...................17-35
    3.1 矢量空间数据化简相关概念 ...................17-18
    3.2 现有化简算法分析 ...................18-22
    3.3 优化问题提出与描述 ...................22-23
    3.4 自适应遗传算法改进及其验证 ...................23-29
    3.5 基于改进自适应遗传算法的曲线化简算法 ...................29-31
    3.6 曲线化简试验 ...................31-34
    3.7 本章小结 ...................34-35
第四章曲线多层次增量存储模型 ...................35-43
    4.1 常见增量存储模型分析 ...................35-38
        4.1.1 二叉树存储模型 ...................35-37
        4.1.2 多叉树存储模型 ...................37-38
    4.2 曲线多层次增量存储模型设计 ...................38-40
    4.3 操作算法设计 ...................40-42
        4.3.1 建立算法设计 ...................40-41
        4.3.2 遍历算法设计及增量数据提取 ...................41
        4.3.3 重组算法设计 ...................41-42
    4.4 本章小结 ...................42-43
第五章多实体渐进传输策略 ...................43-51
    5.1 多实体优化化简方案 ...................43-45
        5.1.1 多实体优化化简问题描述 ...................43
        5.1.2 多实体优化化简方法 ...................43-45
    5.2 多实体增量存储方案 ...................45-47
        5.2.1 多实体增量存储模型 ...................45-46
        5.2.2 多实体增量存储模型操作算法 ...................46-47
    5.3 拓扑一致性保持 ...................47-50
    5.4 本章小结 ...................50-51
第六章原型系统设计与实现 ...................51-55
    6.1 原型系统功能结构 ...................51
    6.2 系统开发及运行环境 ...................51-52
    6.3 关键模块设计与实现 ...................52-53
        6.3.1 数据化简模块设计与实现 ...................52
        6.3.2 数据传输模块设计与实现 ...................52-53
        6.3.3 数据重组模块设计与实现 ...................53
    6.4 试验 ...................53-55

结论
本文设计了基于改进自适应遗传算法的曲线化简方法和层次分明的曲线增量存储模型，并对多实体渐进传输策略进行了讨论，最后通过试验对本文方法进行了验证。本文的主要研究内容及结果，总结如下:
(1)分析了矢量空间数据渐进传输方法的国内外研究现状、体系结构和关键技术，提出了本文的研究重点和技术路线。
(2)设计了基于改进自适应遗传算法的曲线化简方法。本文针对现有遗传算法的缺陷，提出了改进自适应遗传算法，能够有效地提高算法的收敛性能；针对曲线化简问题的特点，选用十进制编码方案，并设计了混合选择算子、有效交叉算子和局部寻优分裂变异算子。将该算法应用于曲线化简，能够获得较Douglas-Peucker算法更优的化简结果，并能够取得较现有遗传算法更好的收敛效果。
(3)设计了曲线多层次增量存储模型。在分析现有增量存储模型的基础上，设计了一种结构简单、层次鲜明的曲线增量存储模型。对该模型的设计包括对其整体结构和结点结构设计，及其建立、遍历、重组等操作算法的设计。该模型简单实用，非常适于固定尺度的曲线渐进传输。
(4)讨论了多实体渐进传输策略。重点研究了多实体优化化简方案，洋细阐述了基于动态规划和遗传算法的两种解决方案；在单实体增量存储模型基础上，设计并讨论了多实体存储模型及操作算法；且对拓扑一致性保持问题进行讨论，提出采用交点断线和扫描求交校正结合的方法解决常见的拓扑不一致问题。