GIS開發平臺在Android下的一種移植實現

齊 冰，初 寧，李永紅

GIS開發平臺在Android下的一種移植實現

齊 冰1，初 寧2，李永紅3

(1. 華北計算技術研究所，北京市 100083；2 3. 中國電子設備系統工程公司研究所，北京市 100039)

GIS應用開發平臺是一個涉及到多方面的復雜項目。基于已有的、在Window平臺下以C++語言開發的GIS庫，如何移植到Android平臺下，并提供在Android平臺下的GIS二次開發接口，是本文討論的重點。為此，本文分別從移植原則、移植設計、移植思路等角度進行闡述。最后作為例子，給出在Android下的應用此接口開發出的Demo運行示意圖。

GIS Android 移植 地理信息系統

0 引言

地理信息系統(Geographic Information System，以下簡稱GIS)是一個綜合的科學系統，它以計算機軟硬件作為基礎，以地理空間數據為處理對象，運用系統工程和信息科學的理論對地理空間數據進行判斷、分析，并提供決策。新世紀以后，人們已不再滿足于從臺式電腦上獲取地理信息，而是提出了更高的要求，推動了多終端尤其是移動設備與GIS在相關領域的結合，促進了 GIS的進一步發展。鑒于Android設備在移動端的比重，本文擬選取Android系統作為適配環境進行論述。

基于一個已有的以C++語言開發的GIS平臺，本文分別從移植可行性、基礎技術原理、移植方案選取、類包詳細設計等角度進行闡述。

1 移植原則

本文跨平臺設計為二次開發用戶創建一套完整的GIS應用框架，能適配Android平臺的GIS應用項目，為二次開發用戶提供一個完整的解決方案和設計開發平臺，使其能更方便的使用GIS開發接口，更高效的減少甚至屏蔽Android系統帶來的差異性。最終提高研發效率、降低研發成本。其中，基于GIS項目可擴展的角度，本文基于市場需求和計算機技術的發展進行升級、調整、補充，同時不破壞整個GIS項目的整體性，需要滿足以下特性原則：

1.1通用性

相比于C++的GIS庫，Android平臺下的GIS項目需要滿足針對其自身平臺下的需求，在整體設計框架領域提供支持。在表現層次上，GIS項目提供統一的接口服務，統一的系統配置文件，統一的地圖初始化流程等。二次開發者在使用本GIS開發工具時，在已有的GIS庫中積累的開發經驗，可以完全移植到Android平臺中去。

通用性還需要表現在對地圖的控制使用上面。二次開發用戶如果由于使用地圖的需求，比如縮放漫游等操作，其在各個終端平臺上面，調用GIS二次開發接口時應有統一的接口規范、通用的控制流程，本GIS系統對API的反應處理情況一致。

1.2易用性

相對于已有的C++編寫的GIS庫項目，Android平臺下的二次開發者在面對跨平臺應用需求時，需要基于Android平臺下的GIS接口進行二次開發。在面對數量龐大的接口，GIS系統在設計時應滿足易用性特點，分離業務邏輯和底層實現，對二次開發者屏蔽GIS系統實現細節。

同時接口的設計中滿足通用的命名規范，針對不同種類的接口封裝到對應的類別中。總之使二次開發者更方便、更抽象的使用。在GIS接口支持下，二次開發用戶更加專注在本身的業務邏輯上，滿足易用性特點。

1.3擴展性

需求是不斷升級的，GIS項目在設計時應預留出升級空間，根據實際需要適時升級。框架本身應具有靈活性，多使用成熟的插件技術，為隨時可能的升級提供保證。可擴展和需要擴展的需求點在某種程度上是可以預見的。GIS在接口設計上時，應充分考慮今后的升級需要，在改動原有代碼邏輯最少的情況下，更加方便擴展。

1.4維護性

面對已有的GIS項目和Android平臺下項目，如果沒有有效的進行維護，則在升級擴展、版本更迭時會變得很難以控制。這樣就對系統本身的維護性提出了要求。維護性對于某款以定型產品而言要求不大，但是本文面對的情況是用戶需求的變更性和未知性，所以產品迭代一直在進行。代碼版本在升級時，如果可維護性差，就會面對在同一時刻兩個平臺下的各個版本底層庫的不一致，大大增加系統開發和維護成本。所以維護性對于跨平臺項目來說，至關重要。

2 移植思路

本文GIS項目在Android平臺下的移植時，充分考慮以上設計原則。同時面對實際用戶需求，提出一種解決方案。整體的設計思路是，根據已有的Windows下GIS項目，把它移植到Android系統下，再針對Android平臺做些適配性的工作，共用一套GIS庫底層引擎。如此設計可以很好的滿足以上設計原則。

首先，共用同一套GIS底層庫，可以在系統需要升級的時候，只維護一套GIS底層庫代碼。這樣就可以保證，在一個項目中修改的關于GIS底層庫的部分，可以直接同步到其他的項目中去。兩個平臺項目之間維護一個GIS版本號，不需要分別管理控制。這樣，大大提高了整個GIS跨平臺系統的可維護性。

其次，由于各個平臺項目底層共用一套GIS代碼，同時在針對Android平臺進行再次封裝時保持統一的接口命名風格，這樣就會使二次開發者在使用本GIS接口進行開發時更加易用。二次開發者可以選擇在Windows上開發時，只做很小甚至不用修改，就可以把代碼完整的移植到Android終端上去。對于二次開發者本身而言，屏蔽系統和平臺之間的差別，只關心GIS項目和其本身的業務，可以更加方便其使用，提高開發效率。

再次，GIS底層庫在兩個平臺之間共享，導致所有平臺下對于底層GIS庫的處理邏輯一致。比如讀取同樣的配置文件、使用同樣的地圖、同樣的初始化使用流程等。如此，在Android的移植中，通用性也可以滿足。

3 移植原理和可行性

JNI（Java Native Interface）提供了若干API實現了Java和C++的通信。JNI標準成為java平臺的一部分，允許Java代碼和的代碼進行交互。本文利用JNI技術，與底層C++編寫的GIS庫公用一套接口，進行Android應用與底層GIS庫的數據通信和函數調用。

如圖1所示，Android APP會調用Java以native函數封裝的API。采用JNI的機制，native函數會和底層GIS庫進行通信，互相調用。Java的native函數要跟C++的相應函數一一對應。對應必須保證函數所在的類名、包名，函數本身的名字、參數個數參數名，函數返回值保持一致。之后，JNI機制會保證在Java層調用native函數時，指向C++對應的函數上。

圖1 Android應用與底層GIS庫的函數調用Fig.1 Function calling between Android Application and GIS library

4 地圖的繪制

在從桌面端往Android平臺的適配中面臨很多問題，其中以在Android下如何繪制為例進行闡述。Android下面繪制的效果最終以一個app的形式展現。

如圖2所示，GISView是重載自View的自定義類，幾個函數流程簡單介紹如下：

圖2 繪制流程圖Fig.2 Chart of drawing flow

4.1Invalidate ()函數。

在某個需要重新繪制的時刻，比如當地圖進行縮放或者漫游時，需要通知GISView進行重新計算、重新繪制。此流程開始于invalidate()函數的調用。invalidate()函數可以顯式通知GISView，導致接下來地圖的更新。

4.2OnDraw ()函數

調用完invalidate()函數之后，Android系統會負責在來接下來的時刻調用GIS View的onDraw()函數。GISView onDraw()函數重載自Android View的onDraw()函數，onDraw()函數在View整個的繪制流程中負責最后的繪制部分。GISView重載之后，實現自己的繪制邏輯。

4.3getPixels ()

API層是針對底層GIS庫封裝的一個中間層。GIS庫底層使用C++編寫，共用Windows系統上的一套代碼。Android應用使用Java語言開發，為了共用一套代碼，本文采用JNI的方式進行代碼的共用，封裝的一層Java接口，以供應用調用，來實現繪制地圖等一系列地圖操作。函數getPixels()是API層里面的一個重要的函數。

4.4getGraphicsBuffer ()

函數getPixels()的調用GIS庫里面的getGraphics-Buffer()函數，獲取在GIS庫中保存的位圖buffer，再構建一個位圖數組返回。GIS庫的實現中，根據地圖數據等生成位圖和繪制位圖是兩個過程，生成位圖之后保存在相應的buffer中，繪制時直接獲取已保存的位圖。示意圖如圖所示。

圖3 位圖獲取示意圖Fig.3 Chart of getting bitmap

4.5onDraw()處理

GISView的onDraw()函數在調用完JNI的native方法getPixels()并成功返回int型數組之后，構造可以用來在Android上繪制的Bitmap類，再用canvas繪制出來。

最后，給出使用本文封裝的Android庫的一個demo示意圖，下圖4。

5 結束語

本文基于一個已有的，在Windows平臺下以C++開發的GIS庫為基礎，做了其往Android平臺移植的工作。分別從移植原則、移植思路等進行闡述。其中，在移植工作中著重闡述了在Android平臺下的如何繪制的問題。最后給出運行效果圖。

面對單一平臺下的一個復雜項目，想要在其他平臺環境中實現相同功能時，本文便提供了一種思路。即，盡可能的重用原有代碼，進而增加開發效率，減少成本。

圖4 運行效果示意圖Fig.4 Chart of a running example

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A Development of a GIS Development Platform under Android

QI Bing, CHU Ning, LI Yong-hong
(1. North China Institute of Computing Technology, Beijing 100083, China；2. North China Institute of Computing Technology, Beijing 100083, China)

The GIS application development platform is a complex project involving many aspects. Based on an existing GIS library, which is developed in the Window platform and in C++ language, this paper focuses on how to transplant it to the Android platform, and to provide the Android platform the secondary development interface. Finally, as an example, we give an example using this interface developed by this paper in Android platform.

GIS; Android; Transplant

P208

: A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.02.025

本文著錄格式：齊冰，初寧，李永紅. GIS開發平臺在Android下的一種移植實現[J]. 軟件，2017，38（2）：121-124