基于Windows Phone平臺的手機校園GIS系統設計方案

郭力娜，崔 展，王曉紅

（河北聯合大學 礦業工程學院，河北 唐山063009）

0 引言

隨著計算機技術的飛速發展、空間技術的日新月異及計算機圖形學理論的日漸完善，GIS技術也日趨成熟，并逐漸被人們認識和接受。然而，當前GIS也處于急劇發展和變化之中，隨著技術的發展和市場的擴張，GIS開始與其他IT應用深度融合，信息技術的每一次進步，都會給GIS帶來巨大影響，如PC之于桌面GIS，互聯網之于 WebGIS等，近幾年來在計算機領域出現的“云計算”更是產生了“云GIS”設計構想［1－2］。“云計算”與GIS的結合也成為GIS領域里令人關注的技術方向之一［3］。

把“云計算”納入GIS領域的第一個應用實例是由ESRI公司開發實現的ArcGIS10，它是第一次將GIS的應用推向了云端［4］?！霸朴嬎恪钡呐d起和云GIS的發展，各類信息化建設也進入了新的發展階段，智慧信息化階段，如智慧城市、智慧校園，其目的就是提供一個更加廣泛、安全、高校和環保的信息化系統。如智慧城市思想領導者IBM公司對智慧校園理念的定義：兩個充分，三化三提高。充分利用教學、科研的先發優勢，充分利用信息及通信技術，從物聯化、集成化、智能化出發，提高教學科研水平，提高學校自身各項管理工作的效率、效果和效益，提高學校影響力，實現教育服務社會的職能，讓智慧校園成為智慧城市的有機的一部分［5］，為廣大師生提供一個全面的智能感知環境和綜合信息服務平臺，提供基于角色的個性化定制服務；同時將基于計算機網絡的信息服務融入學校的各個服務領域，實現互聯和協作；進而通過智能感知環境和綜合信息服務平臺，為學校與外部世界提供一個相互交流和相互感知的接口。智慧校園的發展還離不開一個硬件設備，即移動通訊設備終端，而目前在移動通訊設備不斷更新換代的今天，發展智慧校園的這一硬件基礎已基本具備。

基于上述發展趨勢和新技術，為更好開拓GIS產品，本研究試借鑒利用云計算技術，依托手機智能系統Window Phone平臺，并結合GIS技術，設計手機校園GIS系統，以其為智能校園建設提供一定參考和借鑒。

1 系統總體設計方案

1.1 設計主要內容

本設計預計完成的主要工作包括：（1）設計系統框架（采用WCF數據服務模式）；（2）實現WCF框架下客戶端對服務端數據的訪問及操作；（3）實現手機端與GIS服務器ArcGIS Server10的信息交互。

1.2 系統數據庫設計

本系統數據存放分為兩種：一是屬性數據，二是空間數據。空間數據類型包括地圖中的點、線、面等空間實體的圖形表達。本系統的空間數據比較簡單，主要是通過ArcGIS Desktop 10.0矢量化的校園地圖。屬性數據又分為三種存儲方式：1）保存在網站云端的數據（如校園新聞）；2）保存在手機獨立存儲空間上的數據（如課程信息）；3）來自于Google發布的 Web Service Reference數據（如天氣數據）。

數據庫概念模型的表示方法很多，本系統設計中主要應用的是實體聯系模型（E－R模型），數據庫的表結構見圖1。

1.3 系統框架與功能模塊

本系統主體功能主要包括校園新聞模塊（通過校園新聞模塊用戶可以時時獲得校園里的最新動態）、課程安排模塊（用戶可以使用這個小模塊查看、記錄一周的課程安排信息）、校園地圖模塊（通過地圖讓用戶更直觀地了解校園）、我的日記模塊（用戶隨時隨地能夠記錄自己的學習生活，將數據保存到 WCF遠程數據端）、最近天氣模塊（利用Google API查詢最近五天內的天氣情況）等5個方面。設計的手機校園GIS系統用戶是在校師生，尤其是大一新生，目的是讓大一新生更快地適應新的大學生活。本系統框架結構與功能模塊劃分見圖2。

2 開發環境與關鍵技術

2.1 開發環境

（1）開發環境的搭建。本系統開發需要安裝兩個關鍵開發工具：1）微軟 Windows Phone Developer Tools；2）ArcGIS API for Windows Phone。這兩個工具可以到相應專業網站下載安裝。

（2）開發所用軟件平臺／技術。主要有 Visual Studio 2010旗艦版、ArcGIS Desktop 10，ArcGIS Server 10，ArcGIS API for Windows Phone，SQL Server 2008和 Microsoft Express Blend4。

2.2 關鍵技術

本系統開發用到的主要技術有 Windows Phone［6－7］結構和技術、WCF數據服務框架、XML數據存儲格式、Json數據傳 輸、REST 風 格的 服 務［8－9］。基 于 Windows Phone平臺，以WCF為開發框架，并利用它來提供遠程數據服務，用相應的方法對數據進行增、刪、改、查等操作，同時進一步簡單模擬云端；對于在手機獨立存儲空間中保存的部分數據采用XML格式文件存儲；從其他網站獲得的數據分為XML格式和JSON格式兩種，用到REST（Representational State Transfer表述性狀態轉移）針對網絡應用的設計和開發方式，以降低開發的復雜性，提高系統的可伸縮性［10－15］。

矢量化校園地圖用ArcGIS Server 10進行發布，使用ArcGIS for Windows Phone API進行開發，進而訪問 GIS服務器，瀏覽GIS服務器發布的MapService，RoutingService和GeometryService等服務來進行空間查詢。通過Google發布的天氣預報Web Service訪問其天氣數據，并進行一定的美工將獲得的天氣數據展現在手機上。

數據庫主要通過SQL Server數據庫進行數據建庫和數據存儲，地理信息系統主要采用 ArcGIS API for Windows Phone進行移動端系統開發。

3 系統主要功能的實現

3.1 主界面

根據設置好的布局和模塊劃分，經過UI設計美化后的界面見圖3。其中“校園手機通”為應用程序名稱，“功能表”是本頁的頁標題，其下是利用 Microsoft Express Blend工具制作的6個ImageButton，分別對應系統的6個模塊，用戶進入系統后可以瀏覽和選擇想要的系統功能。

3.2 校園新聞模塊

校園新聞模塊分為兩個頁面，一個是呈現最近日期的新聞標題，該數據通過查詢數據庫可得到，對應數據庫中的NewsTable表；另一個是新聞內容的詳細信息，當用戶點擊新聞標題時導航致該頁面，首先根據所點擊的新聞標題查詢數據庫，然后將返回的新聞詳細信息顯示到第二個頁面中。

3.3 課程安排模塊

考慮到每個人課表的差異性，設計時將該模塊的數據保存到手機程序的獨立存儲空間中。該模塊由兩個頁面組成，一是課程信息瀏覽，可以通過左右滑動切換看到一周的課程安排，該頁的數據是通過讀取手機獨立存儲（手機本地存儲）中的XML文件得到的；二是課程編輯頁面，如果用戶第一次使用該系統，點擊“課程安排”會首先跳轉到這個頁面。

3.4 地圖查詢模塊

本模塊主要是使用 ArcGIS for Windows Phone API進行開發，設計了三種地圖服務，一種是MapService，可以進行地圖的瀏覽和地物屬性信息的查看；一種是Network Analysis服務，能夠進行網絡分析；另外一種是GeometryService，可以提供緩沖區服務。地圖模塊主界面見圖4。

Map控件是 ArcGIS API for Windows Phone最基本的控件，所有能夠看見的與地圖有關的元素都將呈現在這個控件內。但它本身是空的，所以需要給其中添加圖層。主要的圖層類型有：ArcGISTiledMapServiceLayer，它專門并且只能用于加載ArcGIS Server發布的經過切片的緩存地圖服務；與之相對應的有ArcGISDynamicMapServiceLayer，專門并且只能用于加載ArcGIS Server發布的動態地圖服務；ArcGISImageServiceLayer，用于加載 ArcGIS Server發布的影像服務。圖層中的Url屬性是一個地圖服務的REST方式的節點，可通過ArcGIS Server的Service Directory查看。本設計中圖層的詳細信息及關系如圖5所示。

ArcGIS API中，提供了許多Task類，來完成一些常見的GIS功能，如屬性／控件查詢、幾何對象的拓撲處理、特定工作流的地理任務等。它們都是已經封裝好的Task類，使用起來遵循3個步驟：為某個Task設置所需的相應參數；通過Task對象向服務器發送處理請求；接受服務器端返回的結果。按照上面3步可以完成路徑分析功能（見圖6）。查看地物信息功能通過手指點選地物查看地物詳細信息，該功能主要通過數據綁定實現的，即將選擇的地物的Name屬性綁定到InfoWindow的text屬性上顯示（地物查看實現見圖7）。模糊查詢功能通過用戶輸入的查詢關鍵字查詢所要查找的圖層的相關屬性字段的值，將設置好的FindParameters參數通過FindTask發送到服務器端進行分析，將符合條件的地物要素以FindTask對象返回到客戶端，實現界面見圖8。緩沖區查詢就是利用QueryTask的空間查詢功能完成的，實現界面見圖9。

3.5 我的日記模塊

登錄可以使用該模塊，該模塊由5個頁面組成，首先是登錄頁面，有賬號和密碼的用戶可以直接輸入用戶名和密碼登錄，沒有注冊的可以點擊注冊跳轉到注冊頁面，當用戶成功登錄或者成功注冊后就會跳轉到日記列表頁面，該頁面呈現用戶的所有日記，該頁面下有3個按鈕分別為添加日記、返回、幫助。

3.6 最近天氣模塊

該模塊主要通過獲取Google發布的天氣預報Web Service Reference利用Google公布的API來實現的。模塊由四個頁面組成，首先進入的是城市天氣列表頁面，用戶在這個頁面可以看到自己所選擇的所有城市的當日天氣情況，點擊圖片按鈕首先是加載一個Loading頁面，加載完數據以后就會跳轉到所選城市的詳細天氣情況頁面，該頁面會呈現今天天氣的詳細信息和未來四天的天氣情況，在城市天氣列表頁面有編輯城市按鈕，點擊會跳轉到城市編輯頁面，用戶可以在該頁面添加刪除城市。

4 結論與討論

（1）關于開發平臺的選擇。目前手機操作系統眾多，本次設計選擇了Windows Phone為開發平臺，基于以下幾方面的考量：1）微軟的云＋端戰略。Windows Azure是微軟自己的云平臺，拋開其優劣，有一點可以肯定的是，它是微軟重金打造的戰略平臺，在未來數年內會主導微軟其他產品的發展方向，微軟會不遺余力的推廣它。2）Windows Phone上有兩種開發架構，Silverlight和XNA。Silverlight和 WPF是微軟下一代的開發技術，而XNA是微軟XBOX平臺上的游戲開發技術?？梢?，不論是Silverlight程序還是XNA的程序，基本上拿來就可在 Windows Phone上運行，效果不打折扣，這得益于微軟統一的平臺策略。對于熟悉Silverlight或WPF的開發者來說，Windows Phone的開發門檻幾乎為零。

（2）關于開發移動GIS產品。GIS技術固然有其獨特的理論基礎，但GIS的實際應用離不開IT技術，GIS應用的發展更離不開主流IT技術的發展。GIS技術的應用，從C／S到B／S，從SOAP到REST，從SOA到云，都印證了一說法。從臺式機到筆記本，從上網本到平板電腦和遍地開花的智能手機，移動不僅是IT技術的發展趨勢之一，也是所有硬件的發展趨勢。

云計算的興起和云GIS的產生將服務端和客戶端這種開發模式推向了新的高潮，而隨著智能手機和平板電腦的普及都預示著移動不僅是硬件的發展趨勢更是IT的發展趨勢，而且手機隨身攜帶方便，隨著智能手機的手機系統功能越來越強大，手機CPU的處里能力越來越強，手機已成了人們生活中不可缺少的一部分。因此以智能手機為移動端的GIS開發將會是未來GIS發展的主要趨勢之一。

（3）關于本產品設計。本系統是基于現在比較流行的Windows Phone手機操作，以智慧校園為背景，設計的手機校園GIS系統，雖然系統的功能相對簡單，但卻是一次對未來智慧校園移動端很有意義的實踐，對智慧校園乃至智慧城市移動端開發也是一次有意義的探索。但本設計產品畢竟只是一個移動終端，還是需要依靠強大的服務端，如果學校有比較完備的關于學校設施的GIS數據庫，就可以利用移動終端開發出很多實用的功能，方便師生的學習生活。

［1］宋關福.云計算時代的 GIS技術發展漫談［EB／OL］.http：／／www.supermap.com.cn／sup／xwtxpage.asp？orderID＝420，2011－9－6.

［2］李少丹.“云 GIS”的發展趨勢分析［D］.重慶：西南大學，2011.

［3］ArcGIS云計算專題上線［EB／OL］.http：／／www.esrichina－bj.cn／2011／1222／1623.html，2011－12－22.

［4］云計算及其在GIS中的發展［EB／OL］.http：／／wenku.baidu.com／view／6331eac5bb4cf7ec4afed001.html，2011－12－22.

［5］程艷旗.浙江大學智慧型校園建設探索［EB／OL］.http：／／www.edu.cn／html／info／c／cloud.shtml，2010－12－2.

［6］Windows Phone［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／2708518.htm，2012－5－23.

［7］RIA［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／706341.htm，2012－3－28.

［8］WCF［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／1140438.htm，2012－4－9.

［9］WCF Web HTTP編程模型概述［EB／OL］.http：／／msdn.microsoft.com／library／bb412172.aspx

［10］REST［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／1077487.htm，2012－4－10.

［11］面向服務架構［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／6545280.htm，2012－5－14.

［12］開放數據協議 OData［EB／OL］.http：／／www.oschina.net／p／odata，2011－6－21.

［13］OData［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／3358034.htm，2010－3－22.

［14］JSON［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／136475.htm，2012－5－30.

［15］可擴展標記語言［EB／OL］.http：／／baike.baidu.com／view／63.htm，2012－5－23.