李陽(yáng)東,朱國(guó)平,田思泉
(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院,上海 201306;2.上海海洋大學(xué) 大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201306)
利用ArcGIS Mobile技術(shù)開(kāi)發(fā)海洋漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
李陽(yáng)東,朱國(guó)平,田思泉
(1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院,上海 201306;2.上海海洋大學(xué) 大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201306)
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了移動(dòng)地理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展。針對(duì)傳統(tǒng)的海洋漁業(yè)資源調(diào)查中野外數(shù)據(jù)采集方法落后的現(xiàn)狀,把移動(dòng)GIS技術(shù)應(yīng)用于海洋漁業(yè)調(diào)查,并利用ArcGIS Mobile技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)海洋漁業(yè)野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。首先簡(jiǎn)要介紹了移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)技術(shù)——ArcGIS Mobile,然后對(duì)海洋漁業(yè)野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),最后利用ArcGIS Mobile相關(guān)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。
ArcGIS Mobile;移動(dòng)GIS;野外數(shù)據(jù)采集;海洋漁業(yè)調(diào)查
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,地理信息系統(tǒng)(GIS)的發(fā)展也出現(xiàn)了一個(gè)新的發(fā)展方向——移動(dòng)地理信息系統(tǒng)(Mobile GIS)[1]。特別是3G通信技術(shù)的出現(xiàn),大大促進(jìn)了移動(dòng)GIS的發(fā)展。移動(dòng)GIS是指在電子地圖與GIS中,當(dāng)有一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)實(shí)體處于相對(duì)靜止的實(shí)體群中,或處于移動(dòng)的實(shí)體群中,對(duì)移動(dòng)實(shí)體及背景參考實(shí)體群(相對(duì)靜止或移動(dòng))的模擬、表達(dá)、處理、查詢(xún)、檢索和分析的軟硬件系統(tǒng)[2]。移動(dòng)GIS的硬件系統(tǒng)主要有個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、Pocket PC、智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備。移動(dòng)GIS除了具有傳統(tǒng)GIS所具有的特點(diǎn)外,還具有處于移動(dòng)環(huán)境下的特點(diǎn):移動(dòng)性、頻繁斷接性、弱可靠性、網(wǎng)絡(luò)通信的非對(duì)稱(chēng)性、資源有限性(如屏幕尺寸小、內(nèi)存受限、CPU處理能力弱等)、對(duì)空間位置的依賴(lài)性等[3]。移動(dòng)GIS涉及到一些關(guān)鍵技術(shù),主要包括:移動(dòng)定位技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)等[3-6]。目前,移動(dòng)GIS技術(shù)已應(yīng)用于車(chē)載導(dǎo)航、野外數(shù)據(jù)采集、應(yīng)急服務(wù)、物流配送、位置定位服務(wù)、企業(yè)商務(wù)拓寬等基于位置服務(wù)(Location-based Service,LBS)方面[7-9]。海洋漁業(yè)資源的調(diào)查是充分、有效利用和合理保護(hù)海洋資源必不可少的工作之一,調(diào)查資料的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性是漁業(yè)調(diào)查取得成功的關(guān)鍵,應(yīng)用移動(dòng)GIS技術(shù)可以提供保障,但遺憾的是目前很少見(jiàn)到有關(guān)應(yīng)用移動(dòng)GIS技術(shù)進(jìn)行海洋漁業(yè)資源調(diào)查的報(bào)道。因此,本文擬就如何把移動(dòng)GIS技術(shù)應(yīng)用于海洋漁業(yè)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行討論。本文先簡(jiǎn)要介紹了移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)技術(shù)——ArcGIS Mobile,然后對(duì)漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),最后利用ArcGISMobile相關(guān)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。
ArcGISMobile是ESRI公司的一個(gè)面向移動(dòng)地理信息系統(tǒng)的軟件平臺(tái),該平臺(tái)使得企業(yè)能夠通過(guò)從中央服務(wù)器分發(fā)GIS數(shù)據(jù)和服務(wù)來(lái)為一系列Windows Mobile設(shè)備提供利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問(wèn)信息的能力。ArcGIS Mobile最早在ArcGIS Server 9.2中引入,目前最高版本是ArcGISMobile 10。
ArcGIS Mobile包含一個(gè)軟件開(kāi)發(fā)包(SDK),該SDK使得開(kāi)發(fā)人員可以利用簡(jiǎn)單的工具即可創(chuàng)建根據(jù)用戶(hù)需求量身定做的與ArcGIS Server服務(wù)無(wú)縫集成的輕量級(jí)Mobile GIS應(yīng)用。利用該SDK開(kāi)發(fā)的移動(dòng)GIS應(yīng)用可部署在一系列包括智能手機(jī)、Pocket PC和平板電腦等的Windows Mobile設(shè)備上。利用ArcGISMobile SDK可以完成以下功能:
(1)創(chuàng)建和部署面向移動(dòng)的能在在線或離線環(huán)境中操作的應(yīng)用;
(2)構(gòu)建提供包括地圖顯示與導(dǎo)航、GPS支持和GIS編輯等基本GIS功能的地理應(yīng)用;
(3)為傳統(tǒng)的非空間業(yè)務(wù)部門(mén)應(yīng)用,如客戶(hù)關(guān)系管理和外業(yè)服務(wù)自動(dòng)化系統(tǒng),增加地理空間能力。
ArcGIS Mobile SDK為快速和高效創(chuàng)建移動(dòng)應(yīng)用提供了一些Visual Studio組件。當(dāng)安裝該SDK時(shí),這些組件(控件)被整合到Visual Studio工具箱里面。
用于顯示從一個(gè)獨(dú)立的已發(fā)布的支持移動(dòng)地圖服務(wù)中獲取數(shù)據(jù)的地圖緩存中的地理信息。其它的幾個(gè)控件,如ScaleBar、Navigation和GPS顯示控件,可以增強(qiáng)地圖的用戶(hù)體驗(yàn)。
充當(dāng)向已發(fā)布的支持移動(dòng)地圖服務(wù)發(fā)送和獲取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通信機(jī)制,負(fù)責(zé)設(shè)備端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
在地圖顯示上增加一個(gè)基本比例尺,當(dāng)從ArcGIS Server獲取信息時(shí),該比例尺同時(shí)充當(dāng)進(jìn)度條。
允許通過(guò)鼠標(biāo)或筆等輸入設(shè)備執(zhí)行地圖執(zhí)行放大、縮小和漫游導(dǎo)航。
提供從地圖上選擇地理要素的交互方法。
管理到GPS設(shè)備的串口連接或到一個(gè)包含GPS子句的文件連接。
根據(jù)從GPS串口或文件連接獲取的坐標(biāo)在地圖控件上顯示GPS位置。
根據(jù)海洋漁業(yè)調(diào)查的業(yè)務(wù)需求和行業(yè)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一個(gè)基于ArcGIS Mobile的海洋漁業(yè)野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用基于網(wǎng)絡(luò)的4層C/S應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)(圖1)。
圖1 基于ArcGIS Mobile的漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的4層體系結(jié)構(gòu)
表示層又叫應(yīng)用層,它是用戶(hù)與系統(tǒng)之間進(jìn)行交互的接口,響應(yīng)漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的客戶(hù)端用戶(hù)界面。
應(yīng)用邏輯層用來(lái)強(qiáng)制實(shí)施業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)完整性規(guī)則和GIS數(shù)據(jù)的分析處理。應(yīng)用邏輯層由一組漁業(yè)調(diào)查業(yè)務(wù)規(guī)則組件、.Net Compact Framework和ArcGIS Mobile功能組件等組成,向上為表示層提供服務(wù),向下通過(guò)Web Service與數(shù)據(jù)服務(wù)層進(jìn)行通信。
該層主要包括 Web Server,ArcGIS Server和 ArcSDE Server。他們共同承擔(dān)了通過(guò)Internet向應(yīng)用邏輯層提供數(shù)據(jù)服務(wù)的功能,并對(duì)下層數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層執(zhí)行具體的數(shù)據(jù)操作。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層主要負(fù)責(zé)漁業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),處理數(shù)據(jù)服務(wù)層的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求,主要包括一些基礎(chǔ)庫(kù)、漁業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)字典等。
圖2為基于ArcGIS Mobile的漁業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的功能框架。該平臺(tái)主要包括4個(gè)功能模塊:地圖基本功能模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)模塊、捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)更新模塊和捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊。其中,地圖基本功能模塊主要包括地圖漫游和縮放等功能;數(shù)據(jù)服務(wù)模塊包括數(shù)據(jù)下載功能和數(shù)據(jù)上傳功能。數(shù)據(jù)下載是通過(guò)訪問(wèn)ArcGISServer服務(wù)器發(fā)布的地圖服務(wù)獲取數(shù)據(jù),而數(shù)據(jù)上傳是負(fù)責(zé)把設(shè)備端的數(shù)據(jù)更新到ArcGIS Server服務(wù)器。捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)更新模塊包括捕撈點(diǎn)信息的增加、修改和刪除。捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢(xún)包括從圖形到屬性的空間查詢(xún)和從屬性到圖形的屬性查詢(xún)。
圖2 海洋漁業(yè)野外數(shù)據(jù)采集平臺(tái)功能框架
本文所做工作依賴(lài)于以下平臺(tái)。集成開(kāi)發(fā)環(huán)境:Visual Studio 2005;開(kāi)發(fā)語(yǔ)言:C#;Mobile SDK:ArcGIS Mobile SDK 9.3,Windows Mobile 6.1 Professional SDK;模擬器:Windows Mobile 6.1 Professional Emulator;同步軟件:Microsoft ActiveSync 4.5;地圖制作軟件:ArcGIS Desktop 9.3;地圖發(fā)布軟件:ArcGIS Server 9.3;數(shù)據(jù)庫(kù):SQL Server 2000;SDE 服務(wù)器:ArcSDE 9.3 for SQLServer。
基于ArcGIS Mobile的漁業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)主要分為4個(gè)階段。
該階段的主要任務(wù)是為漁業(yè)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備地理數(shù)據(jù)框架。漁業(yè)數(shù)據(jù)采集所需的地理數(shù)據(jù)分為兩塊:一是變化數(shù)據(jù),即需要采集的目標(biāo)數(shù)據(jù),本系統(tǒng)主要為捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù);二是基本不變的數(shù)據(jù),即輔助數(shù)據(jù)采集的底圖數(shù)據(jù),本系統(tǒng)主要包括地形數(shù)據(jù)和漁區(qū)數(shù)據(jù)。為了使地圖數(shù)據(jù)在移動(dòng)設(shè)備上性能更加優(yōu)化,一般把基本不變的輔助空間數(shù)據(jù)制作成單獨(dú)的地圖數(shù)據(jù),并通過(guò)ArcToolbox創(chuàng)建為“Mobile Basemap”部署到目標(biāo)設(shè)備供Mobile應(yīng)用程序直接調(diào)用,而只把需要更新的地理數(shù)據(jù)發(fā)布為地圖服務(wù),這部分?jǐn)?shù)據(jù)也可以事先利用Arc-Toolbox創(chuàng)建Mobile服務(wù)緩存部署到目標(biāo)設(shè)備。因此,這里地圖數(shù)據(jù)制作主要包括底圖數(shù)據(jù)制作和捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)制作。地圖數(shù)據(jù)制作過(guò)程中有兩點(diǎn)需注意:(1)由于捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)是要進(jìn)行更新編輯的,所以該數(shù)據(jù)一定要是作為SDE數(shù)據(jù)源且含有“GlobalID”字段;(2)底圖數(shù)據(jù)應(yīng)與捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)具有相同的空間參考。
該階段是把地圖數(shù)據(jù)制作階段的捕撈點(diǎn)地圖數(shù)據(jù)通過(guò)ArcCatalog或ArcGISServer發(fā)布為地圖服務(wù)(注意發(fā)布時(shí)一定要勾選“Mobile Data Access”)。
該階段采用C#在Visual Studio 2005 IDE下開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)基于ArcGIS Mobile的漁業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以用模擬仿真器(Windows Mobile 6.1 Professional Emulator)代替目標(biāo)物理設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。為使模擬器能夠與Internet或Arc-GISServer交互,需要同步軟件Microsoft ActiveSync 4.5。
該階段是把已開(kāi)發(fā)并調(diào)試好的Mobile應(yīng)用程序部署到目標(biāo)設(shè)備(Pocket PC設(shè)備)。部署包括兩個(gè)方面:(1)程序部署,需部署的程序除了開(kāi)發(fā)好的漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)外,還包括 ArcGIS Mobile運(yùn)行庫(kù)(ArcGISMobile.cab)和.Net Compact Framework 2.0;(2)數(shù)據(jù)部署,這里主要部署地圖數(shù)據(jù)制作階段的“Mobile Basemap”和捕撈點(diǎn)緩存數(shù)據(jù)(這里是指預(yù)先緩存的捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù),如未預(yù)先緩存則不必部署,而在Mobile應(yīng)用程序首次請(qǐng)求時(shí)保存地圖緩存)。
采用3.1中所選的平臺(tái),按照3.2所列的步驟,實(shí)現(xiàn)了圖2所設(shè)計(jì)移動(dòng)漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),圖3是基于ArcGIS Mobile的移動(dòng)漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主界面,可以進(jìn)行地圖的縮放與漫游、數(shù)據(jù)下載與上傳、捕撈點(diǎn)信息的增加與編輯及GPS啟動(dòng)與關(guān)閉等操作。圖4為捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)的添加與編輯界面,當(dāng)增加捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí),先在地圖上點(diǎn)擊捕撈點(diǎn)的位置,而后會(huì)彈出捕撈點(diǎn)信息錄入窗口,錄入相關(guān)信息后即可點(diǎn)擊菜單上的“Save”進(jìn)行保存,在錄入過(guò)程中,可以利用當(dāng)前GPS的坐標(biāo)信息更新捕撈點(diǎn)的位置(執(zhí)行“Menu—>Update Position”)。若要對(duì)某一捕撈點(diǎn)進(jìn)行編輯,只需在主界面地圖上選中該點(diǎn)后,在彈出的捕撈點(diǎn)信息窗口(圖4)中進(jìn)行修改即可。圖5為漁業(yè)信息空間查詢(xún)的情況。在客戶(hù)端可以即時(shí)在線下載最新的漁業(yè)數(shù)據(jù)(通過(guò)主界面上的菜單“Download Data”),亦可將設(shè)備端修改的數(shù)據(jù)在線上傳編輯到漁業(yè)服務(wù)器(通過(guò)主界面上的菜單“Upload Data”)。服務(wù)器的設(shè)置在客戶(hù)端進(jìn)行設(shè)置,如圖6所示。
圖3 移動(dòng)漁業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主界面
圖4 捕撈點(diǎn)數(shù)據(jù)增加與修改
圖5 漁業(yè)信息查詢(xún)
圖6 漁業(yè)數(shù)據(jù)Web Service服務(wù)器設(shè)置
結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和多媒體技術(shù)等出現(xiàn)的移動(dòng)GIS正在向眾多應(yīng)用領(lǐng)域拓展。本文結(jié)合ArcGIS Mobile嵌入式開(kāi)發(fā)組件技術(shù)探討了移動(dòng)GIS技術(shù)在海洋漁業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)ArcGISMobile技術(shù)進(jìn)行研究后,設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)面向海洋漁業(yè)調(diào)查的野外數(shù)據(jù)采集移動(dòng)GIS平臺(tái)。該系統(tǒng)安裝在一個(gè)帶有PDA功能的Windows Mobile智能手機(jī)上并在某海域試用,其結(jié)果表明,利用ArcGIS Mobile技術(shù)實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)GIS野外數(shù)據(jù)采集平臺(tái)可以大大提高數(shù)據(jù)采集效率的同時(shí),也保證了數(shù)據(jù)的及時(shí)同步。
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Developing Marine Fishery Data Acquisition System Utilizing ArcGIS Mobile Technology
LI Yang-dong,ZHU Guo-ping,TIAN Si-quan
(1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources,Ministry of Education,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)
Progress in network technology and wireless communication technology facilitates the generation and development of mobile geographic information system (GIS).Aiming at the outdated situation that traditional marine fishery resources survey method of field data acquisition,the mobile GIS technology is applied to marine fishery investigation.A marine fishery field data acquisition system has been developed using the ArcGIS Mobile technology.The mobile GIS technology—ArcGIS Mobile is first introduced briefly.Then a marine fishery field data acquisition system is designed.Finally,the system is developed using the ArcGIS Mobile related technologies.
ArcGIS Mobile;mobile GIS;field data acquisition;marine fishery survey
P7;TP274
B
1003-2029(2011)04-0082-05
2011-04-20
上海高校選拔培養(yǎng)優(yōu)秀青年教師科研專(zhuān)項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(ssc09006);上海市重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(S30702);大洋漁業(yè)資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(KF200907)
李陽(yáng)東(1977-),男,博士,講師,主要從事海洋信息工程、時(shí)態(tài)GIS和時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)方面的研究。E-mail:lyd911@163.com