基于ARM的智能电子导游系统的研发本科毕业设计.docx
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基于ARM的智能电子导游系统的研发本科毕业设计
基于ARM的智能电子导游系统的研发_本科毕业设计
毕业设计论文开题报告
课题名称:
基于ARM的智能电子导游系统的研发?
嵌入式GIS及路径优化模块设计
学生姓名:
学号:
指导教师:
报告日期:
1.本课题所涉及的问题及应用现状综述
随着全球化进程的加速和我国产业结构的逐步升级,旅游业的发展正面临着前所未有的机遇,已成为经济发展中势头最强劲,规模最大的产业之一,在2020年我国将成为世界上最大的国际旅游目的地,旅游业在拉动内需,刺激消费,推动城市化建设进程,推进文化建设中发挥着日益重要的作用。
然而,旅游业管理水平落后,服务不周到,信息获取难等问题导致许多旅客的不满和抱怨。
很多旅客不愿意跟旅游团,喜欢独自旅游,但对景区景点不熟悉,经常出现迷失方向,景点游玩不全等不称心之事。
现有的旅游服务模式有诸多弊端,该如何解决呢?
虽然近几年计算机网络迅速发展,游客可以在Internet网获得很多旅游信息,但是,一旦踏上旅途脱离电脑,景点信息就难以获得。
随着科学技术的发展,出现了地理信息系统GeographicInformationSystem,简称GIS,它为人们提供了空间地理信息。
它能把图形管理系统和数据管理系统有机的结合起来,提供空间数据和属性数据。
但是,现有的GIS大部分都装在PC上,并不能给旅游带来多大帮助。
随着计算机嵌入式系统的发展,人们已经能把GIS移植到嵌入式系统中,使游客旅途中携带移动电子导游系统成为可能。
鉴于此,我国现急需发展相关技术,来更新旅游服务概念,完善旅游服务体系,促进旅游业的更大发展。
所以研究嵌入式电子导游系统不仅给游客带来极大方便,而且也为将来技术发展做铺垫,具有极大的市场潜力和发展前景。
2.本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析
关键问题及解决思路:
1.完成嵌入式GIS开发
1）研究MapInfo的图层文件数据格式分析
2）实现嵌入式GIS的景区地图数字化
2.实现路径规划算法
1）研究旅行商算法（TSP）
2实现景点地区的路径规划算法
预期目标的可行性分析:
1.景点查询及介绍。
本系统的一大特色就是具有文字,图片,声音,视频图文并茂的景点介绍方式,游客只要有此系统,就能身临其境的感觉游玩景点的乐趣。
景点分类,按多级菜单查询,选择景点后,此景点会移到屏幕正中心然后闪烁,最后变成红色。
2.图层操作。
系统提供全景,放大,缩小,漫游等图层操作,也可添加或删除各类图层,显示游客关心的地理信息。
3.距离测量。
系统能计算任意两点间距离,折线之间距离,给游客提供距离信息。
4.景区路径规划。
计算出游客在景区游玩所有景点所需的最佳路径。
3.完成本课题的工作方案
3月20日至3月26日查阅资料依据任务书,了解嵌入式GIS在国内外的发展现状,明确实习要求,对涉及内容进行学习,提交开题报告。
3月27日至4月10日复习C,C++编程语言,做知识储备。
4月11日至4月28日开发嵌入式GIS模块。
4月29日至5月16日开发路径规划模块,测试系统。
5月17日至5月27日列出论文大纲,准备论文。
5月27日至5月31日论文定稿,按要求装订、提交论文。
6月1日至6月10日准备答辩。
4.指导教师审阅意见
开题报告对基于ARM的智能电子导游系统的研究发展背景、现状和技术都做了基本介绍和了解;研究的基本内容以任务书为依据、研究的主要问题和方向明确;研究方法可行,其研究工作的步骤、进度安排合理,同意开题。
在毕设的过程中,需要重点掌握Mapinfo软件和VC++软件,编程工作量较大,要注意嵌入式GIS模块为论文的重点和难点,毕设过程中要合理安排时间。
指导教师签字:
2011年3月4日
说明:
本报告必须由承担毕业论文设计课题任务的学生在毕业论文设计正式开始的第1周周五之前独立撰写完成,并交指导教师审阅。
西安邮电学院毕业设计论文成绩评定表
学生姓名性别学号专业班级
课题名称基于ARM的智能电子导游系统的研发?
?
嵌入式GIS及路径优化模块设计课题
类型难度
毕业设计（论文）时间2011年1月3日~6月10日指导教师职称讲师
课题任务
完成情况论文19,461千字;设计、计算说明书0千字;图纸0张;
其它含附件:
无
指导教师意见
分项得分:
开题调研论证分;课题质量（论文内容）分;创新分;
论文撰写（规范）分;学习态度分;外文翻译分
指导教师审阅成绩:
指导教师签字:
2011年月日
评
阅
教
师
意见
分项得分:
选题分;开题调研论证分;课题质量（论文内容）分;创新分;
论文撰写（规范）分;外文翻译分
评阅成绩:
评阅教师签字:
2011年月日
验
收
小
组
意
见
分项得分:
准备情况分;毕业设计（论文）质量分;（操作）回答问题分
验收成绩:
验收教师组长签字:
2011年月日
答
辩
小组
意
见
分项得分:
准备情况分;陈述情况分;回答问题分;仪表分
答辩成绩:
答辩小组组长签字:
2011年月日
成绩计算方法
填写本系实用比例指导教师成绩20%评阅成绩30%验收成绩30%答辩成绩20%
学生实得成绩百分制指导教师成绩评阅成绩验收成绩答辩成绩总评
答
辩
委
员
会
意
见
毕业论文设计总评成绩等级:
院系答辩委员会主任签字:
院系签章
2011年月日
备
注
西安邮电学院毕业论文设计成绩评定表续表
摘要I
ABSTRACTII
引言1
1绪论2
1.1国内外研究现状及发展趋势2
1.1.1智能电子导游系统发展现状2
1.1.2智能电子导游技术发展现状3
1.2论文研究内容6
1.3本文的创新点6
2电子导游系统的设计7
2.1电子导游系统的结构设计及各模块功能7
2.1.1硬件模块7
2.1.2嵌入式Linux模块8
2.1.3嵌入式GIS模块8
2.1.4路径规划模块8
2.1.5地图数据模块8
2.1.6景点查询与介绍模块8
2.2嵌入式Linux介绍与分析8
2.3嵌入式图形界面9
3智能电子导游系统的软件研究与实现10
3.1地理信息数据10
3.1.1获得景区栅格地图10
3.1.2栅格地图矢量化11
3.1.3芙蓉园景区图层数据输出13
3.2嵌入式GIS模块的实现14
3.2.1MapInfo图层文件数据格式分析14
3.2.2嵌入式GIS数据结构建立16
3.2.3GIS基本功能实现23
3.2.4嵌入式GIS图形界面实现各效果图24
3.3景区路径优化模块实现30
3.3.1景区路径分析30
3.3.2算法思想31
3.3.3景区路径规划解决方案31
3.3.4景区路径规划实现32
4结论40
致谢41
参考文献42
摘要
将嵌入式技术和GIS、最佳路径规划算法相结合构成的智能电子导游系统,在我国的旅游产业中扮演着重要的角色,是我国信息化建设的一个重要的组成部分。
该系统能给游客提供各种景点的精确定位信息、最佳导游路线图信息以及旅游景点大致概况信息。
为了实现此目的,本论文研究以2410ARM开发板为底层硬件,在Linux嵌入式操作系统的软件平台上,利用QT/EmbeddedGUI作为图形界面,对Maplnfo文件格式进行转换,开发具有自主知识产权的嵌入式GIS及路径规划系统。
通过C/C++编程开发嵌入式GIS模块和电子导游应用软件模块,最终将软硬件相结合,使电子地图显示在触摸屏上,从而实现了景点信息的查询和介绍、景区最佳路径规划、距离测量、地图放缩漫游等功能。
本论文要研究的问题有:
第一:
研究在MapInfo软件下对景区地图进行栅格化。
第二:
在自由软件Linux平台下研究和开发嵌入式GIS模块。
第三:
基于遗传算法,开发了针对景区的路径规划模块。
最后,将研究成果应用于西安大唐芙蓉园景区,实现了如下功能:
图层操作,地图漫游、放大缩小,景点数据库的查询、景点信息的介绍,景区最佳路径规划,距离测量功能。
实际应用效果和测试证明了该系统的有效性。
关键字:
电子导游定位系统;MapInfo软件;嵌入式GIS;最佳路径规划
ABSTRACT
Theintelligentelectronicguidesystem,composingoftheembeddedtechnologyandGISandcombiningthebestpathplanningalgorithm,playsanimportantroleinourcountry'stourismindustryandisanimportantroleininformationconstructioninChina.Thesystemprovidesavarietyoftouristattractions'preciselocationinformation,thebestroadmapguidegeneraloverviewinformationandtouristattractionsinformation.
Toachievethispurpose,Thisstudytakesthe2410ARMdevelopmentboardfortheunderlyinghardware,IntheLinuxembeddedoperatingsystemsoftwareplatform,usingQT/EmbeddedGUIasthegraphicalinterface,convertingtheMapInfofileformats.DevelopourownintellectualpropertyembeddedGISandpathplanningsystem.ThroughtheC/C++ProgrammingembeddedGISmoduleapplicationsoftwaremodulesandelectronicguides,combinationsoftwareandhardwarewilleventually,makingelectronicmapdisplayedonthetouchscreen,enablingthequeryandthepresentationofinformationsites,scenicbestpathplanning,distanceMeasurement,mapzoomroamingcapabilitiesThispapertostudytheissues:
ThefirststudyareaundertheMapInfosoftwarerastermaps.ThesecondinthefreesoftwareresearchanddevelopmentundertheLinuxplatform,embeddedGISmodule.Thethirddevelopmentofthegeneticalgorithmbasedpathplanningmoduleforthearea.Finally,theresearchresultsofXi'anTangParadisearea,toachievethefollowingfunctions:
layeroperations,roamingthemap,zoom,attractionsdatabasequeries,informationpresentationattractions,scenicoptimalpathplanning,distancemeasurementfunction.Practicalapplicationandtestedtheeffectivenessofthesystem.
Keywords:
ElectronicPositioningSystemguide;MapInfoSoftware;embeddedGIS;Optimalpathplanning
引言
随着全球经济的复苏,据报道2010旅游业已成为我国经济的又一主要增长点,作为一个大国,中国拥有着丰富的自然资源,和多元文化,强烈的吸引着国外游客的好奇心。
旅游业已居我国第三大产业之首。
被称作旅游界奥林匹克盛会的世界旅游旅行产业大会于去年闭幕。
大会期间,国家旅游局宣布鼓励国际资本进入中国旅游装备制造业、旅游传媒业和旅游教育培训业。
近两三年我国举办了多次国际盛会,先是零八年的北京奥运会,后是上海世博会,智能导游系统的应用已经显示出其极大地优越性,它不但环保而且更方便外国游客使用。
但是,旅游业管理水平还不够健全,很多游客喜欢独自旅游,又对景区景点不熟悉,经常会出现迷失方向、景点游玩不全等种种不称心之事。
尽管,这几年互联网迅速普及,游客可以在网上获得众多旅游信息,但是,一旦踏上旅程,脱离网络,景点信息就很难获得。
这些问题阻碍了我国成为旅游业大国的发展进程。
随着科学技术的发展,地理信息系统GeographicInformationSystem,简称GIS逐渐出现在人们的生活中,它为人们提供了丰富的空间地理信息。
它能把图形管理系统和数据管理系统有机地结合起来,提供空间数据和属性数据。
但是,现有的地理信息系统大部分都安装在PC机上,并不能给旅途中的游客带来多大的帮助。
随着计算机嵌入式系统的发展,人们已经能把地理信息系统移植到嵌入式系统中,使游客在旅途中携带移动式电子导游系统成为可能。
综上所述,开发嵌入式GIS的导游系统具有深远的意义,其具体表现为:
游客通过导游系统自助旅游,提升了旅游的品质。
导游系统为游客提供相应景点的信息,让游客迅速了解该景点的详细情况。
这种导游系统促进了自助式旅游的发展,增加了游客数量,带来巨大经济效益。
1绪论
1.1国内外研究现状及发展趋势
1.1.1智能电子导游系统发展现状
目前,发达国家大都使用讲解器,一种非导游讲解的便携式装置。
在博物馆等室内展馆,基本上取消了导游讲解。
游客进展馆后,自己拿讲解器听讲解,使用完毕自觉放回原处,以便供下位游客继续使用。
所以国外的博物馆很安静,基本没有人为的杂音。
此外,一家美国马萨诸塞州的公司还发明了一种便携式电子导游器,它储存了35000项数据资料,其中包括美国大陆主要高速公路在内。
游人只需提供目的地的里程和方向,便可制定出旅游计划。
旅途中,游人只需输入所在州名、高速公路、方向及最近的里程碑,便可获得加油站、餐馆、医院、旅游景点等信息。
除此之外,它还可以提供地方高速公路交警的电话号码,当地旅游公司、天气、汽车旅馆以及俱乐部等有关情况。
这种电子导游器起到了电子地图和指引路线的作用,因此,只要手持电子导游器,游人就不会迷路。
在美国、英国、法国、加拿大等国的一些旅游城市都有出租电子导游器。
这种电子导游外形与普通的掌上电脑十分相似,在开车经过相关的景点的时候,这款电子导游就会播放一段该景点的语音介绍,讲述景点相关的历史和故事。
此电子导游还能提示游客如何行车到达目的地、前方有什么景点、餐馆或者酒店。
电子导游系统己经是一些发达国家发展旅游业的一大热点,在英国,旅游产业及支持它的公共和私营部门组织设定了5个主要的工作领域,而市场推广与电子旅游被列为这些优先项目之首。
在我国,电子导游还是个新生事物,2000年首先在广西桂林漓江出现,但是国内的应用主要还停留在数码按键播放机和触摸式视频讲解系统上,前者大部分旅游景点采用的是数码按键播放机,在景点按一下相应的键,就可以听到导游词;后者使用的电子导游机,游客通过触摸屏幕上的按钮,能得到景区景点、娱乐购物、交通出行等各方面的咨询服务。
真正的电子导游应有智能性,一是智能引导功能,比如电子地图功能和语音导引路线功能;二是自动讲解功能,比如确定游客的具体位置,准确的介绍景点。
智能电子导游系统于2005年在天坛公园首次使用。
目前我国生产和开发电子导游的企业不到十家,启东市远卓电脑工程有限公司开发的电子导游无线讲解系统已被联合国第二十八届世界遗产委员会会议指定为专用导讲设备。
1.1.2智能电子导游技术发展现状
在电子导游中,主要是利用了嵌入式技术和嵌入式GIS技术。
以下先对GIS技术进行介绍,随后介绍嵌入式技术和嵌入式GIS技术。
a.什么是GIS
地理信息是指表征地理系统诸要素的数量,质量,分布特征,相互联系和变化规律的数字,文字,图像和图形等得总称。
地理信息属于空间信息,其位置的识别是与数据联系在一起的,这是地理信息区别于其他类型信息的显著标志。
地理信息系统（GeographicInformationSystem,GIS）是以采集,存储,管理,描述,分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统。
它是以地理空间数据库为基础,在计算机硬,软件环境的支持下,对空间相关数据进行采集,管理,分析,操作,模拟和显示,并采用地理模型分析方法。
适时提供理多种空间和动态的地理信息,为地理研究、综合评价、管理、定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。
b.地理信息系统的构成
一般说来,一个完整的地理信息系统通常由4个部分组成,即计算机硬件环境、软件环境、地理空间数据、系统维护和使用人员。
硬件环境:
主机外部设备和网络组成,存储、处理和显示空间数据。
软件环境:
软件环境由数据库软件、系统管理软件和基础GIS软件组成,用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理、处理、分析、建模和输出等操作。
地理空间数据:
由数据库实体和数据库管理系统组成,用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等操作。
有空间数据和非空间的属性数据两大类型。
系统管理和操作人员:
GIS不同于一幅地图,而是一个动态的地理模型。
仅有系统软、硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统,还需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发。
c.地理信息系统的功能
由计算机技术和空间数据相结合而产生的GIS,它的基本功能是数据的采集、管理、处理、分析和输出。
总结起来,GIS主要有以下3个方面的功能:
（1）具有空间性和动态性,有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力。
（2）计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征,因而使得地理信息系统能够快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。
（3）由计算机系统支持进行空间地理数据管理,并由计算机程序模拟常规的分析方法,作用于空间数据,产生有用信息,完成人类难以完成的任务。
d.嵌入式系统发展现状及趋势
嵌入式系统EmbeddedSystem是指用于执行独立功能的专用计算机系统,软硬件可裁剪,适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格的要求的专用计算机。
嵌入式系统的发展至今数十年,纵观嵌入式技术的发展过程,大致经历四个阶段。
第一阶段是以单芯片为核心的可编程控制器形式的系统,同时具有与监测、伺服、指示设备相配合的功能。
第二阶段是以嵌入式CPU为基础、以简单操作系统为核心的嵌入式系统。
第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。
第四阶段是以基于Internet为标志的嵌入式系统,这是一个正在蓬勃发展的阶段。
目前大多数嵌入式系统还孤立于Internet之外,但随着Internet的发展以及Internet技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切,嵌入式设备与Internet的结合将代表着嵌入式技术的真正未来。
市场需求是嵌入式系统产业化发展的巨大推动力。
随着计算机软件和集成电路技术的发展,嵌入式系统产品日益完善,在我国仅嵌入式软件产品就达到600多亿元。
嵌入式技术与Internet技术的结合正在推动着嵌入式技术的飞速发展,嵌入式系统的研究和应用发生了显著的变化。
精简系统内核,优化关键算法,降低功耗和软硬件成本,提供更加友好的多媒体人机交互界面和网络互联成为嵌入式系统发展的必然趋势。
e.嵌入式GIS发展现状及国内研究状态
嵌入式GIS是GIS与嵌入式设备集成的产物,是GIS的一个新兴应用领域。
典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。
嵌入式GIS的应用领域非常广泛,可以应用到智能交通、信息家电、工业控制、环境工程、军事国防、野外数据采集、智能汽车和个人用户等有关国计民生的各个领域,给人们的生产生活带来极大的便利。
进入20世纪90年代,随着互联网Internet技术的发展,地理信息系统和互联网的结合产生了互联网地理信息系统,InternetGIS改变了对空间信息的获取、共享、发布、分析的手段与方式。
它是一种在互联网上运行的地理信息系统,也可以说是一种基于Web的地理信息系统。
它不仅为全球用户提供分布式地理信息数据,而且还提供分布式地理信息处理与分析的工具。
InternetGIS利用优越的网络向用户提供超媒体、交互式、分布式的空间信息,显现出传统GIS所不具备的优势。
掌上电脑的便携性及移动性,为嵌入式GIS提供了良好的支持。
随着掌上电脑的嵌入式信息设备的发展与广泛使用,人们希望能够在移动环境中获得实时的地理信息,尤其是与当前地理位置相关的空间信息。
因而基于移动的嵌入式GIS成为GIS研究的重要应用领域,掌上电脑的嵌入式GIS也是国内外研究的热点之一。
它通过手机或PDA等嵌入式设备结合GPS定位向个人提供随时随地的位置服务,不但可以知道用户的具体位置,还可以随时查询附近的属性信息,因此嵌入式GIS可以给人们的日常生活和专业应用带来很大的便利,有着巨大的市场潜力。
在国际GIS行业,MapInfo,AutoDesk,ESRI和Intergraph四大公司站在MobileGIS技术的前沿。
其基本功能分述如下:
著名的桌面GIS厂商,美国MapInfo公司推出的MapInfoProfessional是目前世界上较为完备、功能强大、全面而直观的桌面地图信息系统,为在Client/Server环境下解决问题提供了一种全新的方案;ESRI提供了ArcGIS软件产品ArCPadoArcGIS是全套商业解决方案;Autodesk公司提供了AutodeskOnSite的“移动访问”模块。
这是移动的企业级解决方案,包括软件、应用设计、开发服务、维护、培训和技术支持;Intergraph也建立自己的移动GIS解决方案IntelliWhereaIntelliWhere功能着重于无线通信和LBS的工业应用。
在国内嵌入式GIS产品目前也发展迅速,一方面是国内的嵌入式软件开发也已起步,另方面是由于硬件技术的发展和成熟,如:
北京灵图软件技术有限公司推出的在移动信息设备上提供地理信息以及位置信息服务的SmartInHand软件产品;北京超图开发出地理信息系统开发平台eSuperMapa;北京中遥地网信息技术有限公司的GeoB
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