利用ArcGIS Mobile技术开发海洋渔业数据采集系统

李阳东,朱国平,田思泉

（1.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；2.上海海洋大学 大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室，上海 201306）

利用ArcGIS Mobile技术开发海洋渔业数据采集系统

李阳东,朱国平,田思泉

（1.上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306；2.上海海洋大学 大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室，上海 201306）

网络技术及无线通信技术的发展促进了移动地理信息系统的产生与发展。针对传统的海洋渔业资源调查中野外数据采集方法落后的现状，把移动GIS技术应用于海洋渔业调查，并利用ArcGIS Mobile技术开发了一个海洋渔业野外数据采集系统。首先简要介绍了移动GIS开发技术——ArcGIS Mobile，然后对海洋渔业野外数据采集系统进行了设计，最后利用ArcGIS Mobile相关技术对其进行了实现。

ArcGIS Mobile；移动GIS；野外数据采集；海洋渔业调查

随着网络技术及无线通信技术的发展，地理信息系统（GIS）的发展也出现了一个新的发展方向——移动地理信息系统（Mobile GIS）[1]。特别是3G通信技术的出现，大大促进了移动GIS的发展。移动GIS是指在电子地图与GIS中，当有一个或多个移动实体处于相对静止的实体群中，或处于移动的实体群中，对移动实体及背景参考实体群（相对静止或移动）的模拟、表达、处理、查询、检索和分析的软硬件系统[2]。移动GIS的硬件系统主要有个人数字助理（PDA）、Pocket PC、智能手机和平板电脑等移动终端设备。移动GIS除了具有传统GIS所具有的特点外，还具有处于移动环境下的特点：移动性、频繁断接性、弱可靠性、网络通信的非对称性、资源有限性（如屏幕尺寸小、内存受限、CPU处理能力弱等）、对空间位置的依赖性等[3]。移动GIS涉及到一些关键技术，主要包括：移动定位技术、无线网络技术、移动数据库技术和嵌入式开发技术等[3-6]。目前，移动GIS技术已应用于车载导航、野外数据采集、应急服务、物流配送、位置定位服务、企业商务拓宽等基于位置服务（Location-based Service，LBS）方面[7-9]。海洋渔业资源的调查是充分、有效利用和合理保护海洋资源必不可少的工作之一，调查资料的准确性和实时性是渔业调查取得成功的关键，应用移动GIS技术可以提供保障，但遗憾的是目前很少见到有关应用移动GIS技术进行海洋渔业资源调查的报道。因此，本文拟就如何把移动GIS技术应用于海洋渔业数据采集进行讨论。本文先简要介绍了移动GIS开发技术——ArcGIS Mobile，然后对渔业数据采集系统进行了设计，最后利用ArcGISMobile相关技术对其进行了实现。

1 ArcGISMoible介绍[10-11]

ArcGISMobile是ESRI公司的一个面向移动地理信息系统的软件平台，该平台使得企业能够通过从中央服务器分发GIS数据和服务来为一系列Windows Mobile设备提供利用无线网络实时访问信息的能力。ArcGIS Mobile最早在ArcGIS Server 9.2中引入，目前最高版本是ArcGISMobile 10。

1.1 ArcGISMoible SDK的功能

ArcGIS Mobile包含一个软件开发包（SDK），该SDK使得开发人员可以利用简单的工具即可创建根据用户需求量身定做的与ArcGIS Server服务无缝集成的轻量级Mobile GIS应用。利用该SDK开发的移动GIS应用可部署在一系列包括智能手机、Pocket PC和平板电脑等的Windows Mobile设备上。利用ArcGISMobile SDK可以完成以下功能：

（1）创建和部署面向移动的能在在线或离线环境中操作的应用；

（2）构建提供包括地图显示与导航、GPS支持和GIS编辑等基本GIS功能的地理应用；

（3）为传统的非空间业务部门应用，如客户关系管理和外业服务自动化系统，增加地理空间能力。

1.2 ArcGISMoible SDK提供的控件

ArcGIS Mobile SDK为快速和高效创建移动应用提供了一些Visual Studio组件。当安装该SDK时，这些组件（控件）被整合到Visual Studio工具箱里面。

1.2.1 Map控件

用于显示从一个独立的已发布的支持移动地图服务中获取数据的地图缓存中的地理信息。其它的几个控件，如ScaleBar、Navigation和GPS显示控件，可以增强地图的用户体验。

1.2.2 MobileService控件

充当向已发布的支持移动地图服务发送和获取数据的数据通信机制，负责设备端的数据存储。

1.2.3 ScaleBar控件

在地图显示上增加一个基本比例尺，当从ArcGIS Server获取信息时，该比例尺同时充当进度条。

1.2.4 ZoomInMapAction，ZoomOutMapAction，ZoomInOutMap-Action和PanMapAction

允许通过鼠标或笔等输入设备执行地图执行放大、缩小和漫游导航。

1.2.5 SelectionMapAction

提供从地图上选择地理要素的交互方法。

1.2.6 FileGpsConnection，SerialPortGpsConnection

管理到GPS设备的串口连接或到一个包含GPS子句的文件连接。

1.2.7 GpsDisplay控件

根据从GPS串口或文件连接获取的坐标在地图控件上显示GPS位置。

2 基于ArcGIS Mobile的海洋渔业数据采集系统设计

2.1 系统体系架构

根据海洋渔业调查的业务需求和行业特点，设计了一个基于ArcGIS Mobile的海洋渔业野外数据采集系统。该系统采用基于网络的4层C/S应用体系结构（图1）。

图1 基于ArcGIS Mobile的渔业数据采集系统的4层体系结构

2.1.1 表示层

表示层又叫应用层，它是用户与系统之间进行交互的接口，响应渔业数据采集系统的客户端用户界面。

2.1.2 应用逻辑层

应用逻辑层用来强制实施业务规则、数据完整性规则和GIS数据的分析处理。应用逻辑层由一组渔业调查业务规则组件、.Net Compact Framework和ArcGIS Mobile功能组件等组成，向上为表示层提供服务，向下通过Web Service与数据服务层进行通信。

2.1.3 数据服务层

该层主要包括 Web Server，ArcGIS Server和 ArcSDE Server。他们共同承担了通过Internet向应用逻辑层提供数据服务的功能，并对下层数据存储层执行具体的数据操作。

2.1.4 数据存储层

数据存储层主要负责渔业调查数据的存储，处理数据服务层的数据访问请求，主要包括一些基础库、渔业调查数据库和数据字典等。

2.2 系统功能设计

图2为基于ArcGIS Mobile的渔业数据采集平台的功能框架。该平台主要包括4个功能模块：地图基本功能模块、数据服务模块、捕捞点数据更新模块和捕捞点数据查询模块。其中，地图基本功能模块主要包括地图漫游和缩放等功能；数据服务模块包括数据下载功能和数据上传功能。数据下载是通过访问ArcGISServer服务器发布的地图服务获取数据，而数据上传是负责把设备端的数据更新到ArcGIS Server服务器。捕捞点数据更新模块包括捕捞点信息的增加、修改和删除。捕捞点数据查询包括从图形到属性的空间查询和从属性到图形的属性查询。

图2 海洋渔业野外数据采集平台功能框架

3 基于ArcGIS Mobile的海洋渔业数据采集系统实现

3.1 平台选择

本文所做工作依赖于以下平台。集成开发环境：Visual Studio 2005；开发语言：C#；Mobile SDK：ArcGIS Mobile SDK 9.3，Windows Mobile 6.1 Professional SDK；模拟器：Windows Mobile 6.1 Professional Emulator；同步软件：Microsoft ActiveSync 4.5；地图制作软件：ArcGIS Desktop 9.3；地图发布软件：ArcGIS Server 9.3；数据库：SQL Server 2000；SDE 服务器：ArcSDE 9.3 for SQLServer。

3.2 实现步骤

基于ArcGIS Mobile的渔业数据采集平台主要分为4个阶段。

3.2.1 地图数据制作阶段

该阶段的主要任务是为渔业数据采集准备地理数据框架。渔业数据采集所需的地理数据分为两块：一是变化数据，即需要采集的目标数据，本系统主要为捕捞点数据；二是基本不变的数据，即辅助数据采集的底图数据，本系统主要包括地形数据和渔区数据。为了使地图数据在移动设备上性能更加优化，一般把基本不变的辅助空间数据制作成单独的地图数据，并通过ArcToolbox创建为“Mobile Basemap”部署到目标设备供Mobile应用程序直接调用，而只把需要更新的地理数据发布为地图服务，这部分数据也可以事先利用Arc-Toolbox创建Mobile服务缓存部署到目标设备。因此，这里地图数据制作主要包括底图数据制作和捕捞点数据制作。地图数据制作过程中有两点需注意：（1）由于捕捞点数据是要进行更新编辑的，所以该数据一定要是作为SDE数据源且含有“GlobalID”字段；（2）底图数据应与捕捞点数据具有相同的空间参考。

3.2.2 地图数据服务发布阶段

该阶段是把地图数据制作阶段的捕捞点地图数据通过ArcCatalog或ArcGISServer发布为地图服务（注意发布时一定要勾选“Mobile Data Access”）。

3.2.3 系统开发阶段

该阶段采用C#在Visual Studio 2005 IDE下开发实现基于ArcGIS Mobile的渔业数据采集平台。开发过程中可以用模拟仿真器（Windows Mobile 6.1 Professional Emulator）代替目标物理设备进行测试。为使模拟器能够与Internet或Arc-GISServer交互，需要同步软件Microsoft ActiveSync 4.5。

3.2.4 系统部署阶段

该阶段是把已开发并调试好的Mobile应用程序部署到目标设备（Pocket PC设备）。部署包括两个方面：（1）程序部署，需部署的程序除了开发好的渔业数据采集系统外，还包括 ArcGIS Mobile运行库（ArcGISMobile.cab）和.Net Compact Framework 2.0；（2）数据部署，这里主要部署地图数据制作阶段的“Mobile Basemap”和捕捞点缓存数据（这里是指预先缓存的捕捞点数据，如未预先缓存则不必部署，而在Mobile应用程序首次请求时保存地图缓存）。

3.3 功能实现

采用3.1中所选的平台，按照3.2所列的步骤，实现了图2所设计移动渔业数据采集系统，图3是基于ArcGIS Mobile的移动渔业数据采集系统主界面，可以进行地图的缩放与漫游、数据下载与上传、捕捞点信息的增加与编辑及GPS启动与关闭等操作。图4为捕捞点数据的添加与编辑界面，当增加捕捞点数据时，先在地图上点击捕捞点的位置，而后会弹出捕捞点信息录入窗口，录入相关信息后即可点击菜单上的“Save”进行保存，在录入过程中，可以利用当前GPS的坐标信息更新捕捞点的位置（执行“Menu—＞Update Position”）。若要对某一捕捞点进行编辑，只需在主界面地图上选中该点后，在弹出的捕捞点信息窗口（图4）中进行修改即可。图5为渔业信息空间查询的情况。在客户端可以即时在线下载最新的渔业数据（通过主界面上的菜单“Download Data”），亦可将设备端修改的数据在线上传编辑到渔业服务器（通过主界面上的菜单“Upload Data”）。服务器的设置在客户端进行设置，如图6所示。

图3 移动渔业数据采集系统主界面

图4 捕捞点数据增加与修改

图5 渔业信息查询

图6 渔业数据Web Service服务器设置

4 结束语

结合地理信息系统技术、移动通信技术、互联网技术、卫星导航定位技术和多媒体技术等出现的移动GIS正在向众多应用领域拓展。本文结合ArcGIS Mobile嵌入式开发组件技术探讨了移动GIS技术在海洋渔业调查中的应用。通过对ArcGISMobile技术进行研究后，设计并开发实现了一个面向海洋渔业调查的野外数据采集移动GIS平台。该系统安装在一个带有PDA功能的Windows Mobile智能手机上并在某海域试用，其结果表明，利用ArcGIS Mobile技术实现的移动GIS野外数据采集平台可以大大提高数据采集效率的同时，也保证了数据的及时同步。

[1]Lee NST.Single Line Street Network：The Foundation ofMobile GIS[C]//IEEE-IEE Vehicle Navigation and Information Systems Conference.Ottawa.1993：34-37.

[2]李成名,王继周,刘勇.移动GIS的原理、方法与实践[J].武汉大学学报(信息科学版),2004,29(11)：990-993.

[3]赵文斌,张登荣.移动计算环境中的地理信息系统[J].地理与地理信息科学,2003,19(2)：19-23.

[4]杨云源.移动GIS定位技术研究[J].地理空间信息,2009,7(2)：67-70.

[5]陈踊,黎刚,徐洁.基于ArcGISMobile的移动GIS开发研究[J].现代商贸工业,2009(23)：301-302.

[6]王方雄,吴边,怡凯.移动GIS的体系结构与关键技术[J].测绘与空间地理信息,2007,30(6)：12-14.

[7]庞月涛.移动GIS平台在湿地资源调查中的应用[J].中国林业,2009(17)：62.

[8]丰江帆,李林,杨富平,等.面向震害应急的移动GIS关键技术研究与应用[J].计算机工程与设计,2010,31(22)：4936-4939.

[9]I H EL-Gamily,G Selim,E A Hermas.Wireless mobile field-based GIS science and technology for crisis management process：A case study of a fire event[C]//Cairo,Egypt,The Egyptian Journal ofRemote Sensingand Space Science,2010,13(1)：21-29.

[10]MZingler,P Fischer，J Lichtenegger.Wireless field data collection and EOGISGPSintegration[C]//Computers,Environment and Urban Systems,Elsevier 1999，23(4)：305-313.

[11]ESRI.ArcGISMobile[EB/OL].[2011-03-11].http：//www.esri.com/software/arcgis/arcgismobile/index.html.

[12]Meister G，Chen J.DevelopingApplications with ArcGIS Server Mobile SDK[R/OL].[2010-09-21].http：//downloads2.esri.com/EDN/downloads/other_/Developing_Mobile.pdf.

Developing Marine Fishery Data Acquisition System Utilizing ArcGIS Mobile Technology

LI Yang-dong,ZHU Guo-ping,TIAN Si-quan
(1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources,Ministry of Education,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

Progress in network technology and wireless communication technology facilitates the generation and development of mobile geographic information system (GIS).Aiming at the outdated situation that traditional marine fishery resources survey method of field data acquisition,the mobile GIS technology is applied to marine fishery investigation.A marine fishery field data acquisition system has been developed using the ArcGIS Mobile technology.The mobile GIS technology—ArcGIS Mobile is first introduced briefly.Then a marine fishery field data acquisition system is designed.Finally,the system is developed using the ArcGIS Mobile related technologies.

ArcGIS Mobile;mobile GIS;field data acquisition;marine fishery survey

P7;TP274

B

1003-2029（2011）04-0082-05

2011-04-20

上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金资助项目（ssc09006）；上海市重点学科建设项目（S30702）；大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室开放基金资助项目（KF200907）

李阳东（1977－），男，博士，讲师，主要从事海洋信息工程、时态GIS和时空数据库方面的研究。E-mail:lyd911@163.com