基于移動(dòng)GIS的地理野外實(shí)習(xí)輔助APP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李延杰 李世龍 張 震

（安徽理工大學(xué)空間信息與測(cè)繪工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及對(duì)學(xué)生知識(shí)水平和專業(yè)素養(yǎng)要求的提高，未來地理野外實(shí)習(xí)會(huì)被更多高校所接受和引進(jìn)。地理野外實(shí)習(xí)不僅能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)地理知識(shí)的興趣，還可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)物為學(xué)生講解課堂上不易理解的概念，寓教于樂。

鑒于野外實(shí)習(xí)的重要性，越來越多的高校都開設(shè)了野外實(shí)習(xí)課程。然而，在野外實(shí)習(xí)過程中，在考慮人員安全的同時(shí)，還要考慮人員舟車勞頓的問題。在實(shí)習(xí)過程時(shí)，由于缺乏及時(shí)正確的引導(dǎo)，學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)的態(tài)度也會(huì)由前期的興致高昂變成后期的草草了事。所以，一個(gè)具有豐富功能的野外實(shí)習(xí)平臺(tái)是不可或缺的，其在保障學(xué)生安全的同時(shí)，也可完成老師與學(xué)生的實(shí)時(shí)溝通與任務(wù)的實(shí)時(shí)跟進(jìn)。目前，國內(nèi)學(xué)生野外實(shí)習(xí)平臺(tái)的建設(shè)還處于起步階段，無法滿足人才培養(yǎng)的需求，因此對(duì)其從形式到內(nèi)容進(jìn)行徹底的改革已迫在眉睫［1］。

1 需求分析

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中要先進(jìn)行需求分析，要了解用戶對(duì)該系統(tǒng)有什么樣的需求，從而根據(jù)用戶需求進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。廬山地理野外實(shí)習(xí)主要是在廬山地區(qū)開展的，持續(xù)時(shí)間為14 d，包含多條實(shí)習(xí)路線，涉及地質(zhì)、地貌、植被、土壤、氣象等多個(gè)專題內(nèi)容。實(shí)習(xí)過程可分為三部分，分別是實(shí)習(xí)前的準(zhǔn)備階段（包括思想準(zhǔn)備、實(shí)習(xí)內(nèi)容介紹和實(shí)習(xí)物資的準(zhǔn)備）、實(shí)習(xí)過程的教學(xué)階段，以及實(shí)習(xí)后的室內(nèi)資料整理、學(xué)生編寫報(bào)告、教師批改報(bào)告階段。結(jié)合實(shí)習(xí)開展的流程以及綜合考慮的注意事項(xiàng)，初步形成三方面需求［2］。

1.1 實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)的組織管理需求

在傳統(tǒng)的野外實(shí)習(xí)過程中，資料一般是記在特定的本子上，保存起來比較麻煩，還容易丟失，且所有人的資料難以有效地整合起來，無法建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，難以滿足實(shí)習(xí)資源的交流與共享。

1.2 實(shí)習(xí)人員的安全管理需求

安全管理一直是野外實(shí)習(xí)的重要內(nèi)容，廬山地理野外實(shí)習(xí)輔助APP可對(duì)實(shí)習(xí)過程進(jìn)行監(jiān)管，帶隊(duì)教師可通過手機(jī)直接查詢學(xué)生的實(shí)時(shí)位置，保障實(shí)習(xí)能夠安全順利地展開。

1.3 實(shí)習(xí)人員的實(shí)時(shí)交流需求

在野外實(shí)習(xí)過程中，除了要進(jìn)行基本的地理知識(shí)學(xué)習(xí)外，還應(yīng)構(gòu)建一個(gè)具有在線聊天互動(dòng)、知識(shí)分享功能的平臺(tái)。師生可在此平臺(tái)發(fā)表個(gè)人對(duì)實(shí)習(xí)的見解和看法，遇到問題時(shí)還可通過聊天平臺(tái)進(jìn)行答疑，通過共同探討來促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解［2］。

2 可行性分析

2.1 技術(shù)可行性

本研究以Android Studio為開發(fā)工具，以ESRI公司提供的ArcGIS Runtime API for Android功能開發(fā)包作為開發(fā)工具包，對(duì)地理實(shí)習(xí)輔助系統(tǒng)的功能進(jìn)行開發(fā)，運(yùn)用Java、SQL、XML等開發(fā)語言，以SQL Server 2008R2為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的相關(guān)功能。從技術(shù)方面來看，廬山地理野外實(shí)習(xí)輔助APP開發(fā)過程中存在的技術(shù)問題并不多。

2.2 經(jīng)濟(jì)可行性

廬山地理野外實(shí)習(xí)輔助APP的邏輯架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且開發(fā)周期較短，可在普通手機(jī)上運(yùn)行。開發(fā)該APP對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求較低，一般性能的計(jì)算機(jī)就可完成對(duì)該APP的開發(fā)。在APP開發(fā)及運(yùn)行過程中僅需要支付少量的開發(fā)成本、服務(wù)器架設(shè)成本和服務(wù)器運(yùn)行維護(hù)成本。

2.3 操作可行性

以廬山實(shí)習(xí)區(qū)域?yàn)閷?duì)象的地理實(shí)習(xí)輔助APP是結(jié)合實(shí)際工作需求進(jìn)行開發(fā)的，符合實(shí)際情況。同時(shí)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可操作性非常大，從而系統(tǒng)的操作是可行的，能滿足用戶的需求。此外，利用C/S開發(fā)模式的輕便性和可封裝性的特點(diǎn)，使該APP的開發(fā)具有復(fù)用性。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

3.1.1 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。實(shí)習(xí)地和實(shí)習(xí)地周邊信息以及其他各類信息是由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的?？臻g數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)著空間實(shí)體的地理編碼，如實(shí)習(xí)點(diǎn)的分布、空間地理位置等，其還包含空間實(shí)體的地理坐標(biāo)。野外實(shí)習(xí)點(diǎn)的空間數(shù)據(jù)以.shp的格式進(jìn)行保存，并通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，將其統(tǒng)一存儲(chǔ)在SQL Server 2008R2數(shù)據(jù)庫中。

3.1.2 屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。

①用戶信息表。用戶信息是用來區(qū)別每個(gè)注冊(cè)用戶的身份。每個(gè)用戶都有ID（學(xué)號(hào)）、密碼、用戶昵稱、頭像、班級(jí)、聯(lián)系方式等信息。學(xué)生可在系統(tǒng)中查看注冊(cè)的個(gè)人信息、本人及同群組成員的位置信息；教師可在系統(tǒng)中查看其管理的參與野外實(shí)習(xí)學(xué)生的實(shí)時(shí)位置和歷史記錄，可在系統(tǒng)中查看實(shí)習(xí)期間所有學(xué)生的位置和安全狀態(tài)等，并發(fā)布任務(wù)與測(cè)試信息。

②用戶位置信息表。用戶位置信息記錄的是每個(gè)野外實(shí)習(xí)用戶在實(shí)習(xí)期間上傳的位置信息，將該信息上傳給系統(tǒng)，并在前端電子地圖上顯示，包括用戶ID（學(xué)生學(xué)號(hào)或教師工號(hào)）、經(jīng)度、緯度、上傳時(shí)間等。教師可查看學(xué)生的歷史位置信息以及系統(tǒng)繪制出的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。

③任務(wù)信息表。任務(wù)信息表記錄的是此次野外實(shí)習(xí)的任務(wù)，包括任務(wù)ID、教師ID（教師工號(hào)）、任務(wù)內(nèi)容、學(xué)生提交時(shí)間、應(yīng)得分?jǐn)?shù)等。在實(shí)習(xí)過程中，教師可隨時(shí)發(fā)布一些小測(cè)試，學(xué)生可直接在線提交成果，且教師可實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)試進(jìn)行批改。

④測(cè)試結(jié)果表。所有學(xué)生提交的答案信息都存儲(chǔ)在該表內(nèi)，教師在批改打分后，也會(huì)把評(píng)價(jià)和分?jǐn)?shù)存儲(chǔ)在該表內(nèi)。當(dāng)統(tǒng)計(jì)分?jǐn)?shù)時(shí)，就可根據(jù)該表內(nèi)的分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

⑤實(shí)習(xí)點(diǎn)信息表。實(shí)習(xí)點(diǎn)信息實(shí)體及其屬性可用于查詢地圖上地物點(diǎn)屬性，包括點(diǎn)名稱、編號(hào)、圖片、屬性、詳細(xì)信息等屬性。通過查詢地物點(diǎn)名稱可找到該點(diǎn)的屬性信息，其中屬性表示該點(diǎn)的地貌屬性（石灰?guī)r、沉積巖、溶蝕洞地貌等），圖片表示該點(diǎn)圖片的儲(chǔ)存地址。

3.2 功能設(shè)計(jì)

廬山野外地理實(shí)習(xí)輔助APP分為四個(gè)功能模塊，分別為地圖模塊、實(shí)習(xí)任務(wù)模塊、聊天模塊以及用戶模塊，如圖1所示。

圖1 功能模塊圖

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 地圖模塊

地圖模塊包括所有與地圖相關(guān)的功能，包括實(shí)時(shí)搜索實(shí)習(xí)點(diǎn)、查看位置、路線規(guī)劃、搜附近等功能。用戶在輸入框中輸入關(guān)鍵字，然后點(diǎn)擊查詢按鈕，系統(tǒng)會(huì)將匹配到的地物在地圖上進(jìn)行定位，并在屏幕中心通過高亮放大的形式進(jìn)行顯示。通過ArcGIS Server的地圖服務(wù)功能來查詢空間位置，根據(jù)圖層屬性字段可查詢對(duì)應(yīng)點(diǎn)名。同時(shí)，APP首頁面會(huì)彈出該實(shí)習(xí)點(diǎn)的“詳細(xì)信息介紹”及“搜附近與到這去”的按鈕。其中，詳細(xì)信息頁面有來源于SQL數(shù)據(jù)庫的實(shí)習(xí)點(diǎn)詳細(xì)信息。“搜附近”是以該點(diǎn)為中心，搜尋緩沖距離為1 500 m范圍內(nèi)的地物點(diǎn)（如超市、實(shí)習(xí)點(diǎn)等），“到這去”是根據(jù)ArcGIS發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)，對(duì)實(shí)習(xí)點(diǎn)之間的路徑進(jìn)行規(guī)劃。

4.2 任務(wù)模塊

實(shí)習(xí)模塊主要包括任務(wù)和測(cè)試兩大部分（一個(gè)賬號(hào)，不管是教師還是學(xué)生，同一時(shí)間只能參加一個(gè)實(shí)習(xí)任務(wù)），見圖2。實(shí)習(xí)測(cè)試是指在實(shí)習(xí)過程中，教師可發(fā)布一些小測(cè)試來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，由于是野外實(shí)習(xí)，所以測(cè)試內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，主要是讓學(xué)生們?cè)趯?shí)習(xí)區(qū)域內(nèi)尋找某一特定景觀或其他實(shí)物并拍照上傳等，有點(diǎn)類似于考試中的簡(jiǎn)答題，沒有固定的答案。一個(gè)實(shí)習(xí)任務(wù)可包含多個(gè)實(shí)習(xí)測(cè)試。該模塊主要分為教師發(fā)布新的實(shí)習(xí)任務(wù)、任務(wù)管理、教師編輯發(fā)布新的測(cè)試、測(cè)試管理、學(xué)生提交測(cè)試答案、教師批改測(cè)試答案并打分、統(tǒng)計(jì)實(shí)習(xí)任務(wù)中每位同學(xué)的得分以及推送等。

圖2 任務(wù)模塊圖

4.3 聊天模塊

考慮到實(shí)習(xí)任務(wù)是以班級(jí)為單位開展的，學(xué)生彼此之間都認(rèn)識(shí)，所以就沒有設(shè)置驗(yàn)證功能，即任何人都可在不加為好友的情況下向別人發(fā)送信息。該系統(tǒng)有3種情況可跳轉(zhuǎn)到聊天界面：①點(diǎn)擊會(huì)話列表中的會(huì)話信息進(jìn)入聊天界面（沒有聊過天的兩個(gè)人之間沒有會(huì)話信息，若刪除兩人之間所有的聊天記錄也會(huì)默認(rèn)刪除會(huì)話信息）；②在地圖界面點(diǎn)擊“聯(lián)系他”進(jìn)入聊天界面，若進(jìn)入聊天界面后不發(fā)送信息就退出來，也不會(huì)創(chuàng)建會(huì)話信息；③點(diǎn)擊用戶搜索結(jié)果列表，可進(jìn)入聊天界面，在進(jìn)入后不發(fā)送信息就退出來，同樣不會(huì)創(chuàng)建會(huì)話信息。聊天模式采用環(huán)信開源工具包，每個(gè)賬號(hào)和密碼都綁定著一個(gè)環(huán)信賬號(hào)和密碼，所有的聊天記錄和會(huì)話信息都保存在環(huán)信服務(wù)器上。

5 結(jié)語

本研究以廬山野外地理實(shí)習(xí)為例，采用Java、XML和SQL開發(fā)語言，基于ArcGIS Server10.2.2、ArcMap10.2.2、Android Studio4.1.2開發(fā)工具，根據(jù)師生野外實(shí)習(xí)需求和實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并開發(fā)出廬山野外地理實(shí)習(xí)輔助APP，其具有一定的可行性、實(shí)用性和可操作性。該APP能充分發(fā)揮移動(dòng)GIS的便捷性、良好的用戶交互性和地理位置依賴性［3］，為前往廬山地區(qū)進(jìn)行野外地理實(shí)習(xí)的師生提供了一定的便捷性和決策輔助。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，廬山野外實(shí)習(xí)輔助APP要面臨著新的要求和挑戰(zhàn)，如多源異構(gòu)地理實(shí)習(xí)數(shù)據(jù)的融合問題、專題實(shí)習(xí)的內(nèi)容深化與應(yīng)用提升問題、實(shí)習(xí)過程的線上線下結(jié)合問題，APP開發(fā)組要緊跟廬山地理野外實(shí)習(xí)的新形勢(shì)，進(jìn)一步研究和完善APP功能，從而提高廬山地理野外實(shí)習(xí)輔助APP的規(guī)范化、人性化和智能化。