CN105608211B - 一种基于arm架构的gis系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种基于ARM架构的GIS系统，包括基础库、ARM设备相关库、ARM可视化库、GIS功能模块和二次开发模块，其中：所述ARM设备相关库包括对几何对象及其属性、投影和基础算法的基础操作，所述基础操作包括I/O操作、字符串操作、时间处理、指针和关键字长度处理；所述ARM可视化库包括基础图元、文字渲染、可视化核心算法和无显示设备的可视化机制；所述GIS功能模块用于基于所述基础库、ARM设备相关库和ARM可视化库实现数据采集和数据处理功能；所述二次开发模块用于为所述GIS功能模块提供功能扩展接口。本申请通过上述技术手段实现了具有低功耗、跨平台、支持复杂数据结构、支持不同运行环境、64位计算等优点的GIS系统。

Description

一种基于ARM架构的GIS系统

技术领域

本申请涉及地理信息系统技术领域，特别地，涉及一种基于ARM架构的GIS系统。

背景技术

随着嵌入式技术、无线通信技术的快速发展，如何在移动环境下提供地理信息系统（GIS，Geography Information System）支持是本技术领域的研究热点，也是GIS面向大众应用的重要发展方向。嵌入式设备具有的移动性为嵌入式GIS的发展提供了良好的支持。通过与全球定位系统（GPS， Global Positioning System）、遥感（RS，Remote Sensing）、通信等相关技术的集成，用户不仅可以随时随地进行GIS数据的实时采集与更新，更重要的是，可以在任何时间、任何地点获得GIS的服务。

另一方面，随着支持精简指令集（RISC，Reduced Instruction Set Computer）的ARM微处理器（Advanced RISC Machine）技术的发展，特别是随着ARM64和多核技术的推出，ARM开始从移动计算进入服务器和桌面计算领域。基于ARM的服务系统可在单个机柜容纳数千个计算核，而功耗只相当于X86（支持CISC指令集的微处理器）的1/3，部署密度和并发能力却提高3倍以上。基于ARM的台式机功耗、体积等也都大幅下降。基于ARM的各种专业设备也正被大量开发，如测绘设备、车载导航、传感系统、物联网关、银行ATM、无人驾驶车、无人机等。

但是，由于GIS系统具有空间数据量大、对数据处理和图形显示要求高等特点，基于ARM架构的设备受硬件条件的限制，难以实现GIS软件的数据管理、制图输出、运算复杂的空间分析等功能。

发明内容

本申请提供一种基于ARM架构的GIS系统，用于解决现有技术无法基于ARM架构实现GIS软件功能的问题。

本申请公开的一种基于ARM架构的GIS系统，包括基础库、ARM设备相关库、ARM可视化库、GIS功能模块和二次开发模块，其中：所述ARM设备相关库包括基于所述基础库、采用RISC指令集实现的对几何对象及其属性、投影和基础算法的基础操作，所述基础操作包括I/O操作、字符串操作、时间处理、指针和关键字长度处理；所述ARM可视化库包括基于所述基础库和ARM设备相关库实现的基础图元、文字渲染、可视化核心算法和无显示设备的可视化机制；所述GIS功能模块用于基于所述基础库、ARM设备相关库和ARM可视化库实现数据采集和数据处理功能，具体包括数据管理子模块、栅格分析子模块、网络分析子模块、空间分析子模块和地图制图与输出子模块，所述数据管理子模块用于实现对空间数据及其属性数据的读取、存储、访问和管理；所述栅格分析子模块用于对栅格型空间数据进行分析；所述网络分析子模块用于对矢量型空间数据进行分析；空间分析子模块用于栅格和矢量数据的空间分析；所述地图制图与输出子模块用于将所述数据管理子模块读入的数据和/或栅格分析子模块、网络分析子模块、空间分析子模块制的分析结果进行制图、输出；所述二次开发模块用于为所述GIS功能模块提供功能扩展接口。

优选的，所述基础库支持ARM架构的操作系统平台和X86架构的操作系统平台。

优选的，所述ARM设备相关库的I/O操作包括识别文件流的头、尾、长度和类型以及对上述处理过程的封装。

优选的，所述ARM设备相关库的字符串操作包括对定长字符组成的字符串的操作，所述字符包括中文编码的字符。

优选的，所述ARM设备相关库的时间处理包括读取并将ARM系统的CPU时钟频率转换为自然时间。

优选的，所述ARM设备相关库的指针和关键字长度处理为根据ARM的型号参数确认指针和关键字长度。

优选的，所述ARM设备相关库的基础算法包括聚类、排序、空间关系；和/或，所述ARM可视化库的可视化核心算法包括位图插值算法、反走样算法。

优选的，所述ARM可视化库的基础图元包括点、线、面、位图和颜色设置；所述基础图元的可视化处理包括为所述基础图元分配位图数据结构的内存空间，并在对应的内存区域进行着色。

优选的，所述基础库、GIS功能模块和二次开发模块及其各子模块均为可以动态加载的插件。

优选的，所述二次开发模块包括可采集多种数据库数据的数据引擎接口。。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请实施例实现了全球首个基于ARM架构的低功耗GIS平台，它直接可运行于ARM架构的嵌入式系统和个人电脑系统、服务器系统，具有低功耗、跨平台、支持复杂数据结构、支持不同运行环境、64位计算等优点，可有效解决现有X86架构（如Windows系统）由于采用复杂指令集（CISC，Complex Instruction Set Computer）而无法实现低功耗GIS系统的问题。

本申请实施例实现的基于ARM的低功耗GIS平台不仅包括传统的iOS和Android上的移动软件SDK，还包括iServer服务器、iDesktop桌面GIS、iObjects组件GIS，以及可运行于树莓派的C++支持库等全系列GIS产品，可以全面支持飞腾等国产CPU和麒麟等国产操作系统，为用户提供卓越的低功耗GIS平台的体验。

附图说明

图1为本申请实施例一种基于ARM架构的GIS系统的结构示意图。

图2为图1所示的GIS系统中GIS功能模块的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

参照图1，示出了本申请实施例一种基于ARM架构的GIS系统的结构示意图，包括基础库10、GIS功能模块20和二次开发模块30，本优选实施例针对不同设备设置有设备相关库和可视化库，具体的，针对ARM架构，设置有ARM设备相关库11和ARM可视化库12。其中：

基础库10在不同设备（如ARM架构和X86架构）、不同操作系统平台（如Windows和Linux）上行为一致，可采用具有跨平台特点的C++语言实现。

ARM设备相关库11可基于RISC指令集并利用基础库10实现对几何对象及其属性、投影和基础算法（如聚类、排序、空间关系等）的基础操作（如I/O操作、字符串操作、时间处理、指针和关键字长度处理等）。

ARM可视化库12可基于基础库10和ARM设备相关库11实现基础图元（如点、线、面、位图和颜色设置等）、文字渲染（包括字体解析）、可视化核心算法（如位图插值算法、反走样算法等）和无显示设备的可视化机制；

GIS功能模块20基于基础库10及其ARM设备相关库11、ARM可视化库12实现数据采集和数据处理功能，本优选实施例的GIS功能模块20具体包括数据管理子模块21、栅格分析子模块22、网络分析子模块23、空间分析子模块24和地图制图与输出子模块25，如图2所示；其中：

数据管理子模块21用于实现对空间数据（栅格数据或矢量数据）及其属性数据的读取、存储、访问和管理；

栅格分析子模块22用于对栅格型空间数据进行分析；

网络分析子模块23用于对矢量型空间数据进行分析；

空间分析子模块24用于栅格和矢量数据的空间分析；

地图制图与输出子模块25用于将数据管理子模块21读入的数据和/或栅格分析子模块22、网络分析子模块23、空间分析子模块制24的分析结果进行制图、输出；

二次开发模块30用于为GIS功能模块20提供功能扩展接口；如，可以为数据管理子模块21提供数据引擎接口，方便接入各种不同的数据库；为栅格分析子模块22、网络分析子模块23和空间分析子模块24提供定制功能，让用户自定义分析方法；为地图制图与输出子模块25添加地图渲染功能，让地图更美观等等。

在具体实施时，本申请的上述ARM设备相关库11在数据IO的方式、字符串、时间、指针和关键字长度等的实现方面，均与X86架构的Windows操作系统平台下的实现方式不同。其中：

对于数据I/O的方式，Windows平台直接调用文件读写接口即可实现， ARM架构下需要判断文件流的头、尾，识别其类型和长度，自行对底层IO接口实现和并实现接口抽象封装，从而使得GIS功能模块或二次开发模块能够通过调用ARM设备相关库11完成文件的I/O操作。

对于字符串，Windows平台直接使用CString类即可完成字符串操作，ARM架构下需要实现定长字符组成的字符串，并解决中文编码的字符串与字母长度不匹配的问题。

对于时间，Windows平台自带自然时间，ARM需要通过读取ARM系统的CPU时钟，并将其转换为自然时间。

对于指针和关键字，Windows平台中指针和关键字长度可自行指定，在ARM架构下，指针及关键字的字节长度不同，需要单独实现32位和64位的长度。

关于本申请ARM可视化库12中基础图元（如点、线、面、位图和颜色设置等）、文字渲染（包括字体解析）、可视化核心算法（如位图插值算法、反走样算法等）和无显示设备的可视化机制的实现方式，也与X86架构的Windows操作系统平台下的实现方式完全不同。其中：

基础图元的可视化实现方式，包括为该基础图元分配位图数据结构的内存空间，并在对应的内存区域进行着色。以生成基础点图元为例，在Windows平台下，可直接调用可视化点的API即可生成；在ARM架构中，针对点的可视化需要单独设计位图数据结构，并根据计算机可视化原理，在对应的内存区域进行着色，才能生成点图元。

本申请实施例中的位图插值算法，是经过设计优化后的算法，使其适用于ARM架构，可以使栅格图元的显示更加清晰。

另外，基于ARM架构的设备可能不带显示设备，因此本申请设计并实现了无显示设备时的可视化机制，这应该是Windows架构下不会遇到的问题。

在进一步的优选实施例中，所述基础库10、ARM设备相关库11、ARM可视化库12、GIS功能模块20和二次开发模块30及其各子模块采用插件动态加载技术实现，使得各个模块可以动态加载，可以根据不同的ARM设备特点以及用户的需求灵活地进行模块增减，对于内存和存储有限的一些ARM设备或者只关注单一GIS功能的应用，其作用是比较明显的。

需要说明的是，上述系统实施例属于优选实施例，所涉及的单元和模块并不一定是本申请所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的一种基于ARM架构的GIS系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种基于ARM架构的GIS系统，其特征在于，包括基础库、ARM设备相关库、ARM可视化库、GIS功能模块和二次开发模块，其中：

所述基础库在不同设备、不同操作系统平台上行为一致；

所述ARM设备相关库包括基于所述基础库、采用RISC指令集实现的对几何对象及其属性、投影和基础算法的基础操作，所述基础操作包括I/O操作、字符串操作、时间处理、指针和关键字长度处理；

所述ARM可视化库包括基于所述基础库和ARM设备相关库实现的基础图元、文字渲染、可视化核心算法和无显示设备的可视化机制；

所述GIS功能模块用于基于所述基础库、ARM设备相关库和ARM可视化库实现数据采集和数据处理功能，具体包括数据管理子模块、栅格分析子模块、网络分析子模块、空间分析子模块和地图制图与输出子模块，所述数据管理子模块用于实现对空间数据及其属性数据的读取、存储、访问和管理；所述栅格分析子模块用于对栅格型空间数据进行分析；所述网络分析子模块用于对矢量型空间数据进行分析；空间分析子模块用于栅格和矢量数据的空间分析；所述地图制图与输出子模块用于将所述数据管理子模块读入的数据和/或栅格分析子模块、网络分析子模块、空间分析子模块制的分析结果进行制图、输出；

所述二次开发模块用于为所述GIS功能模块提供功能扩展接口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础库支持ARM架构的操作系统平台和X86架构的操作系统平台。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM设备相关库的I/O操作包括识别文件流的头、尾、长度和类型以及对上述处理过程的封装。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM设备相关库的字符串操作包括对定长字符组成的字符串的操作，所述字符包括中文编码的字符。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM设备相关库的时间处理包括读取并将ARM系统的CPU时钟频率转换为自然时间。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM设备相关库的指针和关键字长度处理为根据ARM的型号参数确认指针和关键字长度。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM设备相关库的基础算法包括聚类、排序、空间关系；和/或，

所述ARM可视化库的可视化核心算法包括位图插值算法、反走样算法。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ARM可视化库的基础图元包括点、线、面、位图和颜色设置；所述基础图元的可视化处理包括为所述基础图元分配位图数据结构的内存空间，并在对应的内存区域进行着色。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础库、GIS功能模块和二次开发模块及其各子模块均为可以动态加载的插件。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二次开发模块包括可采集多种数据库数据的数据引擎接口。