基于嵌入式ＧＩＳ在智能小區信息系統的設計與實現

摘 要：通過分析近年來信息技術及地理信息系統（GIS）的進展，探討了在嵌入式技術迅速發展的今天，將GIS與嵌入式硬件相結合是一個新興的應用領域，它是原有的GIS領域的分支與延伸，補充與發展。通過對建立智能小區管理信息系統的必要性，介紹嵌入式GIS在智能小區系統的開發原則、實現功能和方法。

關鍵詞：嵌入式地理信息系統;智能小區系統;空間數據;屬性數據

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1001—3695(2007)02—0254—03

1 概述

1.1 研究目的以及主要工作

近年來，我國城鎮住房制度改革不斷深入，房地產熱持續升溫，個人購房已成為絕對主流，相應地涌現出了許多智能住宅小區，同時也帶來了管理上的混亂，借鑒國外先進經驗，推行居住小區物業管理，是解決這一問題的有效途徑[1]。而嵌入式智能小區系統將小區的空間信息和屬性信息結合起來，使小區內的概貌、土地利用、特殊邊界、小區人員、小區公益、小區公共設施等公共設施的詳細情況可以科學地、動態地監控居住小區，集圖、文、表一體化的嵌入式物業管理信息系統。

1.2 研究的意義

1.2.1 住宅智能化與社區建設

住宅建設發展是人類永恒的主題，用新技術提升住宅功能一直是人類的追求。而住宅智能化是近十幾年發展起來的新領域。在經濟發達的西方國家智能住宅發展比較早也比較發達，國外智能住宅概念不僅僅針對住宅的安全、信息網絡和智能服務功能，還涉及住宅生態、環保、節能、新材料和資源再生等，甚至還包括建造新工藝和建筑維護等內容。

目前中國經濟發展舉世矚目，中國的城市化進程不斷加快，這是中國經濟快速發展的必然結果。據世界銀行預測，當一個國家的人均GDP達到800美元時，住宅產業將進入一個快速增長期。我國的人均GDP近年已達800—1 000美元。事實也表明，中國房地產業已進入一個快速增長時期，進入一個類似二戰后歐洲出現的高速增長期。而這個房地產業高潮又恰逢IT技術飛速發展的時代，住宅科技含量越來越高。

由于中國自身地少人多的特點，就形成了一個與國外住宅智能化特點截然不同的全新行業——小區智能化行業。國外的住宅智能化主要針對單體別墅。而在中國，住宅智能化主要在建設大規模住宅小區過程中發展。小區的規模小則幾百戶，大則幾千戶甚至上萬戶，可以與一個國外的小城鎮建設相比。因此，中國的住宅智能化是與城市化進程相結合的，更加突出小區的整體智能化管理和服務，更強調的是公共性、網絡性和社區化，而且具有一定的政府管理色彩。

1.2.2 國內產品現狀與不足

目前，國內智能小區系統集成行業狀況可以用三個基本來描述: ①基本沒有系統集成，全是各種不同類型的產品在拼湊; ②基本沒有成套設備，幾乎沒有統一技術平臺上的產品，缺乏系統集成產品配套供應商; ③基本是小公司在做，現在的系統集成商，大體上由原來的主要進行智能大樓工程的公司轉過來兼作的，如原來進行綜合布線、電視監控工程的公司，還有一些是原來的計算機網絡公司轉過來的，規模都比較小，尚未形成規模經營。幾年來取得國家建筑智能化系統集成資質和單項資質的大約有1 000家左右。但更多的是沒有資質的公司，估計全國不會低于上萬家。由這些公司承攬的小區智能化工程，除了拼湊，別無他法。

盡管國外的大公司一直注意中國這一巨大市場，美國、加拿大、歐洲、日本某些產品也進入了中國，但是由于國外住宅智能化產品都是針對單體住宅的，而且價格都很高，因此尚未在中國形成市場規模，沒有取得預想的市場份額，也不可能指望他們推出適合中國的系統集成產品。

2 系統需求分析及相關研究

嵌入式GIS是運行在嵌入式設備(掌上電腦、PDA、智能手機)上的，它與臺式PC 機不同，嵌入式GIS 基礎內核要小，功能適用，文件存儲量要小。而GIS 空間數據包括圖形數據、拓撲數據、參數數據以及屬性數據等，其數據量非常大，所需存儲空間也應很大。所以，針對嵌入式設備的特點并結合GIS 應用程序的需求要重新設計GIS平臺，所以主要體現在以下幾點。

2.1 選擇適當的嵌入式GIS 數據庫

基于嵌入式移動數據庫的應用可劃分為水平應用和垂直應用。所謂水平應用，是指應用方案能夠用于多種不同行業，只需極少的定制工作；而垂直應用則針對特定行業的應用，數據處理具有獨特性。GIS 系統通過獲取指定地點的地圖信息來指導工作，該系統可以應用到自然資源和環境控制中。所以嵌入式數據庫一般采用水平應用的方式。2.2 盡量減少存儲量

傳統的基于PC 機的GIS 軟件系統對空間數據邏輯存儲結構一般為順序存儲，基本全入內存，而嵌入式GIS 則是依據所建索引，隨機存儲，少部分入內存。具體來說，對于圖形數據而言，盡量用整形坐標數據來代替雙精度型或浮點型數據，以便節約存儲單元，可采用濾點壓縮[2]的方法去掉那些不能對圖形精度的提高有任何貢獻的多余點。對于參數數據和屬性數據而言，可以采用統計的方法，只存儲不同的參數數據和屬性數據，然后建立索引即可。

2.3 設計合理的空間數據管理方式

在設計GIS 應用時，屬性數據可以用數據庫來管理。在嵌入式GIS 中，可以采用面向對象的管理方式來管理空間數據，如圖1所示。

2.4 按需分層調入GIS 數據

通常整幅圖的GIS 數據量是龐大的[3]，在嵌入式GIS 中，只考慮當前需要研究的地圖數據及圖層，其他不予考慮，這樣就可以避免不必要的內存開銷。

2.5 要求系統結構靈活，適應能力強

在軟件的需求分析、設計、編程過程中，必須全面考慮系統的各項需求，使軟件對于不同的需求具有較強的適應能力，可以在不對軟件源代碼進行修改的情況下，通過簡單的配置，適應用戶不同的需求。

2.6 低價高效

考慮到各物業管理公司的經費情況和效益差別較大，因此該軟件的成本必須降低，從設計過程一開始就注意控制成本。這主要體現在軟件開發、運行工具的選擇及對硬件的要求上。

2.7 界面友好，操作簡單

軟件操作必須簡單易學，方便實用，使用戶稍經培訓即可熟練使用。

2.8 其他一些需要注意的問題

(1)選擇合適的算法，尤其在選擇空間分析算法時，盡量減少實體的內存分配空間，如采用數據索引的辦法。可以用網格、四叉樹和R樹及其變種等多種索引方式，后兩者常見。

(2)設計嵌入式GIS 應用程序的用戶界面最好依據具體設備的形狀而設計，可以為用戶提供方便的操作界面，由于嵌入式計算機的屏幕空間很小，而為顯示一幅較滿意的地圖又需一定的屏幕空間，這就需要盡量減少其他界面占用的空間，如標題、菜單、工具欄、狀態欄等。

(3)Windows CE 是基于Unicode 的操作系統，凡是涉及到的文本、字符串、控件等均為Unicode字符串[4]。

2.9 系統應用模式選擇

本系統提供如下兩種應用模式選擇，即離線模式和在線模式[5]。

（1）離線模式。其嵌入式GIS是將GIS數據存放到具有處理和存儲能力的掌上電腦上；通過掌上電腦對GIS數據進行管理、分析、顯示，最終提供地理信息服務。這種體系的GIS功能都是由掌上電腦獨立完成的。因數據存儲在掌上電腦上，其對用戶的操作都能以較快的速度響應。對用戶提供地理信息服務時，可用地圖信息卡的形式直接插入使用。其結構如圖2所示。

（2）在線模式。該模式是在數字移動產品（如智能手機、PDA、掌上電腦等）廣泛普及且功能日益增強、無線網絡傳輸技術日益成熟的條件下，利用網絡的虛擬空間實現移動用戶、空間信息、無線網絡無縫集成，最終使移動用戶可以在任何時間、任何地點，通過任何媒介，得到任何內容的信息，如圖3所示。

3 系統設計與實現

3.1 系統目標

基于嵌入式GIS智能小區物業管理信息系統是以小區地形圖為基礎，對小區內各類信息和服務實現圖、表、文一體化的管理，提高物業管理公司的辦事效率和服務質量，為住戶提供更加快捷方便的服務。

3.2 系統開發環境

硬件包括 IBM高性能PC（P42.4GHz，512MB RAM），IBM 15英寸液晶顯示屏。

軟件開發環境包括Microsoft Visual C++6.0(SP6) 可視化軟件開發環境、Microsoft Embedded Visual C++4.0嵌入式軟件開發環境、Microsoft Windows 2000 Professional操作系統和Windows CE.NET嵌入式操作系統(圖4)。

3.3 數據庫設計實現

數據結構是GIS的基石，數據是GIS的血液，數據庫的建立是實現GIS功能的關鍵所在。本系統采用的數據制作環境包括CorelDraw等DTP圖形設計軟件包、ArcView/MapInfo等桌地理信息系統軟件和Microsoft Access桌面數據庫軟件。 

(1)數據分類。主要分為兩類，即圖形數據和屬性數據。

①圖形數據。采用小區1∶1地形圖，主要包括建筑物、公用設施、道路、綠地、水域等地物分布；小區1∶1各類房屋圖，主要包括樓層分布圖、房屋結構圖以及相關圖片資料。

②屬性數據。它主要包括建筑物以及其他公用設施的屬性信息、住戶信息和車輛管理信息等。

另外在電子地圖的制作過程中，可根據不同的要求建立不同的LOD(細節層次模型)設置，即圖形放得越大，顯示的地圖越詳細；而在地圖縮小時，那些不需要顯示的地物則將不顯示。LOD的實現不僅能使地圖在瀏覽過程中有較高的顯示速度，而且使電子地圖的顯示更具適宜性及美觀性，不至于在顯示全圖時，顯示的是密密麻麻不可分辨的地物。

(2)數據采集與輸入。地形圖可以由物業管理公司提供或者向相關政府行政部門購買；屬性數據主要通過物業管理公司及業主提供，結合實地調查采集。對于圖形資料，可以采用掃描數字化方式處理所需要的格式，主要有兩種方式：用MapInfo直接數字化，或用其他軟件(如AutoCAD或ARC／INFO進行數字化，再轉換成MapInfo格式)；屬性數據通過ADOCE錄入。

(3)數據庫的實現。①圖形數據庫，包括圖層庫、點狀目標庫、線狀目標庫、面狀目標庫和注記庫。此外，系統還設有顏色庫、字體庫、點狀符號庫、線狀符號庫和面狀符號庫用于圖形的顯示。②屬性數據庫，包括居住小區基本信息庫、樓棟信息庫、房間信息庫、住戶信息庫、重要設施信息庫、收費信息庫、維修信息庫和小區服務信息庫八個庫。

3.4 系統特點及設計

智能小區系統將小區的空間信息和屬性信息結合起來，使小區內的詳細情況可以通過電子地圖的方式非常形象地顯示出來。智能小區系統包括空間數據庫、屬性數據庫的建立，空間數據及相關屬性數據的瀏覽、查詢、統計和輸出[6]。其系統結構如圖5所示。

這一子系統是為智能小區物業管理人員設計的，它基本涵蓋了整個物業管理的全部日常業務工作。主要實現如下七大功能模塊，如圖6所示。

（1）系統管理模塊。主要包括：

①對數據進行備份、恢復，以及設置操作口令等[7]。

②對顏色庫、字體庫、點狀符號庫、線狀符號庫、面狀符號庫以及圖層庫進行維護更新操作。

(2)圖形數據管理模塊。該功能用于對圖形數據的各種處理，具體有以下五方面的內容：

①圖形編輯，對圖形數據進行增加、刪除、更新等操作。

②圖形變換，進行圖形的縮放、平移、旋轉、拷貝以及頂點編輯等十多種變換。

③屬性連接，將地圖目標與其相應的屬性連接。

④圖形觀察，對圖形進行任意的放大、縮小、漫游，通過鷹眼功能快速定位所關心的區域以及可控制圖形的顯示內容等。

⑤圖形輸入，可通過外部文件導入，屏幕數字化等手段輸入圖形數據。

(3)屬性數據管理模塊。對住宅小區基本信息庫、樓棟信息庫、樓型信息庫等八個屬性數據庫進行數據錄入、數據查詢、數據修改、數據刪除和數據統計等操作。

(4)圖面形測量模塊，包括對點位、長度、面積的任意量測，以及地圖目標的幾何屬性(如點狀目標的點位，線狀目標的長度、面狀目標的面積等)的查詢。

(5)信息查詢模塊。信息查詢包括以下五方面的內容：

①住宅小區基本情況的查詢。該功能通過文字或者聲音信息來展示小區的總體情況。

②樓棟信息查詢。該功能通過用戶點取所關心的樓棟來獲取該樓棟的有關資料。具體地講，系統可顯示該樓棟的基本情況的文字資料(如樓型、建筑面積、建筑日期等)、四面外觀圖、 套房結構圖以及反映樓內住戶的住房表。當對住房表中的某住戶感興趣時，可點擊該住戶名，則該住戶的資料就會顯示出來。當然，在住房表中也可通過點擊房號，來查詢該住戶水、電、氣的使用量信息。如果用戶所選擇的建筑物是非住宅樓(如辦公樓)，系統則顯示各樓層的布局，且可得到各房間的使用情況資料。

③小區重要設施的查詢。在圖上點取所關心的設施，系統則顯示出該設施的有關資料。

④樓棟定位查詢。用戶輸入樓棟號或輸入住戶姓名，系統則可確定所對應的樓棟位置，并進行閃爍顯示。

⑤設施定位查詢。用戶輸入需查詢的設施編號或名稱，系統則可確定所對應的設施位置，并進行閃爍顯示。

(6)收費管理模塊。主要用來管理物業管理公司對住戶的各項收費。根據抄表記錄、房屋建筑面積及收費標準、收費項目進行自動計算。

(7)系統幫助模塊。主要包括幫助主題和關于系統的信息。

4 結束語

本系統的推廣應用使得信息共享效果增強，數據采集和處理的自動化水平提高，小區的智能化程度提高，給小區管理決策提供科學依據。對于系統的功能還需要隨著時代的發展進一步地增強。

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