基于地理位置信息的智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)Android數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

秦榮波

摘 要：在傳統(tǒng)的鄉(xiāng)村建設(shè)和管理過(guò)程中，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員往往要實(shí)地到戶采集建筑、房屋、戶籍、人員、照片以及空間位置信息，工作效率低下。為了有效提升信息采集效率，本文使用ArcGIS SDK for Android開(kāi)發(fā)包作為地理信息支撐，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：地理位置信息;數(shù)據(jù)采集;ArcGIS SDK for Android

中圖分類號(hào)：TP274.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）01-0005-04

Abstract： In the traditional rural construction and management process， township staff often collect information from buildings， houses， registered residence， personnel， photos and space location， and work efficiency is low. In order to effectively improve the efficiency of information collection， this paper used ArcGIS SDK for Android development kit as the support of geographic information to design and develop a smart Township data collection system.

Keywords： geographic location information;data collection;ArcGIS SDK for Android

地理信息技術(shù)與其他領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合是地理信息發(fā)展的方向，其可激發(fā)出自身的內(nèi)在活力。地理信息技術(shù)已經(jīng)廣泛服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)各行各業(yè)。伴隨鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的提出，在智慧小城鎮(zhèn)建設(shè)中，地理信息技術(shù)能夠從空間上管理城鎮(zhèn)建設(shè)等相關(guān)信息。同時(shí)，隨著5G技術(shù)的興起，互聯(lián)網(wǎng)信息化辦公作業(yè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)得以推進(jìn)。地理信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)融合將是智慧小城鎮(zhèn)建設(shè)的趨勢(shì)。當(dāng)前，地理位置信息數(shù)據(jù)采集移動(dòng)系統(tǒng)得以應(yīng)用[1]，開(kāi)發(fā)人員可借助第三方公司的移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)包快速滿足APP中的地理相關(guān)模塊需求[2]。目前開(kāi)發(fā)的此類APP已經(jīng)應(yīng)用到校園的數(shù)據(jù)采集與土地變更調(diào)查方面[3-4]。本文依據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)功能需求，使用ArcGIS SDK for Android開(kāi)發(fā)包作為地理信息支撐，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺(tái)采集系統(tǒng)APP。

1 需求現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)采集移動(dòng)端是智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺(tái)項(xiàng)目的重要組成部分。項(xiàng)目已準(zhǔn)備有全鄉(xiāng)鎮(zhèn)影像柵格數(shù)據(jù)、行政界線shapefile矢量數(shù)據(jù)。同時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方已經(jīng)收到來(lái)自鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院的戶籍人口基本臺(tái)賬，該數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性一般，數(shù)據(jù)庫(kù)中存在部分人口已經(jīng)死亡、新出生的小孩不在數(shù)據(jù)表中的情況，但絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)可使用?，F(xiàn)在需要鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員基于室內(nèi)無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)識(shí)別或通過(guò)實(shí)際走訪方式采集全鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房屋數(shù)據(jù)、戶籍?dāng)?shù)據(jù)以及人員屬性數(shù)據(jù)，然后對(duì)建筑物和人員進(jìn)行拍照，以獲取照片數(shù)據(jù)。同時(shí)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦事工作人員一般年齡偏高，對(duì)新事物的掌握速度較為緩慢。

2 系統(tǒng)建設(shè)分析

鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員實(shí)地到戶采集數(shù)據(jù)，往往借助紙質(zhì)表格。首先到所在地點(diǎn)對(duì)采集對(duì)象進(jìn)行調(diào)查，接著對(duì)表格列舉項(xiàng)進(jìn)行填寫(xiě)，實(shí)地采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，才能使數(shù)據(jù)滿足要求。在該過(guò)程中，往往面臨如下問(wèn)題。

2.1 信息化作業(yè)水平較低

工作人員要想正確或者全面地核實(shí)信息，需要參考已有數(shù)據(jù)。這需要備選一定紙質(zhì)資料，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)居民會(huì)有零散居住的情況，挨戶采集數(shù)據(jù)將會(huì)增加攜帶與翻閱資料的不便性。

2.2 數(shù)據(jù)無(wú)空間屬性信息

過(guò)去采集數(shù)據(jù)時(shí)，更多的是采集對(duì)象屬性信息，未加入地理坐標(biāo)，因而缺少空間位置屬性信息。采集的數(shù)據(jù)本身無(wú)法定位到地理底圖，這不利于整個(gè)智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺(tái)的建設(shè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間直觀展示與空間分析。

APP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，是方便鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員錄入數(shù)據(jù)的工具，因此開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮如下幾方面。

2.2.1 易使用性。鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員受教育文化水平相對(duì)不高，而年輕工作人員較少。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，只需要提供簡(jiǎn)單輸入表單。同時(shí)，輸入數(shù)據(jù)框盡可能是下拉選項(xiàng)卡，以便工作人員直接選擇，避免輸入時(shí)出現(xiàn)格式、數(shù)據(jù)等錯(cuò)誤。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺(tái)后臺(tái)代碼編寫(xiě)完成后，將其部署到服務(wù)器。接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的采集APP一般在野外作業(yè)，山區(qū)信號(hào)穩(wěn)定性往往不能得到保障。因此，開(kāi)發(fā)時(shí)可現(xiàn)場(chǎng)將采集的表單屬性信息和相關(guān)照片信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在APP本地端，選擇好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上傳數(shù)據(jù)到服務(wù)器。

2.2.3 邏輯檢校性。整個(gè)APP采集系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)邏輯相關(guān)性。APP采集系統(tǒng)提供給工作人員的人員信息錄入界面中，年齡不能為負(fù)值。建筑物信息方面，當(dāng)選擇關(guān)聯(lián)的房屋為單戶時(shí)，只能填寫(xiě)一個(gè)房屋信息，而為多戶時(shí)，則需要填寫(xiě)多個(gè)房屋信息。戶籍人員與房屋關(guān)聯(lián)人員不能出現(xiàn)同一身份證下人員重復(fù)的情況。

采集APP使用ArcGIS SDK for Android開(kāi)發(fā)，發(fā)布的地理底圖采用WGS84坐標(biāo)系，與Android自帶的GPS定位模塊坐標(biāo)系無(wú)縫銜接，無(wú)須坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。開(kāi)發(fā)人員使用ArcGIS Server發(fā)布無(wú)人機(jī)影像數(shù)據(jù)和行政界線數(shù)據(jù)，為WMS地圖服務(wù)，以此作為采集APP的地理底圖，同時(shí)使用Navicat for Sqlite軟件，以Excel表格形式將鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院戶籍人口信息制作成SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)。APP提供了數(shù)據(jù)采集錄入界面，實(shí)現(xiàn)與本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)交互。APP采集系統(tǒng)采用離線存儲(chǔ)數(shù)據(jù)方式，將屬性信息、照片信息保存于手機(jī)本地，在數(shù)據(jù)上傳之前可做增加、刪除、修改等操作。野外數(shù)據(jù)采集完成后，工作人員可借助WIFI較好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上傳離線數(shù)據(jù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地理位置信息技術(shù)

移動(dòng)采集APP系統(tǒng)使用ArcGIS SDK for Android作為地圖展現(xiàn)的載體。ArcGIS SDK for Android是ESRI公司移動(dòng)端地圖開(kāi)發(fā)包，該開(kāi)發(fā)包支持OGC組織發(fā)布的WMS、WFS地圖服務(wù)，能快速顯示離線與在線數(shù)據(jù)，同時(shí)提供了一系列操作地理信息數(shù)據(jù)的功能接口。開(kāi)發(fā)人員只要獲得發(fā)布好的WMS地圖服務(wù)，使用MapView類即可將地圖接入展示。此外，ArcGIS SDK for Android的MapView類提供了事件點(diǎn)擊回調(diào)接口，開(kāi)發(fā)人員使用該接口實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)位置的獲取。開(kāi)發(fā)人員可以自定義圖標(biāo)，即可在MapView類上定義定位圖標(biāo)。ArcGIS SDK for Android還提供了多種數(shù)據(jù)圖層加載，點(diǎn)、線、面地理實(shí)體符號(hào)化，本地shapefile矢量數(shù)據(jù)的渲染等接口，極大地滿足開(kāi)發(fā)人員開(kāi)發(fā)移動(dòng)GIS信息系統(tǒng)的需求。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

APP采集系統(tǒng)使用GreenDao作為數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)框架，該框架能實(shí)現(xiàn)由數(shù)據(jù)庫(kù)表到JAVA Bean對(duì)象的快速關(guān)聯(lián)。建立好的數(shù)據(jù)庫(kù)表只需要注記JAVA實(shí)體對(duì)象及主鍵等信息，就能生成表單關(guān)聯(lián)代碼。GreenDao是建立Android的一個(gè)SQLite關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)框架具有性能高、內(nèi)存占用小、庫(kù)存文件小、支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)加密和提供易用操作接口API的特點(diǎn)。調(diào)用GreenDao增、刪、改、查語(yǔ)句，可對(duì)實(shí)體操作，避免寫(xiě)原生復(fù)雜SQL查詢語(yǔ)句而出現(xiàn)錯(cuò)誤，方便離線數(shù)據(jù)的采集和保存。Android開(kāi)發(fā)時(shí)，可以在AndroidManifest.xml中配置Application子類，全局管理SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，其間可使用GreenDao與已收集好的戶籍?dāng)?shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)。其中，APP采集系統(tǒng)具有多個(gè)與數(shù)據(jù)庫(kù)同樣重要的相關(guān)類。

3.2.1 DaoMaster。DaoMaster借助其繼承SQLiteOpenHelper的子類OpenHelper、DatabaseOpenHelper，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建與刪除，本質(zhì)上是調(diào)用SQL語(yǔ)句創(chuàng)建與刪除實(shí)體，其Dao實(shí)現(xiàn)增加與刪除建筑、房屋、照片等數(shù)據(jù)表的函數(shù)為createAllTables和dropAllTables。

3.2.2 DaoSession。DaoSession會(huì)話類實(shí)現(xiàn)了對(duì)Dao層的管理。開(kāi)發(fā)人員可以借助會(huì)話類，篩選未上傳的數(shù)據(jù)條件，也可以查詢某行政村下屬自然村戶籍人口數(shù)據(jù)。

3.2.3 Daos。Daos操作數(shù)據(jù)庫(kù)表元素，其字段的綁定、表的創(chuàng)建與刪除函數(shù)代碼都是由GrennDao自動(dòng)生成的。

3.2.4 Entities。JAVA Bean實(shí)體對(duì)象表示數(shù)據(jù)表持久層，GreenDao提供了表與表之間關(guān)系對(duì)應(yīng)的標(biāo)記。比如，建筑物實(shí)體與房屋實(shí)體、建筑物與照片存在如下代碼的一對(duì)多關(guān)系。同樣可以使用@ToMany標(biāo)記一個(gè)戶籍下對(duì)應(yīng)多個(gè)人的一對(duì)多關(guān)系。

/*一建筑對(duì)應(yīng)多個(gè)房子，一對(duì)多的關(guān)系*/

@ToMany（referencedJoinProperty = "buildinginfo_uuid"）

List entityHouseInfoList;

/*一個(gè)建筑對(duì)應(yīng)多個(gè)照片*/

@ToMany（referencedJoinProperty = "buildinginfo_uuid"）

List entityBuildingPicInfoList;

3.3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)

移動(dòng)APP采集系統(tǒng)與后臺(tái)服務(wù)端網(wǎng)絡(luò)交互采用JSON數(shù)據(jù)格式，該方式做到前后端分離，后臺(tái)一套服務(wù)接口可供移動(dòng)端和Web端同時(shí)使用。APP采集系統(tǒng)集成了RxJava、Retrofit與Okhttp相關(guān)網(wǎng)絡(luò)第三方庫(kù)，這些網(wǎng)絡(luò)相關(guān)jar包能對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)現(xiàn)快速管理，有效解決Android的UI線程耗時(shí)與線程切換的問(wèn)題。其中，Retrofit是網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求封裝，可實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求參數(shù)、請(qǐng)求頭的設(shè)置，而用戶登錄，驗(yàn)證碼獲取以及對(duì)采集的建筑、房屋、人員屬性信息數(shù)據(jù)上傳則由Okhttp完成。Retrofit結(jié)合開(kāi)發(fā)人員的相關(guān)設(shè)置將Okhttp的返回結(jié)果解析給前臺(tái)。開(kāi)發(fā)人員也可以直接使用Retrofit返回的ResponseBody結(jié)果進(jìn)行解析。下面的代碼為請(qǐng)求修改密碼的Retrofit封裝。

@POST（SpptURL.URL_USER_RESET_PASSWORD_Mod）

Observable UserPassWordMod（@FieldMap Map map）;

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)采集路線

APP采集系統(tǒng)按照兩條主線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)，其數(shù)據(jù)采集流程如圖1所示。第一條路線為鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員首先對(duì)戶籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，接著對(duì)人員屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入與拍照。第二條路線為鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員到現(xiàn)場(chǎng)在地圖上正確點(diǎn)擊當(dāng)前建筑物所在的位置，APP采集系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)到建筑物信息界面，在此界面填完信息后對(duì)建筑物拍照，對(duì)應(yīng)選擇錄入該建筑的房屋（家）信息。由于第一條路線已經(jīng)采集好人員數(shù)據(jù)，只需要掛接之前采集好的人員信息數(shù)據(jù)到房屋即可。工作人員按照這兩條路線的順序，可以減少采集數(shù)據(jù)工作量，提高采集速度。

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)采集流程，開(kāi)發(fā)人員需要設(shè)計(jì)出建筑信息表、房屋信息表、戶籍信息表、人員信息表以及照片信息表。建筑信息表與房屋信息表、房屋信息表與人員信息表、戶籍信息表與人員信息表、人員信息表與照片信息表存在一對(duì)多的關(guān)系。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)表，由GreenDao建立與相應(yīng)JAVA的實(shí)體聯(lián)系，其中人員信息表對(duì)應(yīng)的部分字段信息如表1所示。

4.3 系統(tǒng)功能

移動(dòng)端采集APP使用MVC架構(gòu)模式，將頁(yè)面表現(xiàn)層代碼寫(xiě)在活動(dòng)（Activity）中，戶籍信息采集如圖2所示，人員信息采集如圖3所示。其具有五大功能。

4.3.1 用戶管理。用戶需要正確輸入用戶名、密碼以及驗(yàn)證碼，方可登錄。有新用戶時(shí)，可新注冊(cè)用戶。用戶可以修改密碼，而當(dāng)用戶忘記密碼時(shí)可重置密碼。系統(tǒng)的重置密碼功能需要發(fā)送手機(jī)驗(yàn)證碼，以防隨意更改密碼。

4.3.2 數(shù)據(jù)采集。工作人員可以在地圖上依據(jù)影像判別和準(zhǔn)確拾取建筑物位置，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)切換到數(shù)據(jù)采集頁(yè)面，相應(yīng)填寫(xiě)建筑物名稱或房主信息，選擇該鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政村與自然村的行政代碼，同時(shí)對(duì)建筑物進(jìn)行拍照，獲取圖片信息。按照功能設(shè)計(jì)需要，建筑物里往往會(huì)住人，對(duì)于不住人的，無(wú)須關(guān)聯(lián)房屋（家），建筑物里住人的，要填寫(xiě)房屋建筑面積和房屋間數(shù)。房屋住人分為多種情況，需要填寫(xiě)與房屋相關(guān)聯(lián)的人員信息。具體來(lái)說(shuō)，其涉及四個(gè)方面。

一是為了減少工作人員工作量，采集APP以已有戶籍?dāng)?shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，采集人員采集數(shù)據(jù)時(shí)只需要輸入戶主姓名，或者通過(guò)行政村和自然村篩選的方式選擇指定的戶籍?dāng)?shù)據(jù)掛接至新的房屋人員信息中。掛接的數(shù)據(jù)能快速關(guān)聯(lián)人員，這樣需要采集工作者對(duì)人員的姓名、性別、證件類型、證件號(hào)碼、婚姻狀況、民族、與戶主的關(guān)系等信息進(jìn)行一一核對(duì)。

二是通過(guò)更新戶籍掛接人員數(shù)據(jù)，從更新戶籍里找到已經(jīng)處理好的戶籍人口數(shù)據(jù)，然后將其直接掛接到新房人口表中。

三是通過(guò)選擇已有人的方式，將已經(jīng)錄入本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的人員數(shù)據(jù)掛接到本房屋下的人口數(shù)據(jù)中。

四是針對(duì)需要重新錄入的人口，如新出生的小孩，已經(jīng)處理好的戶籍表中沒(méi)有數(shù)據(jù)，提供錄入界面，獲取新的人口信息。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)建筑物下有多家人住的情況時(shí)，可在該建筑下再添加一個(gè)新的房屋。戶籍信息采集界面如圖2所示，人員信息采集界面如圖3所示。

4.3.3 定位功能。采集APP直接借助Android系統(tǒng)提供的GPS定位接口獲取當(dāng)前坐標(biāo)位置信息，為數(shù)據(jù)采集人員在地圖上點(diǎn)擊建筑位置提供參考依據(jù)。

4.3.4 數(shù)據(jù)管理。工作人員通過(guò)該模塊能夠修改和刪除已經(jīng)填寫(xiě)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)刪除存在相互關(guān)聯(lián)性，建筑信息數(shù)據(jù)的刪除意味著關(guān)聯(lián)的房屋、人員數(shù)據(jù)也將被刪除。

4.3.5 數(shù)據(jù)上傳。采集APP提供一鍵上傳功能，將逐條地從建筑、房屋、與關(guān)聯(lián)人員等方面上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器，同時(shí)會(huì)反饋上傳成功與否。

5 結(jié)論

APP采集系統(tǒng)應(yīng)用界面簡(jiǎn)單，能適應(yīng)不同年齡的工作人員群體，使用了當(dāng)?shù)匦l(wèi)生院原有戶籍?dāng)?shù)據(jù)，減少了工作人員錄入數(shù)據(jù)的工作量。采集APP疊加了ArcGIS Server發(fā)布的WMS地圖服務(wù)，同時(shí)提供了定位功能，工作人員能夠依據(jù)該功能快速辨別當(dāng)前所處的位置，起到輔助識(shí)別房屋建筑位置的效果。工作人員在野外就可以在APP上填寫(xiě)數(shù)據(jù)，極大方便了鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員在野外進(jìn)行無(wú)紙化作業(yè)辦公，提高了工作效率。當(dāng)然，采集APP為整個(gè)智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)搭建了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其他方面的相關(guān)數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步完善，這也為APP開(kāi)發(fā)預(yù)留了功能擴(kuò)展的空間。開(kāi)發(fā)人員可以結(jié)合當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)際情況，做功能的擴(kuò)展開(kāi)發(fā)，其間需要因地制宜地加入特定功能，使得采集APP得到廣泛推廣和應(yīng)用。

采集APP通過(guò)位置信息關(guān)聯(lián)至建筑物、房屋、人員，這為整個(gè)智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺(tái)建設(shè)提供數(shù)據(jù)生命力，極大地提高了空間上管理屬性數(shù)據(jù)的能力。采集系統(tǒng)使用移動(dòng)GIS相關(guān)技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村互聯(lián)網(wǎng)信息化水平的提升。數(shù)據(jù)采集是智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺(tái)建設(shè)的前期工作，開(kāi)發(fā)的APP采集系統(tǒng)能夠有效地作為從空間上管理數(shù)據(jù)的工具，同時(shí)對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員信息化辦公起到促進(jìn)作用。未來(lái)，人們要加大研究力度，積極建設(shè)智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺(tái)，利用已經(jīng)采集好的數(shù)據(jù)，結(jié)合地理位置信息進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，為智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

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