基于Windows Phone的野外數據采集系統的設計與實現
——以土壤調查為例

曾群，林熙，張建，田禮喬

(1.華中師范大學學報編輯部，湖北武漢 430079； 2.華中師范大學城市與環境科學學院，湖北武漢 430079；

基于Windows Phone的野外數據采集系統的設計與實現
——以土壤調查為例

曾群1，2?，林熙3，張建3，田禮喬4

(1.華中師范大學學報編輯部，湖北武漢 430079； 2.華中師范大學城市與環境科學學院，湖北武漢 430079；

3.華中農業大學資源與環境學院，湖北武漢 430070； 4.武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北武漢 430079)

野外數據采集是自然資源調查的重要組成部分。隨著新興技術的發展，野外數據采集已經擺脫了傳統的手工采集模式，但由于平臺的局限性，其發展受到限制。本文以目前最新的智能移動系統Windows Phone為平臺，并以土壤數據采集為例，設計和開發了野外數據采集系統，探索了新移動平臺的性能，為以后野外數據采集系統提供了新的設計思路。

野外數據采集；Windows Phone；移動GIS

1 引 言

目前野外自然資源采集方式的研究一般集中于基于移動GIS的數據采集系統，移動GIS平臺主要為便攜機和掌上機兩種。便攜機受制于野外工作環境，地形條件、氣候條件、室外光線的影響顯著，且便攜機耗電量大，不利于野外長期工作[1]。而大多數掌上機的數據采集系統是基于Windows Mobile平臺，Windows Mobile在市場上并沒有得到普及，特別是新繼任者Windows Phone出現后，Windows Mobile系列基本退出手機系統市場。因此目前急需一種基于先進移動系統平臺的數據采集系統，才能更好地適用、服務于數據采集工作。Windows Phone系統平臺的應運而生滿足了野外數據采集系統的需求。

在另一方面湯仁鋒等學者在測土配方施肥的外業數據采集中，提出了基于移動GIS的土樣采樣系統[2]。周園春等學者分析了當前野外科考數據采集系統的現狀和存在的問題，指出基于PDA的野外科考數據采集系統是解決野外科考數據采集瓶頸的有效途徑[3]。這些都為基于新型移動系統的野外數據采集系統的實現提供了技術支持。

2 系統介紹

本系統采用微軟新一代智能手機操作系統平臺，其硬件環境統一，操作體驗好，作為新一代智能操作系統，其發展極為迅速，市場覆蓋面不斷擴大，用戶群體也迅速增長。同時，該系統將手機移動計算的優點和3S技術對位置的采集、管理的優勢相結合，一方面使基于位置的野外空間數據采集不受時空限制，實現數據實時采集、保存和查詢，使整個數據采集流程融為一體；另一方面，該移動GIS完全采用電子化作業，減輕了掃描數字化的分辨率和矢量化的精度等諸多方面因素的影響，提高了GIS空間數據的質量與可用性。從而提高了土壤數據采集的精度和效率。

本系統采用B/S架構，應用ArcGIS for Windows Phone API為類庫，在Visual Studio 2010平臺上運用Windows Phone模擬器進行模擬開發。在數據存儲方面，采用Microsoft SQL Server Compact Edition(SQL CE)對照片文件進行本地存儲，而對于空間信息則記錄在服務器端的要素圖層上。即保證了重要采集信息的安全性，也減少了信息傳輸的數據量。

3 系統設計

3.1 架構設計

本系統采用4層架構，分別為應用層、邏輯層、數據訪問層和數據層，支持多客戶端同時訪問數據庫，系統結構框架圖如圖1所示。

3.2 功能設計

根據用戶野外土壤數據采集的需求，本系統包含4大主要功能模塊:地圖瀏覽、數據采集、數據查詢、GPS定位、路徑導航。其中，地圖瀏覽模塊用于對地圖進行基本操作；數據采集模塊主要用來完成土壤剖面數據的采集和土地利用現狀數據采集等功能；數據查詢模塊中用戶可以根據查詢條件，查詢所采集的數據信息；GPS定位模塊調用手機GPS的功能，實時獲取用戶所在位置，并能瀏覽在線地圖。系統功能結構如圖2所示。

圖1 系統架構設計圖

圖2 系統功能設計

3.3 關鍵技術

(1)ArcGIS forWindows Phone

ArcGIS for Windows Phone是ArcGIS API for Microsoft Silverlight的子集，其提供了一種跨瀏覽器、跨平臺的開發環境，用于構建和交付交互式Web應用程序[6]。本系統使用ArcGIS for Windows Phone API進行開發，其包括了絕大多數的常用功能接口，可以直接調用，開發方便。并且使用手機作為平臺，很好地解決了一般手持機電池持續時間的問題，又能實現實時通信、攜帶方便，更有利于野外作業。

(2)GPS動態實時定位

GPS技術已經成熟地應用于各行各業，如野外數據采集、導航、精密測量等領域。本系統主要調用移動終端中內置的GPS模塊，通過ArcGIS for Windows Phone中提供的GeoCoordinateWatcher方法，實時獲取野外數據采集點的經緯度信息，并將該信息標注在相應的地圖上。既減少工作人員輸入采集點坐標的煩惱，幫助工作人員了解區域內的數據采集狀況，也為未來數據采集的可視化展現，提供必要的位置信息[4]。

4 系統實現

本系統為野外資源調查服務，各種資源采集的具體內容不同，但涉及理念一致。這里以土壤數據采集為例，對系統的實現作具體介紹。采集區域的地圖數據通過服務器ArcGISServer發布，手機通過調用地圖和相關服務進行相關作業。整個野外數據采集過程分為數據準備階段、數據采集階段、室內數據預處理階段。其流程如圖3所示。

圖3 土壤數據采集流程圖

4.1 數據準備階段

由于掌上機在操作上的不方便，數據處理及存儲能力有限，遵循能在室內臺式機上完成的工作，盡量不要傳到掌上機完成[5]。前期的數據準備都在室內臺式機上完成，具體可分為以下兩個階段:

(1)圖層數據的準備

前期需要準備的數據包括調查區域大比例尺遙感影像圖、區域路線圖以及要素采集圖層。其中遙感影像圖需要進行配準，區域路線需要對已批準好的影像圖進行矢量化來獲取，這些工作一般在桌面Desktop上完成。而要素采集圖層就是用來記錄采集信息空間數據的載體，分為點要素圖層和面要素圖層，分別記錄土壤剖面信息和土地利用信息。

(2)服務的發布

GIS服務表示位于服務器上并且可供客戶端應用程序使用的GIS資源(例如，地圖、globe、定位器或地理數據庫連接)。服務將便于在多個客戶端上共用各種資源?？蛻舳藷o需任何專用GIS軟件來使用服務，連接到服務器后，可通過局域網或廣域網(LAN或WAN)或者通過Internet進行此操作[6]。

本系統主要應用到三種服務，分別為Map Service、Geometry Service和Feature Service。Map Service主要用于地圖的瀏覽和相關操作；Geometry Service即幾何服務用于協助應用程序執行各種幾何計算，如緩沖區、簡化、面積和長度計算以及投影[6]，簡化了應用程序的開發。而Feature Service是該系統的實現信息采集的核心，其通過Internet提供要素，并提供顯示要素時所要使用的符號系統，客戶端可以進行查詢以獲取要素，并執行適用于服務器的編輯操作[6]。Feature Service要求所有數據必須來自單個ArcSDE地理數據庫，同時數據必須通過地理數據庫注冊；如果要在圖層中插入新要素，則需要定義要素模板；再添加完要發布到地圖文檔的數據后還需要對圖層定義符號系統，客戶端使用此信息來繪制相應的要素。

所有數據在服務器端ArcGIS Server上發布成功后，手機端才能通過相應的URL調用相關的圖層和服務進行作業。

4.2 數據采集階段

在數據采集階段中，用戶在地圖上確定待采樣點的位置，記錄土壤信息，并將其保存在空間數據庫中，進行云存儲。同時，本系統還設計了面要素采集方式獲取土地利用現狀信息，滿足了用戶實際數據采集的需要。為了讓用戶快速輸入數據，系統采用了下拉框輸入信息的方式，而對于坐標、ID號等固定信息，我們采用默認的方式，不需要用戶輸入，大大提高了作業效率，如圖4所示。

用戶在土壤數據采集作業過程中，需要隨時查詢自己已采集的數據，所以本系統設計了通過多種查詢方式進行查詢，如圖5所示。

同時，實時掌握自己所在位置是對一個數據采集者來說是十分重要的，基于此，該系統通過調用手機GPS功能實時定位用戶在BingMap上的位置，用戶也可以通過BingMap瀏覽在線地圖，如圖6所示。

圖4 土壤信息采集界面 圖5 數據查詢界面 圖6 GPS導航界面

4.3 室內數據處理階段

外業數據采集結束后，用戶需要將所采集的數據導入到電腦里面進行預處理。主要的空間數據和屬性數據在位于服務器端的要素圖層上，可以直接下載。對于照片等存儲在客戶端的其他信息，Windows Phone供了一個從獨立內存中提取出數據的工具——Windows Phone Power Tools。通過唯一標識碼關聯，得到完整的土壤采集信息，從而制作成土壤屬性專題地圖和土地利用專題地圖。

5 結 論

基于Windows Phone的土壤GIS數據采集系統，使用了最新的移動平臺，其操作體驗良好，是以后移動GIS的發展方向之一。同時該系統可應用于教學服務中，在涉及數據采集的野外教學課程中，由于手機系統的便捷性和工作時間長的優點，使其具有更大的優勢。

本系統同樣還存在缺陷，比如調用手機GPS定位精度較低、手機屏幕較小等，但本系統首次嘗試運用Windows Phone平臺開發移動GIS土壤數據采集系統，驗證了Windows Phone具有很高的靈活性、智能性。Windows Phone作為“3S”集成技術的移動客戶端應用于野外數據采集中將得到更好的應用。

[1] 余豐華，吳沖龍，劉剛.基于移動GIS的野外地質數據采集系統的設計[J].計算機應用，2004，24(s1)：82～84.

[2] 湯仁鋒，孟志軍，陳立平等.基于移動GIS的土樣采樣系統的研究[J].微型計算機，2007，23(4-1)：248～249.

[3] 周園春，胡良霖，沈志宏等.基于PDA的野外科考數據采集系統及其應用[J].科研信息化技術與應用，2008，1 (1)：76～82.

[4] 余豐華，夏躍珍，楊克紅等.移動GIS技術在地質災害數據采集領域的應用研究[J].中國地質災害與防治學報，2006，17(2)：102～106.

[5] ESRICompany.ArcGISDesktop 10用戶手冊[R].

第三屆全國優秀城鄉規劃設計獎評選組織委員會成立

(本刊訊)2013年6月21日，第三屆全國優秀城鄉規劃設計獎評選組織委員會第一次工作會議在住建部301會議室召開。中國城市規劃協會會長、組委會主任委員趙寶江主持會議。會上向各位委員頒發了第三屆全國優秀城鄉規劃設計獎評選組織委員會委員聘書。王燕副會長兼秘書長宣讀了“2013年度全國優秀城鄉規劃設計獎評選工作方案”，到會的委員們研究討論并審議通過了“2013年度全國優秀城鄉規劃設計獎評選工作方案”、《全國優秀城鄉規劃設計獎評選管理辦法》和《全國優秀城鄉規劃設計獎評選組織委員會工作規則》。會議還對2013年度的評優工作進行了部署。

第三屆全國優秀城鄉規劃設計獎評選組織委員會成員名單:

主任委員：趙寶江(中國城市規劃協會會長)

副主任委員：唐凱(住房和城鄉建設部總規劃師)，孫安軍(住建部城鄉規劃司司長)，吳建平(中國城市規劃協會副會長)。

委員：鄒德慈(中國工程院院士、中國城市規劃設計研究院學術顧問)，趙暉(住房和城鄉建設部村鎮建設司司長)，王燕(中國城市規劃協會副會長兼秘書長)，王鳳武(中國風景名勝區協會副會長兼秘書長)，李曉江(中國城市規劃設計研究院院長)，王引(北京市城市規劃設計研究院總規劃師)，尹稚(北京清華同衡規劃設計研究院有限公司董事長兼院長)，毛佳樑(上海市城市規劃行業協會會長)，嚴文復(沈陽市規劃和國土資源局副局長)，張泉(江蘇省住房和城鄉建設廳副廳長)，顧浩(浙江省城鄉規劃設計研究院院長)，高冰松(安徽省住房和城鄉建設廳副總工兼規劃處處長)，肖建華(武漢市測繪研究院院長)，曾憲川(廣東省城鄉規劃設計研究院院長)，薛峰(深圳市規劃和國土資源委員會副主任)，邱建(四川省住房和城鄉建設廳總規劃師)，和紅星(西安市秦嶺生態環境保護管理委員會主任)。

Research and Realization of the System of Field Data Collection Based on W indows Phone——Take Soil Survey as an Exam p le

Zeng Qun1，2，Lin Xi3，Zhang Jian3，Tian Liqiao4
(1.Editorial Department，Central China Normal University，Wuhan 430079，China； 2.School of Urban and Environment Science，Central China University，Wuhan 430079，China； 3.School of Resources and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China； 4.State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying，Mapping and Remote Sensing，Wuhan University，Wuhan 430079，China)

Field data collection is an important part of the nature resources survey.With the development of emerging technologies，filed data collection has gone rid of the traditionalmanual acquisition mode.But due to the limitations of the platform，the development of it has limited.The paper，based on the newest of the mobile platform—Windows Phone，and taken soil survey as an example，research and realize the system of field data collection，explore the performance of the new platform，present some new ideas for the future design and development of the field data collection system.

field data collection；windows phone；mobile GIS；soil survey

1672-8262(2013)03-5-04

P208.1

A

2013—04—16

曾群(1971—)，女，博士，副編審，副教授，碩士導師，主要從事3S集成應用研究。

國家973計劃資助項目(2011CB707106)