智能化中藥資源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

孫成忠，陳國嶺，張 銳，陳 澍，郭志勇，郝振國

(中國測繪科學研究院，北京100039)

一、引 言

進入21世紀，計算機技術(shù)、空間信息技術(shù)及網(wǎng)絡技術(shù)進入快速發(fā)展時期，信息化建設在國家的各個領域正逐步加快，基于信息技術(shù)的智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在我國資源調(diào)查中得到廣泛應用［1］。中藥資源作為我國戰(zhàn)略資源，歷史上開展了3次資源普查，但外業(yè)數(shù)據(jù)采集方式仍停留在傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄方式，由于記錄內(nèi)容隨意、記錄格式不規(guī)范、野外使用不方便等將對所采集數(shù)據(jù)造成極大的人為誤差;加上很多數(shù)據(jù)的重復性，導致野外手工記錄工作量增加，大大影響野外工作的效率。而且以紙質(zhì)的方式記錄，結(jié)果不易保存，如果外業(yè)累計的紙質(zhì)數(shù)據(jù)量增大，將對后期的內(nèi)業(yè)整理工作增加相當?shù)碾y度和復雜度，嚴重影響數(shù)據(jù)的使用。更進一步的是，獲得的數(shù)據(jù)主要是文本和數(shù)字型的，缺少了重要的空間圖形信息，這種傳統(tǒng)的中藥資源數(shù)據(jù)獲取方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代中藥行業(yè)對空間信息的需要［2-4］。

3S技術(shù)是20世紀60年代興起的一門新興技術(shù)，主要包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和遙感(RS)，在廣義上也被稱為“空間信息科學”。在中藥資源外業(yè)調(diào)查工作中，不僅僅需要調(diào)查中藥的屬性信息，更重要的是獲取中藥資源的位置信息，通過手持接收機GPS，可以很方便地獲取位置信息。因GIS固有的優(yōu)勢，中藥資源野外數(shù)據(jù)獲取和處理工作完全可以借助GIS技術(shù)來管理［5］。

本文基于GPS和GIS的技術(shù)特點，依據(jù)《第四次中藥資源普查試點工作規(guī)范》，結(jié)合中藥資源的特點，提出了一套符合中藥資源外業(yè)調(diào)查智能化數(shù)據(jù)獲取和處理的系統(tǒng)，期望解決目前中藥數(shù)據(jù)獲取和處理的技術(shù)難點，為中藥資源外業(yè)數(shù)據(jù)獲取和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理提出一套解決方案。

二、系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1．系統(tǒng)組成

中藥資源外業(yè)調(diào)查不僅需調(diào)查中藥資源相關的屬性信息，而且還包括其空間位置信息。外業(yè)數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)主要是在移動GPS終端上完成，采集好的數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)編輯系統(tǒng)編輯即完成整個數(shù)據(jù)采集工作。智能化中藥資源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括了兩部分:外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)借助硬件平臺手持GPS來進行，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)借助硬件平臺PC機進行。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

2．系統(tǒng)設計

智能化中藥資源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成了GPS定位模塊、嵌入式GIS軟件、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并根據(jù)實際需要開發(fā)了中藥資源業(yè)務流的數(shù)據(jù)采集記錄的軟件系統(tǒng)。借助于GPS存儲卡，調(diào)查底圖以數(shù)字化的形式進行存儲，并通過GIS模塊進行顯示［6］，因此無須再攜帶紙質(zhì)的調(diào)查用圖，大大提高了野外工作效率與工作強度。通過GPS模塊與GIS模塊的集成，調(diào)查人員可以實時了解自己當前的位置，并在GPS導航下快速到達樣地，從而加快了調(diào)查速度。借助于調(diào)查記錄軟件，各種調(diào)查結(jié)果被現(xiàn)場記錄在調(diào)查數(shù)據(jù)庫中，通過內(nèi)業(yè)簡單整理，可以直接傳輸?shù)脚_式機中，借助內(nèi)業(yè)處理軟件進一步處理，剔除或修改相關的數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的精確性。無須再次對數(shù)據(jù)進行錄入和校驗。通過內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以對調(diào)查樣地的情況進行實時查詢，避免了重復調(diào)查的問題［7］。

3．外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計

外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(GCField v4．0)設計實現(xiàn)的功能主要有:

1)顯示位置信息和采集的數(shù)據(jù)。

2)獲取位置信息，填寫相關的中藥屬性信息，并存入數(shù)據(jù)庫。

3)植入中藥名稱數(shù)據(jù)庫字典，植入基本的環(huán)境因子字典(地貌類型、土地利用類型、坡度、破位等)，方便用戶操作。

4)軟件使用要方便、快捷、穩(wěn)定、省時、人性化。

4．內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(GCTool v4．0)設計實現(xiàn)的功能主要有:

1)與外業(yè)采集的數(shù)據(jù)通信，無縫接合。

2)對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進行瀏覽;同時可以加載基礎的地理信息數(shù)據(jù)，輔助瀏覽和領導決策。

3)對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進行校驗、統(tǒng)計、報表輸出。

4)對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)進行修改，同時保持與外業(yè)采集的數(shù)據(jù)同步。

5)對數(shù)據(jù)進行輸出。

6)軟件使用要方便、快捷、穩(wěn)定、人性化。

5．系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

智能化中藥資源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的是面向?qū)ο蟮亩伍_發(fā)技術(shù)進行設計，考慮多源、多尺度數(shù)據(jù)間的邏輯聯(lián)系，顧及系統(tǒng)的功能需求、持續(xù)發(fā)展、維護管理與數(shù)據(jù)更新等方面的要求，結(jié)合計算機技術(shù)、GIS技術(shù)、軟件工程技術(shù)，通過基于GIS組件的功能定制開發(fā)［7］，力求使系統(tǒng)總體設計滿足中藥資源數(shù)據(jù)采集、顯示和管理的需要。結(jié)合地圖綜合工具，保證系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能實用，使系統(tǒng)達到業(yè)務需求設計目標。系統(tǒng)的技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)路線圖

6．系統(tǒng)研發(fā)

(1)外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研發(fā)是在手持GPS端實現(xiàn)。操作系統(tǒng)采用Windows Mobile 6．0，Windows Mobile 6．0構(gòu)建于Windows CE 5．0，具有標準的微軟操作系統(tǒng)界面，配以Windows Mobile 6 SDK開發(fā)包，即可實現(xiàn)嵌入式應用程序的快速開發(fā)，現(xiàn)已成為GPS主流操作平臺［8］。手持GPS與PC機之間可以通過軟件同步更新或通信。開發(fā)平臺及軟件框架集采用．NET Compact Framework 3．5、Windows Mobile 6 SDK，開發(fā)語言為C#。

(2)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件研發(fā)采用Windows 7或更高版本的操作系統(tǒng)。借助開源控件，采用組件式二次開發(fā)技術(shù)，直接將GIS功能無縫集成到系統(tǒng)中。采用開源式組件開發(fā)一方面可以降低用戶購買軟件的成本，另一方面使系統(tǒng)開發(fā)人員專注于系統(tǒng)的功能，使系統(tǒng)更人性化、更易使用。開發(fā)語言為C#。

三、系統(tǒng)主要功能

根據(jù)外業(yè)數(shù)據(jù)采集業(yè)務需求分析，系統(tǒng)主要滿足兩個方面的業(yè)務需求:一是完成中藥資源外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作;二是完成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作。因此，系統(tǒng)在總體模塊功能劃分上分為兩個系統(tǒng):外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并根據(jù)不同的工作內(nèi)容側(cè)重，為每個系統(tǒng)設置了相應的功能模塊。

1．外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能

外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要功能模塊如圖3所示。

圖3 外業(yè)數(shù)據(jù)采集

(1)地圖瀏覽功能

系統(tǒng)可加載基礎地理信息數(shù)據(jù)作為輔助調(diào)查的圖層，并協(xié)助定位。對加載的圖層，可以進行放大、縮小、平移等操作。同時對采集的樣方數(shù)據(jù)，也可以在地圖上瀏覽，如4所示。

圖4 地圖瀏覽

(2)樣方數(shù)據(jù)采集功能

樣方數(shù)據(jù)采集是中藥資源外業(yè)的主要工作，軟件功能直接決定著外業(yè)工作的效率。在軟件中這部分工作實現(xiàn)了下拉式菜單選項添加及現(xiàn)場填寫結(jié)合的方式。過程是首先定位樣方的中心點位置，并錄入樣方的相關屬性信息，之后依次填寫小方內(nèi)的中藥植物信息。樣方采集的公用屬性項提前植入到系統(tǒng)中，在提高野外工作效率的同時，也統(tǒng)一了數(shù)據(jù)格式，規(guī)范數(shù)據(jù)錄入，為后期的數(shù)據(jù)處理、整理、統(tǒng)計等打好基礎。樣方采集功能模塊如圖5、圖6所示。

(3)系統(tǒng)配置功能

系統(tǒng)配置主要是為了方便數(shù)據(jù)采集而設置的。采集之前，提前配置相關選項，如采集人、采集地、底圖等，可以在采集時大大方便屬性項的錄入，減少重復項錄入，提高工作效率，如圖7所示。

圖5 樣方編號生成及屬性信息錄入

圖6 小樣方及采集植物錄入

圖7 屬性項配置

2．內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要功能

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能模塊如圖8所示。

(1)信息瀏覽功能

系統(tǒng)對樣方內(nèi)采集的中藥植物名錄按縣、代表區(qū)域、樣地等進行瀏覽，對采集的中藥植物進行統(tǒng)計。

(2)樣方數(shù)據(jù)瀏覽功能

對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)，通過內(nèi)業(yè)整理軟件查看每一個樣方信息。在瀏覽的同時，還可以對樣方數(shù)據(jù)進行檢索、編輯，對樣方中小樣方內(nèi)的植物進行查看、檢索和編輯。樣方數(shù)據(jù)可以輸出為Excel格式。

(3)樣方統(tǒng)計功能

樣方統(tǒng)計以縣為單位，統(tǒng)計該縣有多少個代表區(qū)域，每個代表區(qū)域有多少個樣地，以及每個樣地下有多少個樣方。樣方統(tǒng)計可以打印輸出。

(4)報表輸出功能

對外業(yè)采集的數(shù)據(jù)可以形成報表。報表類型包括代表區(qū)域報表、樣方報表、藥用植物數(shù)量報表等。

圖8 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

四、結(jié)束語

空間信息技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，極大地促進了空間信息獲取與應用相關學科的交叉和融合，空間信息技術(shù)應用服務范圍正在不斷擴大到與空間信息有關的各個領域。中藥資源的信息化是中藥資源現(xiàn)代化發(fā)展的需要，新的工作模式取代傳統(tǒng)工作方式是技術(shù)進步的特征?；贕PS與GIS技術(shù)的智能化中藥資源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在實際應用中主要有幾方面的優(yōu)點:①規(guī)范中藥外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，減少人為誤差;②加入空間信息，以圖形管理屬性，所見即所得，直觀性強;③數(shù)據(jù)以圖形掛接屬性的方式存入GPS中，安全性更高;④減少野外工作量，提高工作效率;⑤為內(nèi)業(yè)整理提供便利，數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性、精確性更高;⑥內(nèi)業(yè)整理好的數(shù)據(jù)可直接與國家數(shù)據(jù)庫對接。

基于GPS與GIS技術(shù)的智能化中藥資源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)獲得了兩項國家計算機軟件著作權(quán)登記。此系統(tǒng)通過調(diào)查試點單位新疆維吾爾自治區(qū)與陜西省的使用證明，其實用可靠，外業(yè)與內(nèi)業(yè)的工作模式實現(xiàn)了徹底改變，效率得到大大提高。

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