TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.1, Jan uary 20 14 , pp. 275 ~   279   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i1.3967            275     Re cei v ed Ma y 23, 201 3; Revi sed Aug 8,  2013; Accept ed Aug 26, 2 013   Resear ch of Embedded GIS Data Man a gemen t   Strategies for Large Capacity      Shi Bei-lei*, Fang Kun, Wu Ke-ming, Ye Li- w ei   Naval U n iv ersit y  of Eng i ne eri n g, W huhan, C h ina, 13 50 717 7 976   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : meimei0 5 2 5 @ qq.com       A b st r a ct   W i th the use of data for embed de d GIS system  conti n u e s to increas e  and the req u i r ement o f   app licati on for  embe dde d GIS system co ntinu e s to i m pr o v e, the qu ad-t r ee in dex  alg o rithms  and  bl o ck  cl a ssi fi ca tio n   da ta  o r ga ni z a ti on  mo de  th a t   are  cu rre ntly us ed to  han dl e l a rge  a m o unts  of data r e flects  a   certain  li mitati o n . Co mb ini ng t he ch aracterist ics of  e m b e d d ed GIS data, t he a u t hors  put  forw ard the  multi- level  data in de xing a nd dyn a m ic d a ta lo adi ng, and re ali z e  the data loa d i ng w hen req u ir ed, and e n h a n c e   the real-ti m e re spons e spe ed, solves  the l i m it ation o n  lar ge  volu me data.      Ke y w ords : Emb e d ded GIS, Multi-lev e l D a ta Indexi ng, Dy na mic D a ta Lo adi ng         Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  With the  dev elopme n t of  mobile te ch n o logy  (m obile  phon es,  digit a l pe rsonal  a ssi stant ) ,   more  and  mo re p eopl e be gin to feel  th e ben efits of  embed ded  G I S technol og y, and be gan  to  use in daily life of embedd ed GIS. Similar to  the desktop GIS, sp atial  data ma nagem ent is  also  suitabl e for th e embe dde GIS system. It is re spo n si b l e for ho w to  orga nize the  data in a file  or  databa se, ho w to mana ge  the memory  spa c whe n   a pro g ra m st arts, an d ho w to improve  the   retrieval  effici ency i n  la rge   amount s of  d a ta. But be ca use  of the  co nstrai nt of te rminal e quipm ent  resou r ces of  the em bedd e d  GIS, the  au thor  also n e e d  to  co nsid er the  app rop r i a te st rategi es to  solve th con t radictio bet wee n  the  limi t ed sto r a ge  a nd a  la rge  a m ount  of dat a, and   satisfy  the   real -time dem and.       2. The Comp arison of  Ch arac teris t ics  for Commo n GIS Data a nd Embedde d GIS Data   2.1. Chara c teristics o f  Common GIS Data   GIS database is the geog raphi cal featu r es  set in  a certain region,  mainly relate d to the  manag eme n t and o r ga nization for the  grap hics a n d  attribute  dat a. For o r din a ry databa se,  GIS  data ha s the followin g  ch aracteri stics:   (1) the GIS d a taba se not o n ly has the at tri bute data of  geographi cal  factor that is  simila r   to co mmon  d a ta ba se,  but  also  ha s la rge n u mb er o f  spatial  d a ta , and  they h a ve in sep a ra ble  conta c t.  (2)  the geo graphi c system   is a compl e giant  system , whi c de scri bes the  re sou r ce  an d   environ ment  with a large  amount of da ta, even if  tiny area, the  application s  are very b r oa d,  su ch a s  geo grap hic  re se arch, enviro n m ental prote c tion, land u s ag e and pl annin g , reso urce  exploitation, ecol ogi cal en vironme n t, munici pal man ageme n t, roa d  con s tru c tio n  and others.  The   cha r a c teri stics mentio ned  above de cid e  when  est abli s h a GIS dat aba se, we  sh ould follo w a nd  use  the g ene ral p r in ciple   and m e thod   of the comm on dat aba se,  on the  othe r hand,  we  m u st  take  som e   speci a l te chni que s a nd m e thods to  solv e spatial  dat a man age me nt that do es  no exist in othe r data. Becau s e of the  obv ious  sp atia l chara c te risti c s of GIS data base, we  call  it  s patial databas e   [1].      2.2. Chara c teristics o f  Embedded GI S Data   With the dev elopme n t of embed ded te chn o logy  an d  GIS technol ogy, the appli c ation of   embed ded  G I S, which i s   the pro d u c of the co mb i nation of the m  ,expand with irre sistib le   momentum of  rapid develo p ment.  Embe dded GIS  data,  whi c h not  only ha s the  cha r a c teri stics of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         ISSN: 2302 -4046          TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  275 – 2 7 9   276 GIS data of large  amou nt of compl e x data, but al so has th e ch ara c teri stics  of itself that the  stora ge  spa c e is sm all an d the cal c ulat ion of retrieva l is simpl e  an d quick. Thi s  lead s to 2 ma jor  contradi ction s  mu st be re solved in  the d e velopme n t of embedde d GIS data:  (1) T he contradictio n of large qua nt ities  of data and small storage  spa c e.   The complex  spa c e data  relative to the traditional  relational d a ta base data, the data  quantity is l a rger, a nd the   data di strib u tion is  mo re u neven. But in  the emb edd ed sy stem, t he  stora ge  sp ace is very p r e c ious,  whi c h  requires mo re  effective  stru cture  an d m o re effe ctive way  to make GIS data sto r ed in  less  spa c e a nd used in smaller me mory.  (2) Th e co n t radictio n bet wee n  embe d ded calcul ation sp eed a nd com p lex  spatial  retrieval d e m and.   GIS query the  databa se  i s  the main re aso n   re late d to spatial po sition  an not  directly  attribute dat a whi c h le d  to the  GIS databa se  i s  much  more  compli cate d  than traditi onal  databa se. Bu t the shorte r,  faster p r oce s re qui reme nts  in emb e d ded system, and embe dd ed  pro c e s sor it self pro c e s sin g  sp eed, let  us m u st u s e  a me cha n ism more flexible than  de sktop   operating sy stem to meet the req u ireme n ts of  embe d ded sy stem. The contra dictions ab ove a r e   the cha r a c teri stics of embe dded GIS dat a [2].  To solve the s e 2 cont radi ctions, 2 a s pe cts can b e  co n s ide r ed:   (1)  Usin g the appropri a te data com p re ssi on technolo g y. The stora ge space of   embed ded d e vice s is far l e ss than the  desktop  co m puter  stora g e  spa c e. Altho ugh the data  can   be sto r ed i n  block o r  can  be do wnlo a ded dyna mi cally throug h the network,  but the effect ive   method for ef ficient com p ression of GIS  data is  the m o st effective and e c on omi c al metho d (2) Th e rea s o nable spatial index and re al -tim e re spo n se. The low proce s sing spe ed and   limited memo ry spa c e of embedd ed pro c e s sor, ma ke s it impossibl e to load large amou nts of  data into  me mory for op e r ation  at the  sam e  time,  To a c hi eve  real -time  re spo n se for d a ta   operational  reque st, the a ppro p ri ate m e thod of  data  index a nd  d a ta organi zati on i s  ne ede d  to   adopt to divid e  the data  fo r re du cing th e amou nt  of read d a ta at o n ce, a nd the n  the amo unt  of  cal c ulatio n to CPU is  red u ced and the el ectri c  po we r is save d.      3. Analy s is o f  the  Data M a nageme nt  Strateg y   3.1. Data M a nagemen t  Strategy  for Embedded GI S Data   For  embe dde d GIS, due to  the limitation  of CP U spee d, battery p o w er, i n tern al  memory   cap a city, external mem o ry  cap a city and  scree n  di spla y quantity, we can not com p letely copy the   data ma nag e m ent ba se on PC i n to e m bedd ed  GIS.  Generally, the metho d   whi c h i s   com b ined  regio n  qua d-t r ee ind e x storag e stru ctu r e with  the spatial data o r gani zatio n  o f  blockin g  an d   layering  is a dopted  for the ma p d a ta . After dividi ng the  ma into blo c k, the g eog rap h i c al  feature s  in the block are  classified on the basi s  of the importa nce, and  the cl assificatio n are  orga nized  by  compl e me nta r y no n-red u n dant m e mo ry  st ru cture, in  this  way, it i s  realized th at t h e   data rea d ing  in the block according to the need of  classificatio n . The geo gra p h ical featu r e s  in   the same  cla ssifi cation a r e store d  into  layers, and  are di splaye d by layers  control. For the   embed ded GI S platform ba sed o n  Win d o ws mobile , data  storage use CEDB  or the combin ation  of EDB with file form [3].    3.2. Data M a nagemen t  O p timization  for Embedde d GIS Platfor m   3.2.1. Shorta ge of Embed d ed GIS Platform for  Data Manag e me nt  The  meth od whi c i s  com b ined re gion quad -tre ind e x storage  structure  with th e sp atial   data organi za tion of blo cki ng an d layeri ng solved th e  cont radi ction  betwe en la rg e ca pa city da ta  and  limite d  storag e spa c e  in  a ce rtain e x tent,  but wit h  its  expan di ng rang e of  appli c ation  a n d   increa sing d e m and of bu si ness , it also  reflect s  certai n limitations [4].  1. Data Inde x and Organi zation:  (1)  The bl ock an d cl assif i cation m e th od an layers control  ma ke s the d a ta  sent to  memory  a s  li ttle as po ssible, but  data  in the  laye are  still  all lo aded  into  me mory. Althou gh   embed ded  G I S applicatio n relate d to  data modifi cation op erati ons, it ra rely  involved in  the   operation fo r all featu r e s   in the laye r.  For l a yers th at had  no  ch ange  or mod i fied very  sm all  amount, there is no ne ed to load all dat a into memory at one time.  (2) Th e incon v enien ce of data exchan ge  to  large GIS softwa r e. Because the data  index  and o r ga nization metho d s a r e u s e d  in different  ways, b e fore exch ange d ,  data must  be  conve r sed int o  the structu r e of  co rrespo nding pl atform at first,  this method hi nd ered th e sharing  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046         Re sea r ch of Em bedded G I S Data Mana gem ent Strategie s  for La rg e Cap a cit y  (S hi Bei-lei)  277 and exchan gi ng of data be tween pl atforms to som e   e x tent, also ca use d  the co n v ersio n  proce s s   too cumb erso me.  2.  Data Storage:  Usin g  CEDB as  the databa se, we impro v ed the efficien cy of  informatio n q uery which i s  irre spe c tive to spat ial dat a. But CEDB as the data b a se in p r a c tical  appli c ation al so refle c ted  some sh ort c o m ings:   (1) Th CEDB dat aba se  doe not  suppo rt th e  PC te rminal  o peratin g. Usually the   attribute data  is written into the file, when the pr o g ra m first run s , it read s the attribute data from  the file to  form databa se. So when the  prog ram i s  first runni ng, it  is usu a lly su spend ed for the  transi ent p r o c ess of buildi n g datab ase [ 5 ]. When  th e  attribute dat a is too la rg e  (more than  5M)   or the datab a s e table h a too many  fields (g re ater th an 12), it ma y lead to failure of co ntribu te   databa se a n d  affect the stable ope ration  of the prog ra m.  (2) T he fussy data que ry an d modify operation lead to l o w efficie n cy.    CEDB  datab ase  supp ort  only inqui ry o f  a si ngle   field, the  sup port for SQL  is  also  very   simple sub s et .       3.2.2.  Optimization o f  Embedded GI S Platform for Data Man a gemen t   The limitation s  of the e m b edde d GIS pl atform  reflect ed in terms  o f  data mana g e ment,  esp e ci ally the operatio n of the large am o unt of  data in  the city pipe netwo rk a nd other ne ede d  is   particula rly obvious. Using  the multi-level data  indexi ng, dynamic  data loadin g  and SQL Mo bile   databa se ca n solve these probl ems v e ry well [6 ].  Optimizin g  in  the data managem ent of the   embed ded GI S platform is  mainly from the followi ng a s pe cts:   1 Usin g Me thod of the Multi-le vel Data Indexi n g  and Dynam ic Data Lo a d ing to   Optim i ze Dat a  Indexi ng an d Orga nizatio n  Mode:    (1) The  multi-level data i n d e xing: The  whole m ap i s  d i vided an stored  a c cordi n g to the   admini s trativ e regio n  as  the unit, and  the index  of map is est ablished to  swit ch bet we en   admini s trativ e regio n s. F o r the bigge r admini s trati v e region, the multi-leve l index can be  establi s h ed to stora ge an d switch. For the data of  single map, the data is org anized by layers.   Thro ugh the  maximum and minim u m display scale ma rk is added in  each layer  head  information, the platform realiz es the controlling of  classifi cation between  la yers ,and data  will   be loa ded  int o  the m e mo ry when  di spl a yed in  th e current scale. Thro ugh  t he method of  m u lti- level data  ind e xing, data  o r gani zatio n  i s  maintain ed  consi s tent  with  GIS softwa r e on  the  PC f o the excha ngi ng and  sha r in g of data with  PC.          Figure 1. Multi-lever in dex of map      (2)  Dynami c   data loadi ng  based on l a yer: the laye p r ocessin g  is u s ed fo r si ngle  map, at  the same ti me, the method of dyna mic data lo a d  is used in  the map loading. Durin g  map  loadin g , only the map laye r index table  is rea d  and  stored in mem o ry perm ane ntly. Only when  queri ed o r  modified, the d a ta is re ad int o  memo ry for corre s po ndin g  operation b y  seeki ng ind e  index of district   dis t ric t  1    d i st rct  2-1   d i st ri ct 2-2  d i st ri ct 2-3  se c o nda r y  inde x of dis t ric t  2    dis t ric t  1    dis t ric t  1   La ye 1   La ye 2   La ye 3   points, lines,  a r ea s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         ISSN: 2302 -4046          TELKOM NIKA  Vol. 12, No . 1, Janua ry 2014:  275 – 2 7 9   278 numbe r of  co rre sp ondi ng l a yer an d feat ure from t he  map laye r ind e x table, and  data is  rele ased  from the me mory after th e operation. it  save more m e mory spa c in this way.   2. Data Modif i cation:  Due to the data dynamic lo adin g  method an d layer proce ssi ng for  singl e m ap, t he d a ta  (in c l uding  the  sp atial data   an d attrib ute d a t a) mo dificati on i s  m ana g ed by  dynamic in de x data table establi s hin g (1) T he mo dification of attribute d a ta a nd  its structu r e: By a unique nu mbe r  of the   feature  (ID), the feature a ttri bute data  index value s  is read fr o m  the layer  index table s   in  memory, a n d  then the  attri bute  stru cture of the fe at u r e i s  read  form file a s  well  as  data dyn a m ic   index table is established.  When modifi cation is  fini shed, the inde x table and its conte n ts a r e   relea s e d , and  the modified data is saved  in the databa se.   (2)  The  modi fication fo r th e sp atial dat a is  simila with attrib ute  data, but d u e  to the   spatial data i s  use d  more  frequently than the attr ibute data. In  orde r to ensure the re al-t ime  respon se, th e MapGIS-E MS platform  is optimi z ed. Thro ugh  the optimizat io n of  operation, not  only the abilit y and efficien cy for Ma pGI S -EMS platform data m a n ageme n t wa s increa sed, b u also the  pro c e ss of d a ta  exchan ge  wa s sim p lif ie d. Before op timization, th e data bet ween   embed ded  e quipme n ts o r  embe dded   equipm ent with PC a r e e x chan ged th rough  switchi ng  platform in th e form of file. After optimizat ion, althoug h data betwe en the emb e dded d e vice  and   PC a r e ex cha nged  still in t he form of file , but  emb edd ed devi c e s   can exchan ge  data di re ctly. By    Usi ng the m u lti-level data i ndexing, dyn a mic d a ta lo ading a nd  store the  attrib ute data thro ugh   the SQLMob ile for map  data, the  efficien cy  co mpari s o n  be fore optimization and a fter   optimization i s   showed in t able 1,  1:5 m illion ma p of  Wuhan  City (after conversi on is 2.2M, 13   layers, 87 47 feature s ) is u s ed:      Table 1. Co m parative Effici ency Before and After Opt i mization   Test methods   Before optimization  After optimization  The SQLmobile is adopted to  replace the origin al CEDB as the  attribute datab ase  A single database cannot be  greater than  5M, the  database table fields cannot   more than 1 2   A single data table cannot  be greate r  than  5 12M, the  database cannot  be greate r   than 4G,  unlimited number  of fields  The SQLmobile database and th same display  me nthod are  adopted to first r un the pro g ram t o   dra w  1:1 m ap in  real-time   w hen  the all lay e rs on   35~38 seconds    18~20 seconds  SQLmobile data base is adopte  to quer y in the m ap  w i th the  condition that High w a y   grade is  arterial road  and  name is luoshilu   1~2 seconds, and not good  at surpporting t h e complex  contition quer y i n g   Less than 1 second, and  good at surpp o rti ng the  complex contition quer y i n g   SQLmobile data base is adopte  to add the ne w field of manager  and to insert def ault value in the  ne w  field in the communal  facilit ies  lay e r(1 145 points)    About 2 seconds  Less than 1 second      4. Summar y   Due to  the  ch ara c teri stics  of embe dde GIS data  itself, resultin g in  the pa rticul ari t y of its  data man age ment, and th ere a r some  limitati ons o n  the data m anag ement o f  embedd ed  GIS  platform u s e d  at pre s e n t, this pap er  pre s ent s the  use of d a ta  cla ssifi catio n  indexing,  data  dynamic l o a d ing a s  well  as the SQ L m obile d a tab a se to o p tim i ze the e m b edde d GIS d a ta   manag eme n t module, the data access efficiency a nd sup p o r t on large volu me data can  be  signifi cantly improve d     Referen ces   [1]    T ang Minan,  W ang  Xi aomi n g, Yuan S h u a n g . Site Se l e ctio n of Mech anic a l Parki ng S y st em Base d o n   GIS w i th  AFRARBMI.  Indones ian Jo urna l of Electrical E ngi neer ing . 2 013;  11(7): 39 35- 39 44.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046         Re sea r ch of Em bedded G I S Data Mana gem ent Strategie s  for La rg e Cap a cit y  (S hi Bei-lei)  279 [2]    F an W en- you ,  Ren Nian- hai, Li u Qin. Research o n  Embed ded  Mobil e  Data b a se  an d Its   Ke y  T e chno lo g y Micro com puter information . Beiji ng. 20 08; 6: 49-51    [3]    Xi e Z h o ng, F e ng Mi ng, Ma C han g-ji e. Inde x St rategies for  Embed de d-GIS Spatia l Dat a   Mana geme n t.   Journ a l of Chi n a Univ ersity of Geoscie n ces . W uhan. 20 06;  9: 653-6 5 8   [4]    Ye Li- w e i Xi e Z hon g. Re search  and I m pleme n tatio n  on Dat a  Mana geme n t Optimizati on o f   Embed de d GIS Platform.  Micro computer i n formatio n . Beiji ng. 200 9; 25:1 38-1 39    [5]    Ying  Li u, Yant ao Z h u, Yuro n g  Li,  Cha o  N i T he Embedd e d  Informati on  Acquis i tion  S ystem of F o rest  Resource.  Indo nesi an Jo urna l of Electrical En gin eeri n g . 20 1 2 ; 10(7): 18 43- 184 8   [6]    Yifeng  W u , Ho ngch ao W a ng.  Appl icati on  of GP RS an d G I S in Bo iler  R e mote Mo nitor i ng S y stem.   T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2012; 1 0 (8): 2 159- 216 8     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.