森林資源調(diào)查與督查的移動GIS研發(fā)及應(yīng)用

魏芬娟，陳崇成，葉曉燕，陳 功

1.福州大學(xué) 空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州350116

2.福州大學(xué) 地理空間信息技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，福州350116

1 引言

森林資源調(diào)查與督查工作能夠掌握森林資源的數(shù)量、質(zhì)量和生長動態(tài)等，以保證森林資源在國民經(jīng)濟(jì)中得到充分保護(hù)與利用。當(dāng)前的森林資源調(diào)查與督查工作仍然停留在傳統(tǒng)人工作業(yè)模式，暴露出許多問題，如：依靠人工手動作業(yè)工作量大，工作效率低；違法地塊統(tǒng)計(jì)分析困難；森林環(huán)境中復(fù)雜的地形以及通訊條件的不足導(dǎo)致信息反饋不及時(shí)；不能隨時(shí)隨地督查執(zhí)法，無法真正滿足現(xiàn)場督查的需求。轉(zhuǎn)變森林資源調(diào)查與督查工作模式，創(chuàng)新森林資源監(jiān)測思路與方法已是大勢所趨[1-3]。

隨著移動智能終端的普及，無線通訊技術(shù)以及3S技術(shù)的發(fā)展，森林資源調(diào)查與督查技術(shù)手段也取得了重大突破，從傳統(tǒng)的人工作業(yè)模式轉(zhuǎn)向移動GIS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。與傳統(tǒng)C/S 和B/S 的GIS 系統(tǒng)相比，移動GIS 系統(tǒng)具有良好的移動性和分布性?；谖恢梅?wù)的移動GIS 系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的信息收集、傳遞與使用方式，具有數(shù)據(jù)采集靈活性高、數(shù)據(jù)傳輸方便等特點(diǎn)，能夠快捷、方便、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)森林資源的調(diào)查與督查[4-10]。

由于森林環(huán)境通常沒有移動通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基于蜂窩的移動通訊系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無法進(jìn)行正常工作[11]。北斗衛(wèi)星通信具有全天候、無盲區(qū)的特點(diǎn)，能夠全天候?qū)崟r(shí)提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航及短報(bào)文通訊服務(wù)[12]。其中北斗短報(bào)文衛(wèi)星通訊機(jī)制可以有效地解決上述無通訊網(wǎng)絡(luò)的問題。目前基于北斗短報(bào)文通訊方式的移動信息監(jiān)控系在海洋測量實(shí)時(shí)監(jiān)測[13]、危機(jī)救災(zāi)搶險(xiǎn)[14]、高精度地理信息繪制[15]以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[16]等方面有著巨大的應(yīng)用需求。

綜上所述，本文從森林資源調(diào)查與督查實(shí)際需求出發(fā)，以森林調(diào)查與督查信息管理為重點(diǎn)，使用ArcGIS for Android 開發(fā)，以3S 技術(shù)、北斗短報(bào)文通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心，以森林資源專題信息為基礎(chǔ)，集森林資源調(diào)查與督查為一體的移動智能終端系統(tǒng)，為森林資源調(diào)查與督查提供高效、準(zhǔn)確和科學(xué)的信息服務(wù)，更好地實(shí)現(xiàn)森林資源信息化建設(shè)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用層次化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，總共分為五層，分別為采集層、支撐層、服務(wù)層、接口層和應(yīng)用層，它們相互形成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)總體架構(gòu)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

采集層是數(shù)據(jù)層的主要來源，GPS采集自身定位數(shù)據(jù)與行走軌跡數(shù)據(jù)；相機(jī)、錄音、視頻等工具采集多媒體數(shù)據(jù)；手繪小班數(shù)據(jù)是森林資源調(diào)查、督查過程中采集矢量數(shù)據(jù)的重要手段；傳感器模塊采集傳感器獲得的森林環(huán)境因子數(shù)據(jù)。

支撐層是構(gòu)成系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與管理功能，將森林資源基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)定制成符合系統(tǒng)需求的數(shù)據(jù)包，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持。

接口層是面向應(yīng)用程序服務(wù)，包括離線地圖服務(wù)、地理數(shù)據(jù)服務(wù)和移動位置服務(wù)，為接口層提供后臺支持，是接口層功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

接口層給各類應(yīng)用程序提供了開發(fā)接口，所有應(yīng)用程序都基于接口層提供的API（Application Programming Interface）進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)主要采用以Android 為操作系統(tǒng)的北斗手持機(jī)為操作設(shè)備，因此選擇ArcGIS for Android和北斗短報(bào)文接口對系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地圖功能、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、森林資源調(diào)查與錄入、位置感知、違法督查管理、傳感器數(shù)據(jù)的接入與展示等功能。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題應(yīng)用數(shù)據(jù)兩部分。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫總體結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫包括森林資源矢量數(shù)據(jù)、森林資源屬性數(shù)據(jù)和調(diào)查區(qū)域影像數(shù)據(jù)。森林資源矢量數(shù)據(jù)即森林資源點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)；森林資源屬性數(shù)據(jù)主要包括森林調(diào)查過程中主要調(diào)查指標(biāo)，如地類、森林類別、樹種、優(yōu)勢樹種、齡級、齡組、竹度與生產(chǎn)期、立地因子、其他等[17]；調(diào)查區(qū)域影像數(shù)據(jù)就是調(diào)查區(qū)域的離線切片數(shù)據(jù)。

專題應(yīng)用數(shù)據(jù)庫包括軌跡管理數(shù)據(jù)、森林違法督查數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)和森林環(huán)境因子傳感器數(shù)據(jù)。軌跡管理數(shù)據(jù)包括軌跡路線和軌跡描述數(shù)據(jù)；森林違法督查數(shù)據(jù)包括森林違法標(biāo)記和違法督查記錄；多媒體數(shù)據(jù)包括照片、音頻、視頻等；森林環(huán)境因子傳感器數(shù)據(jù)包括溫濕度、二氧化碳、火焰以及傳感器節(jié)點(diǎn)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。

2.3 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)森林資源調(diào)查與督查業(yè)務(wù)要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要功能有基礎(chǔ)地圖功能、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、位置感知、森林資源調(diào)查與錄入、違法督查管理、傳感器數(shù)據(jù)的接入與展示等功能模塊，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（1）基礎(chǔ)地圖：主要負(fù)責(zé)離線地圖的加載、顯示和操作。電子地圖是在移動智能終端上遙感影像、矢量數(shù)據(jù)的疊加及可視化。地圖操作包括放大、縮小、平移、點(diǎn)選、清除要素、屬性信息查詢等。圖層管理包括圖層的渲染、添加、移除、隱藏、圖層排序等。

（2）數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與外界數(shù)據(jù)的交換功能，達(dá)到數(shù)據(jù)的同步。主要包括矢量數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)、工作記錄等，數(shù)據(jù)文件以Shapefile、XML 等文件格式為主。

（3）位置感知：通過移動智能終端內(nèi)嵌的GPS 模塊和傳感器上的北斗模塊獲取當(dāng)前位置信息和傳感器實(shí)時(shí)位置信息。將位置信息通過基礎(chǔ)地圖模塊實(shí)現(xiàn)目標(biāo)地理位置的可視化顯示，實(shí)現(xiàn)位置感知。還可以利用GPS 實(shí)現(xiàn)行走軌跡的繪制，并對軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行增加、修改、顯示與刪除等操作。

（4）森林資源調(diào)查與錄入：通過手繪圖形或自身軌跡標(biāo)繪出邊界，并在繪制結(jié)束后添加對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)與多媒體數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還提供數(shù)據(jù)編輯功能，如數(shù)據(jù)刪除、節(jié)點(diǎn)編輯、屬性編輯和圖形編輯等。圖形編輯包括圖形分割、合并、裁剪和擴(kuò)展。

（5）違法督查管理：在森林資源督查過程中，若遇到森林資源違法事件的發(fā)生，可以對違法事件進(jìn)行標(biāo)注并對違法事件進(jìn)行記錄。

（6）傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接入與展示：利用北斗短報(bào)文衛(wèi)星通訊功能，將調(diào)查與督查區(qū)域的傳感器數(shù)據(jù)在沒有移動通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋的條件下，實(shí)時(shí)接入與展示，并在地圖上標(biāo)注傳感器的位置。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 ArcGIS for Android

ArcGIS for Android 是ESRI 為Android 系統(tǒng)專門提供的開發(fā)包，它支持Java語言開發(fā)應(yīng)用程序。主要為Android 系統(tǒng)的開發(fā)者提供了ArcGIS 的圖形處理表達(dá)接口，使得開發(fā)更加簡潔高效，也為移動GIS 系統(tǒng)開發(fā)開辟了廣闊的道路[18-19]。將系統(tǒng)部署在Android 智能終端上，能夠?qū)崿F(xiàn)地理信息的豐富展現(xiàn)、多樣的地理分析以及常規(guī)的外業(yè)數(shù)據(jù)采集等?；贏rcGIS for Android的移動GIS二次開發(fā)提供的功能如下：

（1）地圖功能：提供移動端的地圖服務(wù)，提供地圖的可視化以及對地圖觸屏操作與繪制功能。

（2）查詢和識別功能：空間要素、屬性要素的查詢與識別等。

（3）數(shù)據(jù)處理：提供地理處理工具，如緩沖區(qū)分析等。

（4）要素編輯：屬性編輯、幾何編輯等。

3.2 移動位置服務(wù)

移動位置服務(wù)是移動位置服務(wù)是移動通訊技術(shù)、空間定位技術(shù)、移動GIS 與無線傳感器等相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的基于地理位置信息的移動信息服務(wù)。移動位置服務(wù)的興起為移動GIS 用戶帶來了極大的便利，兩者的結(jié)合滿足了大量大眾化的地理信息需求[20-23]。

目前基于位置服務(wù)的定位系統(tǒng)主要基于GPS定位、基站定位、北斗定位等方式。GPS與北斗定位技術(shù)在導(dǎo)航、野外數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[24]。將GPS與北斗定位相結(jié)合，既增加了定位精度也避免了通信盲區(qū)。

GPS定位是Android系統(tǒng)內(nèi)嵌的GPS模塊通過位置管理器LocationManager 來獲取當(dāng)前位置信息，并將當(dāng)前位置在地圖上顯示。北斗定位是通過北斗短報(bào)文信息中的定位數(shù)據(jù)將傳感器的位置實(shí)時(shí)顯示在地圖上。

由于GPS、北斗獲取的位置是WGS84 坐標(biāo)的經(jīng)緯度信息，需要通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后才能在地圖上顯示。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要將WGS84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到空間直角坐標(biāo)系，再進(jìn)行空間直角坐標(biāo)系的七參數(shù)轉(zhuǎn)換，最后將空間直角坐標(biāo)新轉(zhuǎn)為大地坐標(biāo)系[25]。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.3 離線空間數(shù)據(jù)存儲

離線空間數(shù)據(jù)存儲就是將所有的數(shù)據(jù)都存儲在本地智能終端上。數(shù)據(jù)的讀取、顯示、編輯、保存都是通過本地?cái)?shù)據(jù)庫完成的。

3.3.1 File存儲

Android系統(tǒng)的File存儲包括內(nèi)部存儲空間（Internal Storage）和外部存儲空間（External Storage）。Android系統(tǒng)采用Java IO 庫提供的Input 和Output 接口實(shí)現(xiàn)文件導(dǎo)入導(dǎo)出操作。系統(tǒng)中遙感影像切片數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)的存儲使用的就是File存儲。

3.3.2 矢量數(shù)據(jù)存儲

（1）SQLite數(shù)據(jù)庫

SQLite是一套輕型的關(guān)系式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，具有便攜易用、占用資源少的優(yōu)點(diǎn)，通常無需任何配置即可完成部署，其跨平臺的特性支持幾乎所有主流的操作系統(tǒng)平臺，也常用于嵌入式的解決方案[26]。針對目前大多數(shù)GIS 系統(tǒng)在處理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)時(shí)都是將兩者分開存放和管理，這種方式不能保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。系統(tǒng)將SQLite數(shù)據(jù)庫嵌入到移動GIS系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)空間和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，確保數(shù)據(jù)完整性[27]。

系統(tǒng)通過擴(kuò)展Android 的幫助類SQLiteOpenHelper來維護(hù)和操作數(shù)據(jù)庫和表，將數(shù)據(jù)都存儲在SQLite數(shù)據(jù)庫中，以便于數(shù)據(jù)的存儲、加載、更新和導(dǎo)入導(dǎo)出等操作。目前ArcGIS for Android 在離線數(shù)據(jù)方面只支持切片數(shù)據(jù)離線存儲，而不支持矢量數(shù)據(jù)的離線存儲。為了實(shí)現(xiàn)離線空間數(shù)據(jù)存儲，需要把Shapefile文件導(dǎo)入到SQLite 空間數(shù)據(jù)庫中，再將數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入到本地Android系統(tǒng)中。

（2）幾何對象存儲格式

WKT（Well-Known-Text）格式是由開放地理空間信息聯(lián)盟（OGC）指定的一種與矢量幾何對象的轉(zhuǎn)換的文本標(biāo)記語言[28]。先將幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成WKT 格式數(shù)據(jù)，存儲在SQLite 數(shù)據(jù)中，當(dāng)讀取幾何數(shù)據(jù)時(shí)，將WKT 格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的點(diǎn)、線、面并在屏幕上實(shí)現(xiàn)可視化。

3.4 北斗短報(bào)文

北斗短報(bào)文是中國衛(wèi)星導(dǎo)航的原創(chuàng)功能，是北斗系統(tǒng)的三大功能之一。北斗短報(bào)文的一次通信最大容量為120 個(gè)漢字，能滿足森林資源調(diào)查與督查數(shù)據(jù)的傳輸要求。

在森林復(fù)雜環(huán)境下，通過分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成森林環(huán)境數(shù)據(jù)的采集。由傳感器端完成信息融合，通過北斗短報(bào)文發(fā)送至智能終端，完成森林環(huán)境數(shù)據(jù)的存儲與可視化。這種數(shù)據(jù)采集方式可以很好地滿足森林環(huán)境下長時(shí)間、跨地域以及無人值守的應(yīng)用需要。

系統(tǒng)通過接收北斗短報(bào)文廣播的方式獲取傳感器的數(shù)據(jù)，也可通過發(fā)送北斗短報(bào)文廣播來發(fā)送短報(bào)文進(jìn)行實(shí)時(shí)的通訊交互。短報(bào)文信息是通過廣播中相應(yīng)Bundle數(shù)據(jù)提取出對應(yīng)字段數(shù)據(jù)，將獲取的字段數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)插入數(shù)據(jù)庫并顯示，傳感器的實(shí)時(shí)位置通過基礎(chǔ)地圖來展示。北斗短報(bào)文的接入與展示步驟如下：

（1）利用Android 系統(tǒng)的廣播機(jī)制定義一個(gè)接收器BroadcastReceiver（廣播接收者）對接收北斗短報(bào)文廣播進(jìn)行監(jiān)聽，廣播標(biāo)識如表1所示。

表1 廣播標(biāo)識

（2）重寫onRecieve（）方法，在onRecieve（）中獲取Bundle數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 Bundle數(shù)據(jù)

（3）獲取到的TXR_Content 為短報(bào)文內(nèi)容，格式為“經(jīng)度，緯度，環(huán)境因子1，環(huán)境因子2，環(huán)境因子3…”。以“，”為分界點(diǎn)，對短報(bào)文內(nèi)容進(jìn)行分割，得到各個(gè)字段后實(shí)時(shí)插入數(shù)據(jù)庫中。

（4）ListView實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)信息。

（5）經(jīng)緯度數(shù)據(jù)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在地圖上實(shí)時(shí)標(biāo)注。

4 系統(tǒng)在平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)中的應(yīng)用

選用的移動智能終端為北斗手持機(jī)W135，操作系統(tǒng)為Android5.1，內(nèi)存總?cè)萘?6.54 GB，內(nèi)置GPS 與北斗模塊，擁有接收北斗短報(bào)文與北斗定位的能力，滿足系統(tǒng)硬件需求。

系統(tǒng)應(yīng)用示范區(qū)域?yàn)楦＝ㄊ∑教毒C合實(shí)驗(yàn)區(qū)，平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)位于福建省東部，與臺灣隔海相望，位于119°32′～120°10′E，25°15′～25°45′N之間。實(shí)驗(yàn)區(qū)面積為372 km2，森林林種以防護(hù)林為主，從森林資源分布上來看，具有較強(qiáng)的代表性。多年來的生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)，使平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的森林資源狀況變化巨大，需要進(jìn)行森林資源調(diào)查與督查工作，確定森林資源現(xiàn)狀，保護(hù)生態(tài)建設(shè)的成果。由于往年的調(diào)查與督查手段自動化程度低，所以使用該系統(tǒng)在平潭實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

以平潭實(shí)驗(yàn)區(qū)的遙感影像數(shù)據(jù)作為參考底圖。根據(jù)森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)程中的調(diào)查范圍與內(nèi)容，系統(tǒng)以各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的森林資源面數(shù)據(jù)為參考依據(jù)，以地類、樹種、優(yōu)勢樹種、林地面積等為屬性數(shù)據(jù)；以傳感器數(shù)據(jù)為調(diào)查與督查的輔助手段，進(jìn)行森林調(diào)查與督查工作。

圖4 系統(tǒng)工作流程圖

（1）實(shí)現(xiàn)地圖模塊的基本功能，包括量距、量面等地圖工具的實(shí)現(xiàn)以及個(gè)人與傳感器的定位與軌跡管理，為森林調(diào)查與督查工作提供輔助工具。

（2）實(shí)現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)的查詢以及新增森林小班位置、屬性信息以及現(xiàn)場多媒體數(shù)據(jù)的采集與編輯，采集任務(wù)結(jié)束后，可通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理。

（3）實(shí)現(xiàn)對森林違法事件進(jìn)行督查與監(jiān)測工作，可在現(xiàn)場記錄森林違法事件，包括違法事件標(biāo)注以及違法督查屬性記錄，系統(tǒng)通過傳感器實(shí)時(shí)傳回的森林環(huán)境因子數(shù)據(jù)對森林環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與應(yīng)急。

根據(jù)森林資源調(diào)查與督查的步驟與功能，系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

4.1 輔助工具

4.1.1 電子地圖與操作工具

電子地圖用來加載顯示影像數(shù)據(jù)，以其作為參考底圖，能夠直觀了解森林資源基本情況。在電子地圖上可通過地圖操作按鈕（如圖5 所示）實(shí)現(xiàn)地圖放大、縮小、平移、鎖定地圖、全幅顯示地圖等操作，也可通過連續(xù)點(diǎn)擊地圖進(jìn)行放大或通過兩個(gè)手指進(jìn)行地圖縮放。

圖5 地圖操作工具

系統(tǒng)提供了長度測量和面積測量功能，長度測量時(shí)在地圖上點(diǎn)擊繪制測量的線段，地圖上會以黑色的線標(biāo)識測量線段，當(dāng)測量點(diǎn)數(shù)到達(dá)兩個(gè)，界面中會顯示當(dāng)前線段的長度；面積測量時(shí)，在地圖上點(diǎn)擊繪制測量的多邊形，地圖上會以黃色標(biāo)識出測量多邊形。當(dāng)測量點(diǎn)數(shù)到達(dá)三個(gè)，界面中方會顯示當(dāng)前多邊形的面積。

4.1.2 圖層管理

圖層管理包括圖層的添加、移除、隱藏、排序以及渲染等功能。將需要調(diào)查與督查的圖層導(dǎo)入到項(xiàng)目中，根據(jù)需求進(jìn)行圖層添加、移除、隱藏及圖層排序。為了使用戶在地圖上更加直觀地了解圖層數(shù)據(jù)，可對圖層進(jìn)行渲染。圖層渲染包括對圖層樣式和顏色進(jìn)行設(shè)置、對圖層的標(biāo)注進(jìn)行控制、選擇是否標(biāo)注或標(biāo)注的字段以及控制圖層顯示的比例尺等，圖層渲染設(shè)置界面如圖6所示。

圖6 圖層渲染設(shè)置界面

4.1.3 軌跡管理

野外工作人員可以利用GPS 定位自動記錄調(diào)查軌跡，提供工作信息管理、軌跡回放等功能。調(diào)查人員可以通過軌跡路線來規(guī)劃調(diào)查路線，更加合理安排后續(xù)工作。

在軌跡采集過程中，先創(chuàng)建軌跡，即輸入軌跡名稱和軌跡描述后開始記錄軌跡，在軌跡記錄過程中需要暫停時(shí)可點(diǎn)擊暫停鍵暫停軌跡記錄，軌跡記錄結(jié)束后，軌跡數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)提供對軌跡進(jìn)行地圖定位查看、軌跡編輯、軌跡刪除、清空軌跡、打開軌跡文件、導(dǎo)出軌跡文件等功能選項(xiàng)，如圖7所示。

圖7 軌跡管理圖

4.2 在森林資源調(diào)查中使用

在調(diào)查過程中，若發(fā)現(xiàn)新的小班數(shù)據(jù)或是原有小班數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，可選中小班數(shù)據(jù)所在的圖層進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與編輯。當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的小班數(shù)據(jù)時(shí)可通過手繪的方式采集邊界信息并添加屬性與多媒體信息；當(dāng)原有小班數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，可直接編輯數(shù)據(jù)的屬性、空間位置、圖形形狀等，調(diào)查流程圖如圖8所示。

圖8 森林資源調(diào)查流程圖

（1）屬性編輯是對小班數(shù)據(jù)的屬性進(jìn)行修改。屬性編輯可以編輯基本屬性信息，如樹種組成、地塊號、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、修改時(shí)間等信息，也可添加多媒體數(shù)據(jù)，如照片、視頻、音頻等。多媒體數(shù)據(jù)更直觀地反應(yīng)了現(xiàn)場實(shí)地情況，方便后期的核查工作。

（2）空間位置編輯不僅改變小班數(shù)據(jù)的屬性信息，還可以改變空間位置信息。在手繪過程中，選中某一節(jié)點(diǎn)，被選中的節(jié)點(diǎn)顏色會發(fā)生變化，點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)移動后的位置，實(shí)現(xiàn)空間位置上的修改。手繪與屬性編輯圖如圖9所示。

圖9 數(shù)據(jù)采集與編輯示例圖

（3）圖形編輯是實(shí)現(xiàn)圖形的分割、合并、裁剪以及擴(kuò)展等編輯功能。圖形編輯后小班的個(gè)數(shù)發(fā)生變化，其屬性也會隨之發(fā)生變化。①在圖形分割后，面積較大的小班保留原有屬性，面積較小的需要手動添加屬性；②圖形合并是將先后選擇的兩個(gè)小班數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，合并后的小班數(shù)據(jù)默認(rèn)保留后一個(gè)選擇的小班屬性；③圖形裁剪與擴(kuò)展不會影響其屬性，實(shí)現(xiàn)效果如圖10所示。

圖10 圖形編輯效果圖

根據(jù)林業(yè)資源調(diào)查技術(shù)規(guī)程可知，采集完的數(shù)據(jù)需要導(dǎo)出至PC端進(jìn)行森林資源數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與成圖等。圖11為導(dǎo)入ArcGIS 后的采集數(shù)據(jù)。在軟件中可以直觀明顯地看出森林資源調(diào)查過程中有哪些小班發(fā)生變化。也可進(jìn)行專題圖的制作與統(tǒng)計(jì)等工作。

圖11 采集數(shù)據(jù)前后對比圖

4.3 在森林資源督查中使用

4.3.1 違法事件管理

當(dāng)督查人員在督查區(qū)域過程中發(fā)現(xiàn)違法用地或是違法行為時(shí)，可進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)記、記錄與取證工作，如圖12。督查人員可以通過數(shù)據(jù)采集標(biāo)繪違法區(qū)域或標(biāo)注違法位置，通過屬性編輯記錄違法事件以及現(xiàn)場拍照、錄音、視頻等取證工作。

圖12 違法事件督查流程圖

違法事件采集的數(shù)據(jù)主要包括違法當(dāng)事人信息、督查記錄、移交處理記錄、作案工具等。當(dāng)事人信息是在有違法當(dāng)事人的情況下對當(dāng)事人的信息進(jìn)行采集與存儲；督查記錄包括違法性質(zhì)、發(fā)現(xiàn)時(shí)間、發(fā)現(xiàn)形式、是否有違法當(dāng)事人、是否立案、處理結(jié)果、處理方式等，如圖13所示。當(dāng)事人是記錄違法當(dāng)事人的基本信息，如姓名、住址、身份證號等；移交處理記錄是無法現(xiàn)場解決的違法事件可以移交到上一級進(jìn)行處理；作案工具是在有作案工具的事件中對作案工具數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與存儲。

添加違法督查記錄后，可在有通訊條件的情況下進(jìn)行違法督查記錄傳輸，也可以在PC 端查看違法督查記錄表，如圖14所示。

4.3.2 傳感器數(shù)據(jù)接入與顯示

傳感器能獲取自身的經(jīng)緯度信息以及森林中的各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫濕度、熱紅外、CO、煙霧及火焰等。多種傳感器收集的環(huán)境數(shù)據(jù)為森林環(huán)境參數(shù)的動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測提供支持。通過北斗短報(bào)文，將這些環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至北斗移動終端上，能解決長時(shí)間、遠(yuǎn)距離、無人值守的情況下對森林環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測工作。

圖13 違法督查記錄圖

圖14 違法督查數(shù)據(jù)記錄圖

傳感器的接入是通過北斗短報(bào)文通訊將傳感器獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取并存儲在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。傳感器數(shù)據(jù)的顯示就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化，包括列表形式的數(shù)據(jù)展示和地圖標(biāo)注的位置展示，如圖15 所示。傳感器的接入與展示加快了對森林環(huán)境應(yīng)急事件的響應(yīng)。當(dāng)某一環(huán)境參數(shù)發(fā)生很大的變化或是超出正常范圍時(shí)，督查人員能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題并鎖定傳感器的位置，進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度工作。

圖15 傳感器數(shù)據(jù)的接入與展示圖

將傳感器傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，傳感器數(shù)據(jù)共發(fā)送31 條，接收到31 條。證明在數(shù)據(jù)接收與展示時(shí)并無數(shù)據(jù)的丟包現(xiàn)象，體現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的有效性。

5 結(jié)束語

本文以森林資源調(diào)查與督查業(yè)務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，在ArcGIS for Android 的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開發(fā)，闡述了系統(tǒng)的總體架構(gòu)和功能，分析了系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了面向森林資源調(diào)查與督查的移動GIS 系統(tǒng)。調(diào)查人員能直接在調(diào)查現(xiàn)場對森林資源小班數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，大大減少了內(nèi)外業(yè)分離的出錯(cuò)幾率。這對于改變傳統(tǒng)的森林資源調(diào)查與督查方式具有十分重要的意義。

（1）利用GPS、北斗定位來輔助森林資源野外調(diào)查工作，提高采集數(shù)據(jù)的精度，為調(diào)查人員構(gòu)建了一個(gè)高精度、一體化數(shù)據(jù)森林資源調(diào)查系統(tǒng)，逐步摒棄低效、誤差大的作業(yè)方式。

（2）建立起一個(gè)“數(shù)字化”的森林資源調(diào)查作業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)對調(diào)查與督查數(shù)據(jù)的規(guī)范、科學(xué)、有效的管理，為建立標(biāo)準(zhǔn)化的森林資源調(diào)查與督查規(guī)程提供依據(jù)。

（3）系統(tǒng)利用北斗短報(bào)文技術(shù)將傳感器獲取的數(shù)據(jù)應(yīng)用到森林督查中具有前瞻性，實(shí)現(xiàn)環(huán)境因子數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)測，這也是未來森林調(diào)查與督查的監(jiān)測方向。將傳感器數(shù)據(jù)與離線電子地圖結(jié)合，既能實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)，又能在應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)第一時(shí)間定位到具體位置。

（4）實(shí)驗(yàn)表明，此系統(tǒng)功能全面，運(yùn)行穩(wěn)定且適用范圍廣，可以滿足在復(fù)雜的森林環(huán)境下的森林資源調(diào)查與督查要求，能有效改善森林資源調(diào)查與督查手段。