基于移动GIS的环保生态管理系统

为了得到生态环境的动态变化状况，更加全面的掌握生态系统变化以及动态的变化规律，整体的评价生态环境质量状况，开展对野外监测点生态环境信息的采集工作。定期开展信息采集工作，为后续开发工作提供数据支撑非常必要，在后期生态环境的规划、管理和决策中也发挥了重要作用。

在传统的监测方式中，监测点生态环境信息的采集主要是由外业操作人员完成的。根据监测点采样信息的要求，在纸质表格中，对特定的监测点进行信息记录，等待返回办公室录入数据库，并在地理信息数据库中进行数据整合。传统的作业模式具有耗费时间长、工作量较大、实时性较差、误差较大等缺点，且采集的信息量少，无形中增加了内业和外业的工作量。随着人类科学研究的不断发展，外业数据内容和形式也在慢慢发生变化，并呈现出数量大，复杂性高，多样性的特点。因此，如果野外数据能在采集时就实现数字化，将会使数据采集工作更加方便，基于掌上机的移动地理信息系统是一个很好的补充。伴随着计算机技术的不断发展，移动GIS的应用越来越广泛。移动GIS将移动通信技术、GPS定位技术和GIS技术集成为一体。在野外信息采集方面，移动GIS的应用越来越广泛，已经成为了多种场景下的解决方案。

    本文从监测点生态环境核查信息收集、发送、存储和下载生态信息的基本过程出发，讨论了基于移动GIS的信息服务方案。充分利用互联网的各种优势和特点，来实现生态环境核查信息的快速采集、实时传输和存储服务。

1、系统需求分析

生态环境核查主要的任务是在掌握土地利用分类类型的基础上，及时、准确的获取监测点核查信息，做好监测点信息核查统计工作，对于后续开发利用工作具有重要的价值，对本生态环境核查系统建设的系统需求分析如下。

    1. 1核查任务

    生态环境核查要对土地的利用类型、边界、动态地物和灾害变化等进行核对，并建立相对应的核查任务。核查信息都要记录监测点的经纬度和海拔信息。野外土地利用类型核查信息还要记录该点的地貌类型以及全景景观类型，并对野外定点类型进行判读;全国生态遥感监测土地利用分为两级，一级类型以及二级类型。一级类型分为耕地、工矿、居民用地以及未利用土地等。二级类型又对各种地物进行了更详细的划分。野外土地边界核查信息还要对监测点的东西南北地物类型进行判读。土地利用动态地物核查信息还要记录变化前后的地物类型。土地利用灾害核查信息还要记录灾害变化前后的地物类型。

    1. 2系统功能需求

    目前，野外土地核查信息的采集和监测主要经过以下过程:野外核查信息采集一数据传输与存储一本地浏览核查信息一监测点核查信息展示。因此，系统的主要功能应该包含目标点核对信息采集与存储、本地浏览、目标点信息查看以及登录、注册、地图加载和用户设置等功能。

    1. 3系统数据需求

    生态环境野外核查需要采集的数据类型具有多样性，主要包括定位数据、核查前后地物类型数据、现场图片和时间信息等类型的数据。当前监测点信息采集主要由外业作业人员完成，需要保证信息的准确性，需要更多的野外采集人员参与，使用智能终端完成数据收集，才能够实现快速地收集海量的数据，保证准确实时核查野外生态环境的变化情况。

    1. 4用户类型

    系统有普通用户和管理员2个角色，普通用户可以加载离线地图，并可以加载在线地图，还可以采集土地利用核查信息。管理员可以通过本地浏览，查看土地利用核查信息表，并且可以进行核查任务监管。系统总设计图如图1所示。

2、系统设计

    系统分为服务端和移动端2部分，数据的交互通过4G/WLAN来实现，并使用了XML的数据格式进行传输，从而使采集的平台数据具有一致性。系统的架构为C/S架构，在移动端开发并安装了APP ( Application)软件，该APP主要实现了数据的收集、传送以及浏览等功能，同时还实现了核查任务的实时监管和轨迹跟踪。

    2. 1系统体系结构设计

    本系统以监测点核查信息采集为出发点展开工作，包括数据的采集、存储和查看等功能，如图2所示，分为用户层、表现层、业务逻辑层与数据层。用户层对应着安卓端和iOS端，可以在任何平台上下载软件，使每一部手机都可以实现数据采集的工作，该种工作方式不同于传统的纸质表格采集数据，很大程度上增加了数据获取的数量;表现层对应着移动端的一些具体功能;业务逻辑层提供了服务端和客户端的具体技术和服务支持;数据层包括任务管理信息库、用户信息库和核查信息库。

    2. 2系统功能设计

    2. 2. 1移动端功能设计

    （1）数据采集与核查

    有效的监测点生态环境核查信息需要解释在何时、何地发生了哪些变化。时间可以通过日历来选择，也可以通过系统的默认时间来设置。在空间信息获取方面，提供两种定位方式，一种是在有基站的地方使用手持定位机来获取高精度经纬度信息，并通过蓝牙通信把数据传输到移动端;另一种方式通过移动设备自身内置的GPS功能来实现定位，从而获得当前点的位置信息。在移动设备上实现加载离线地图和在线地图并定位到当前位置，不仅可以节省流量，也可以实现点要素的编辑。在在线地图和离线地图的模式下，用户可以定位当前位置，并可以实现对地图的一些基本操作;在属性信息方面，为了便于得到监测点生态环境核查信息，又将核查信息细分为四类。采集信息之前，数据库中已经存储了所有的地物字段类型。在采集信息时，在移动端实现野外生态环境监测点地貌类型、全景景观类型等信息的录入，需要采集变化之前和变化之后的信息，并通过人为的选择正确或错误来实现信息核查工作。

    （2）数据管理

    数据管理包含信息的封装、存储和传输。移动端包括Android和iOS两大系统，在完成信息采集工作后，通过XML数据模板进行封装。在野外进行信息采集时不可避免的会遇到没有网络的状况，在该种状况下可将采集的信息保存到自动创建的Excel。信息的传输是在有网络的情况下进行的，将采集到的数据封装在数据包中并发送到服务器上。服务器使用Java的数据连接技术将数据写入数据库，并向移动设备返回文本消息。

    2.2.2服务端功能设计

    服务端负责数据的解析和存储工作。在数据存储方面，使用加入了时间要素的核查信息数据库。核查数据库包括四部分，分别是土地利用类型核查、土地利用边界、土地利用动态核查和土地利用灾害核查。时间、经纬度、海拔和地貌类型为公共字段。土地利用类型信息还包括全景景观类型字段。土地利用边界信息还包括南北东西类型字段。土地利用动态核查信息还包括变化前后类型字段。土地利用灾害核查信息还包括灾害前后的类型字段。

3、核心功能实现与测试

    3. 1关键技术

    本系统通过使用Android的四大开发组件，实现了Activity和Fragment, Fragment和Frag-ment之间的通信，完成了系统的搭建。

本系统应用了移动GIS开发的相关技术，其中包含基于位置信息服务的技术、无线通讯技术、移动管理和GPS定位等技术。LBS(Location Based Services)基于位置的信息服务技术的主要目标是使用户不管在什么时间、什么地点都可以得到基于定位服务的位置信息。无线网络将移动用户和有线网络联系起来，同时在移动通信中起到了关键的作用。移动计算技术是资源及时共享的基础。随着互联网技术的发展，移动计算的技术也得以发展。在移动设备方面，出现了手机、笔记本电脑等更方便携带的设备。在网络方面，不仅利用固定网络，还发展了各种无线网络并综合运用两者来传播。移动管理重点是针对今后移动以移动通讯为核心支持的服务而言的，是移动中移动通讯的关键技术之一。

    在界面设计方面，使用了一些在安卓开发过程常用的布局设计和控件，其中控件包括一些自定义控件和第三方控件。在第三方功能扩展方面，通过调用Android地图SDK ( Software Development Kit)来实现与地图相关的操作与功能。

    3. 2地图加载

    移动端数据采集核心功能包括时间、海拔、经纬度和地物类型信息采集。该系统使用了相对比较成熟的ZTMAPGIS for Android/iOS开发包，该开发包提供了丰富的地图加载功能。移动端可以加载离线地图和在线地图，离线地图的制作使用ZTMAPGIS软件来完成。

    在线地图引用了Android地图SDK，通过Android地图SDK来实现地图的加载和定位等功能。开发者可以使用该套SDK来实现An-droid开发中的地图相关功能和操作，使软件的功能更加丰富和多样。首先需要创建百度平台开发者账号，获取应用的密钥，然后在A n-droidStudio进行安装包的配置。加载地图的功能需要以下几步操作，第一步需要配置Android-Manifest. xml文件，将密钥添加进来并添加权限声明。第二步需要在布局文件中增加地图容器Map-View。第三步，地图初始化，建立一个自己定义的Application，在其onCreate方法中完成SDK的初始化，再创建地图Activity来管理MapView生命周期。地图加载的显示效果如图3（a）所示。

    3. 3数据采集与核查

    核查信息数据如全景景观类型的选择可以通过Spinner控件加载对应的景观类型，一般状态下的时间直接读取系统的时间，也可以自己对时间进行编辑。用户可以在登录软件时选择记住密码，下次即登陆可以实现自动登录。系统的操作如图3所示，用户点击任务管理进入如图所示的核查信息采集类型界面，在该界面上选出对应的核查信息种类后，创建对应类型的核查任务，任务创建完成后跳转核查界面填写内容，其中时间和经纬度自动填充。点击照片处加号可拍摄照片或者选择拍好的照片，选好图片后需点击图片修改照片编码，再根据实地信息填写地貌类型、全景景观类型等信息。

采集信息时首先需要选择变化之前的野外定点类型，然后再选择现在的判读类型。通过人工判断该点是否发生变化，判断该点是正确还是错误。点击保存编辑后该采样点核查情况将保存，然后跳转下一个界面重新采集信息。核查信息的采集界面如图3（b）和图3（c）所示。

    3. 4核查任务监管

    3. 4. 1实时监管

    实时监控采用百度的鹰眼轨迹技术，通过应用界面实现轨迹跟踪。在使用鹰眼跟踪服务之前，每个开发者必须先建立自己独有的鹰眼轨迹服务空间，用于存储、访问和管理自己的一批终端和轨迹。实现轨迹追踪功能还需以下几个操作步骤:配置工程，初始化轨迹服务，设置定位和回传周期，初始化监听器，开启轨迹追踪。轨迹查询服务需要设置请求协议，然后才可以查询实时的位置和轨迹。

    3. 4. 2轨迹回放

    实现轨迹回放功能首先需要建立存放经纬度的数组，该经纬度为最新一次采集任务获取的经纬度，将获取到的经纬度增加到数组里边，用获取到的经纬度在地图上添加海量的点，然后将点连接起来，将线画好后，就可以进行轨迹回放以及暂停、销毁、加速等操作。

    3. 5测试结果

    本系统于2017年在海南三亚地区进行了推广试用，通过实地的使用表明，在良好的网络连接情况下，野外数据采集、传输、解析与存储可在2~6 s内完成，更好的满足了数据收集的需求。GPS定位耗时10~15 s。主要原因是第一次打开GPS，需要搜索卫星来定位。离线地图加载非常平稳，几乎没有延迟。初始定位通过GPS定位到当前位置，用户基本上可以通过地图准确的识别出核查信息的采集位置。

4、结束语

    本文设计了基于移动GIS的生态环境核查信息采集系统，应用ZTMAPGIS for Android/iOS开发方法实现本系统的所有功能，系统采用的是基于XML格式的数据传输方式，该种传输方式不仅节省了流量，而且使平台的数据具有一致性，数据从采集到存储在较短时间内即可完成。本系统实现了生态环境核查信息的采集、传输与存储、核查与监管等过程，使生态环境核查信息的采集更加科学，提高了工作的效率。在生态环境监测方面，如何更好的处理和分析收集到的数据，这是今后工作的研究重点。

原文来自：http://www.ztmapinfo.com/blog/index.php/article/192.html