遼寧省森林資源外業(yè)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

劉 璐

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院，遼寧 沈陽110122）

遼寧省自2005年形成二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫[1]以來，森林資源外業(yè)采集工作方法大致可以分為兩個階段：第一階段，借助GPS和指南針，結合紙質(zhì)地形圖和現(xiàn)地地貌進行定位，利用紙制卡片記錄調(diào)查屬性數(shù)據(jù)，并在紙質(zhì)的地形圖上調(diào)繪，再由內(nèi)業(yè)工作人員將采集的卡片和圖紙數(shù)據(jù)錄入計算機實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫屬性的更新和圖形的區(qū)劃[2]；第二階段，隨著PDA（Personal Digital Assistant）、平板電腦等移動設備的出現(xiàn)，為移動GIS（Mobile GIS）發(fā)展的帶來了新的機遇，根據(jù)不同的工作需求，開發(fā)基于PDA或者平板電腦等具有不同功能的外業(yè)采集軟件，例如占地軟件、造林軟件、采伐設計軟件等。目前，遼寧省依然存在技術落后的縣區(qū)采用第一階段的工作方法進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，而第二階段的工作方法雖然在效率上有了質(zhì)的提升，但是各類采集軟件并存不但是對開發(fā)資源的極大浪費，更因為平臺不同、操作習慣不同、數(shù)據(jù)格式不同造成數(shù)據(jù)之間難以進行轉(zhuǎn)換、共享。

2019年3月，國家林業(yè)與草原局發(fā)布了《國家林業(yè)與草原局關于開展2019年森林督查暨森林管理“一張圖”年度更新工作的通知》[3]要求各類資源數(shù)據(jù)融合成一套“一張圖”數(shù)據(jù)，強調(diào)協(xié)同工作，實現(xiàn)“四個一”即共用一套遙感數(shù)據(jù)、一次判讀區(qū)劃、一次驗證核實、一次現(xiàn)地復核加?！耙粡垐D”的概念體現(xiàn)了不僅體現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)一的重要性，也體現(xiàn)了森林資源外業(yè)采集方法和平臺統(tǒng)一的重要性。因此，根據(jù)遼寧省森林資源外業(yè)采集特征開發(fā)一款可擴展性強的采集系統(tǒng)將推動遼寧省外業(yè)調(diào)查手段進入新的階段。

1 需求設計

隨著新科學技術的誕生，基于PDA的森林資源采集系統(tǒng)的不足之處也暴露了出來，例如屏幕太小、操作系統(tǒng)過時、設備價格較高等[4]，即便研究人員們對利用PDA進行外業(yè)采集的研究成果已趨于成熟，但在PDA上的應用勢必會被淘汰。近年來研究方向逐漸偏向基于Android操作系統(tǒng)的平板電腦設備，本文就是基于Android移動端進行開發(fā)。

1.1 需求分析

根據(jù)遼寧省森林資源調(diào)查規(guī)程，森林資源調(diào)查基本類型分為：森林資源連續(xù)清查（一類調(diào)查），調(diào)查的基本單位是樣點或者小班；森林資源規(guī)劃設計調(diào)查（二類調(diào)查），以小班為對象調(diào)查；作業(yè)設計專項調(diào)查三類（三類調(diào)查），根據(jù)調(diào)查需要確定樣點或小班為對象[5]。

無論針對哪類調(diào)查對象，采集系統(tǒng)都需要實現(xiàn)這些基本需求：支持加載大型的高精度的航片和衛(wèi)片的遙感影像，實現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的快速瀏覽和縮放；在遙感影像上各類矢量數(shù)據(jù)，與遙感影像同步瀏覽；利用移動設備本身攜帶的GPS芯片，開發(fā)基于GPS的導航和定位功能，記錄外業(yè)人員的調(diào)查軌跡；根據(jù)外業(yè)調(diào)查的實際情況編輯矢量圖斑：合并、分割、面積測算、因子輸入等。各類調(diào)查在這些基本功能的基礎上再進行其他業(yè)務拓展。

1.2 功能設計

根據(jù)需求分析，森林資源外業(yè)采集系統(tǒng)功能可以分為六部分：工程管理、底圖操作、矢量數(shù)據(jù)編輯、屬性數(shù)據(jù)編輯、應用工具、設置，具體功能設計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能設計圖

2 實現(xiàn)與測試

目前采集系統(tǒng)設計實現(xiàn)了遼寧省各類森林資源調(diào)查及征占用林地、采伐作業(yè)設計、營造林作業(yè)設計、營造林核查等林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計核查模塊，本文測試以沈北新區(qū)造林核查工作為例。

2.1 工程管理

啟動軟件后選擇工程類型和作業(yè)區(qū)，點擊登錄，在地圖配置中設置工作單位、轉(zhuǎn)換參數(shù)、坐標投影等并保存，如圖2所示。

2.2 地圖操作

遙感影像與矢量數(shù)據(jù)的疊加顯示效果如圖3所示，支持雙指縮放、滑動瀏覽、單擊選中小班的操作。右側的圖層欄可以實現(xiàn)個圖層的標注、渲染等操作，控制圖層的顯示編輯狀態(tài)。

圖2 系統(tǒng)登錄及工作單位、轉(zhuǎn)換參數(shù)、坐標投影的設置

圖3 遙感影像與矢量數(shù)據(jù)的疊加顯示效果

2.3 矢量數(shù)據(jù)編輯

（1）采集點位繪圖

選擇編輯圖層后，點擊右上角“畫筆”的功能開啟圖層編輯，新建圖斑時可以選擇采集或手繪兩種方式。其中，采集方式又可以使用GPS采點、十字采點、實時采點、輸入坐標點定點采點，采點的過程中可以捕捉已有節(jié)點。如圖4，正在用十字采點構建圖形，點擊保存綠色起始點位和紅色結束點位即可連接完成閉合。

圖4 采集點位繪圖

（2）創(chuàng)建刪除圖斑

打開圖4右上角“小筆”按鈕 ，可以實現(xiàn)創(chuàng)建、刪除圖斑，如圖5，刪除圖斑前需要用使用“箭頭”工具選中要刪除小班。

（3）分割矢量圖斑

點擊“編輯工具條”的“分割”按鈕，將圖斑進行分割，分割時提示選擇保留原屬性的小班。

圖5 開啟編輯工具條

（4）合并矢量圖斑

先選中需要合并的兩個或多個相鄰小班，點擊“編輯工具條”的“合并”按鈕，合并時提示選擇合并到哪個小班。

（5）挖面矢量圖斑

類似于分割效果，點擊“編輯工具條”的“挖面”按鈕，在矢量圖斑內(nèi)部畫圖實現(xiàn)挖面，選擇刪除則實現(xiàn)挖洞。

（6）自動計算面積

選擇右側“屬性”欄，點擊“面積“功能即可計算小班面積，出現(xiàn)提示對話框點擊確定后即可填入核實面積字段中。

2.4 屬性數(shù)據(jù)編輯

將紅色十字叉放入小班內(nèi)，點擊右側二調(diào)數(shù)據(jù)圖層中的“屬性”按鈕即可打開該小班的屬性，點擊“復制屬性”就可以將它的相關同名字段屬性全部復制到上層造林小班中，減少手動輸入的工作量并避免輸入錯誤。其他屬性再根據(jù)現(xiàn)地核實情況填寫，非數(shù)字類屬性因子掛接數(shù)據(jù)字典，點擊選擇正確因子即可。

2.5 應用工具

（1）GPS 定位

左上角的“定位”按鈕打開即可打開GPS定位功能。使用前，需開啟移動操作系統(tǒng)的位置服務，再開啟平臺的GPS定位功能，軟件開始搜索GPS衛(wèi)星信號。

（2）軌跡記錄

點擊左側“軌跡記錄”按鈕打開軌跡記錄功能。

（3）現(xiàn)地拍照

點擊右側“照片”選項卡下的拍照，有近景和遠景兩種拍照類型可供選擇，拍好的照片會顯示在下面的列表當中，點擊可以選擇瀏覽照片、移除照片、拍攝點定位和刪除照片，如圖6。

（4）測量工具

點擊“編輯工具條”的“測量”按鈕，計算采集或手繪線段的長度。

圖6 現(xiàn)地拍照功能

2.6 設置

此功能在右上角“設置”按鈕當中。

（1）底圖偏移、自動糾偏

當矢量數(shù)據(jù)與遙感影像存在偏移時，可以使用這兩個功能進行糾偏。點擊“地圖糾偏”在現(xiàn)地采集偏移前和偏移后的坐標，計算偏移量并保存，然后點擊“自動糾偏”即可實現(xiàn)。

（2）小班定位

當需要查看底層二類數(shù)據(jù)（“一張圖”數(shù)據(jù)）指定小班的位置或?qū)傩孕畔r使用，點擊 “小班定位”，輸入該小班的縣、鄉(xiāng)、村、林班、小班信息立即定位到該小班位置。

（3）地圖導航

在地圖中指定目標點進行地圖導航。點擊“地圖導航”，出現(xiàn)如圖7的界面，目標點可以選擇直接輸入坐標或取地圖中紅十字叉點位坐標的方法，點擊“目標定位”測算目標距離，點擊“開始導航”會出現(xiàn)當前定位點到目標點的導航路徑。

圖7 地圖導航功能

（4）數(shù)據(jù)字典

點擊“數(shù)據(jù)字典”，可以查看因子代碼表、行政代碼表、圖層參數(shù)表。

3 結論與展望

3.1 結論

本文開發(fā)在Android移動設備開發(fā)的森林資源外業(yè)采集系統(tǒng)，良好的可擴展性不僅能夠滿足當前的工作需求，也能應對未來可能出現(xiàn)的各類外業(yè)調(diào)查工作。采集系統(tǒng)解決了遼寧省目前存在的各類采集工作平臺不同、操作習慣不同、數(shù)據(jù)格式不同的現(xiàn)象，節(jié)約了開發(fā)資源，節(jié)省了開發(fā)成本。

3.2 展望

系統(tǒng)是以縣區(qū)為單位進行應用的，沒有配套的空間數(shù)據(jù)管理服務器，難以大規(guī)模地應用于大范圍的森林資源外業(yè)調(diào)查，如市級、省級的空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量之多、之大，不可能使用人工直接管理。搭建空間數(shù)據(jù)管理服務器可以在采集前直接從網(wǎng)上下載柵格和矢量空間數(shù)據(jù)，調(diào)查結束后再將調(diào)查結果通過網(wǎng)絡上傳到服務器。這種方式不但節(jié)省作業(yè)成本，也將推進“互聯(lián)網(wǎng)＋林業(yè)”的發(fā)展。