基于Windows Phone的野外数据采集系统的设计与实现——以土壤调查为例

曾群，林熙，张建，田礼乔

(1.华中师范大学学报编辑部，湖北武汉 430079； 2.华中师范大学城市与环境科学学院，湖北武汉 430079；

基于Windows Phone的野外数据采集系统的设计与实现
——以土壤调查为例

曾群1，2∗，林熙3，张建3，田礼乔4

(1.华中师范大学学报编辑部，湖北武汉 430079； 2.华中师范大学城市与环境科学学院，湖北武汉 430079；

3.华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉 430070； 4.武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北武汉 430079)

野外数据采集是自然资源调查的重要组成部分。随着新兴技术的发展，野外数据采集已经摆脱了传统的手工采集模式，但由于平台的局限性，其发展受到限制。本文以目前最新的智能移动系统Windows Phone为平台，并以土壤数据采集为例，设计和开发了野外数据采集系统，探索了新移动平台的性能，为以后野外数据采集系统提供了新的设计思路。

野外数据采集；Windows Phone；移动GIS

1 引 言

目前野外自然资源采集方式的研究一般集中于基于移动GIS的数据采集系统，移动GIS平台主要为便携机和掌上机两种。便携机受制于野外工作环境，地形条件、气候条件、室外光线的影响显著，且便携机耗电量大，不利于野外长期工作[1]。而大多数掌上机的数据采集系统是基于Windows Mobile平台，Windows Mobile在市场上并没有得到普及，特别是新继任者Windows Phone出现后，Windows Mobile系列基本退出手机系统市场。因此目前急需一种基于先进移动系统平台的数据采集系统，才能更好地适用、服务于数据采集工作。Windows Phone系统平台的应运而生满足了野外数据采集系统的需求。

在另一方面汤仁锋等学者在测土配方施肥的外业数据采集中，提出了基于移动GIS的土样采样系统[2]。周园春等学者分析了当前野外科考数据采集系统的现状和存在的问题，指出基于PDA的野外科考数据采集系统是解决野外科考数据采集瓶颈的有效途径[3]。这些都为基于新型移动系统的野外数据采集系统的实现提供了技术支持。

2 系统介绍

本系统采用微软新一代智能手机操作系统平台，其硬件环境统一，操作体验好，作为新一代智能操作系统，其发展极为迅速，市场覆盖面不断扩大，用户群体也迅速增长。同时，该系统将手机移动计算的优点和3S技术对位置的采集、管理的优势相结合，一方面使基于位置的野外空间数据采集不受时空限制，实现数据实时采集、保存和查询，使整个数据采集流程融为一体；另一方面，该移动GIS完全采用电子化作业，减轻了扫描数字化的分辨率和矢量化的精度等诸多方面因素的影响，提高了GIS空间数据的质量与可用性。从而提高了土壤数据采集的精度和效率。

本系统采用B/S架构，应用ArcGIS for Windows Phone API为类库，在Visual Studio 2010平台上运用Windows Phone模拟器进行模拟开发。在数据存储方面，采用Microsoft SQL Server Compact Edition(SQL CE)对照片文件进行本地存储，而对于空间信息则记录在服务器端的要素图层上。即保证了重要采集信息的安全性，也减少了信息传输的数据量。

3 系统设计

3.1 架构设计

本系统采用4层架构，分别为应用层、逻辑层、数据访问层和数据层，支持多客户端同时访问数据库，系统结构框架图如图1所示。

3.2 功能设计

根据用户野外土壤数据采集的需求，本系统包含4大主要功能模块:地图浏览、数据采集、数据查询、GPS定位、路径导航。其中，地图浏览模块用于对地图进行基本操作；数据采集模块主要用来完成土壤剖面数据的采集和土地利用现状数据采集等功能；数据查询模块中用户可以根据查询条件，查询所采集的数据信息；GPS定位模块调用手机GPS的功能，实时获取用户所在位置，并能浏览在线地图。系统功能结构如图2所示。

图1 系统架构设计图

图2 系统功能设计

3.3 关键技术

(1)ArcGIS forWindows Phone

ArcGIS for Windows Phone是ArcGIS API for Microsoft Silverlight的子集，其提供了一种跨浏览器、跨平台的开发环境，用于构建和交付交互式Web应用程序[6]。本系统使用ArcGIS for Windows Phone API进行开发，其包括了绝大多数的常用功能接口，可以直接调用，开发方便。并且使用手机作为平台，很好地解决了一般手持机电池持续时间的问题，又能实现实时通信、携带方便，更有利于野外作业。

(2)GPS动态实时定位

GPS技术已经成熟地应用于各行各业，如野外数据采集、导航、精密测量等领域。本系统主要调用移动终端中内置的GPS模块，通过ArcGIS for Windows Phone中提供的GeoCoordinateWatcher方法，实时获取野外数据采集点的经纬度信息，并将该信息标注在相应的地图上。既减少工作人员输入采集点坐标的烦恼，帮助工作人员了解区域内的数据采集状况，也为未来数据采集的可视化展现，提供必要的位置信息[4]。

4 系统实现

本系统为野外资源调查服务，各种资源采集的具体内容不同，但涉及理念一致。这里以土壤数据采集为例，对系统的实现作具体介绍。采集区域的地图数据通过服务器ArcGISServer发布，手机通过调用地图和相关服务进行相关作业。整个野外数据采集过程分为数据准备阶段、数据采集阶段、室内数据预处理阶段。其流程如图3所示。

图3 土壤数据采集流程图

4.1 数据准备阶段

由于掌上机在操作上的不方便，数据处理及存储能力有限，遵循能在室内台式机上完成的工作，尽量不要传到掌上机完成[5]。前期的数据准备都在室内台式机上完成，具体可分为以下两个阶段:

(1)图层数据的准备

前期需要准备的数据包括调查区域大比例尺遥感影像图、区域路线图以及要素采集图层。其中遥感影像图需要进行配准，区域路线需要对已批准好的影像图进行矢量化来获取，这些工作一般在桌面Desktop上完成。而要素采集图层就是用来记录采集信息空间数据的载体，分为点要素图层和面要素图层，分别记录土壤剖面信息和土地利用信息。

(2)服务的发布

GIS服务表示位于服务器上并且可供客户端应用程序使用的GIS资源(例如，地图、globe、定位器或地理数据库连接)。服务将便于在多个客户端上共用各种资源。客户端无需任何专用GIS软件来使用服务，连接到服务器后，可通过局域网或广域网(LAN或WAN)或者通过Internet进行此操作[6]。

本系统主要应用到三种服务，分别为Map Service、Geometry Service和Feature Service。Map Service主要用于地图的浏览和相关操作；Geometry Service即几何服务用于协助应用程序执行各种几何计算，如缓冲区、简化、面积和长度计算以及投影[6]，简化了应用程序的开发。而Feature Service是该系统的实现信息采集的核心，其通过Internet提供要素，并提供显示要素时所要使用的符号系统，客户端可以进行查询以获取要素，并执行适用于服务器的编辑操作[6]。Feature Service要求所有数据必须来自单个ArcSDE地理数据库，同时数据必须通过地理数据库注册；如果要在图层中插入新要素，则需要定义要素模板；再添加完要发布到地图文档的数据后还需要对图层定义符号系统，客户端使用此信息来绘制相应的要素。

所有数据在服务器端ArcGIS Server上发布成功后，手机端才能通过相应的URL调用相关的图层和服务进行作业。

4.2 数据采集阶段

在数据采集阶段中，用户在地图上确定待采样点的位置，记录土壤信息，并将其保存在空间数据库中，进行云存储。同时，本系统还设计了面要素采集方式获取土地利用现状信息，满足了用户实际数据采集的需要。为了让用户快速输入数据，系统采用了下拉框输入信息的方式，而对于坐标、ID号等固定信息，我们采用默认的方式，不需要用户输入，大大提高了作业效率，如图4所示。

用户在土壤数据采集作业过程中，需要随时查询自己已采集的数据，所以本系统设计了通过多种查询方式进行查询，如图5所示。

同时，实时掌握自己所在位置是对一个数据采集者来说是十分重要的，基于此，该系统通过调用手机GPS功能实时定位用户在BingMap上的位置，用户也可以通过BingMap浏览在线地图，如图6所示。

图4 土壤信息采集界面 图5 数据查询界面 图6 GPS导航界面

4.3 室内数据处理阶段

外业数据采集结束后，用户需要将所采集的数据导入到电脑里面进行预处理。主要的空间数据和属性数据在位于服务器端的要素图层上，可以直接下载。对于照片等存储在客户端的其他信息，Windows Phone供了一个从独立内存中提取出数据的工具——Windows Phone Power Tools。通过唯一标识码关联，得到完整的土壤采集信息，从而制作成土壤属性专题地图和土地利用专题地图。

5 结 论

基于Windows Phone的土壤GIS数据采集系统，使用了最新的移动平台，其操作体验良好，是以后移动GIS的发展方向之一。同时该系统可应用于教学服务中，在涉及数据采集的野外教学课程中，由于手机系统的便捷性和工作时间长的优点，使其具有更大的优势。

本系统同样还存在缺陷，比如调用手机GPS定位精度较低、手机屏幕较小等，但本系统首次尝试运用Windows Phone平台开发移动GIS土壤数据采集系统，验证了Windows Phone具有很高的灵活性、智能性。Windows Phone作为“3S”集成技术的移动客户端应用于野外数据采集中将得到更好的应用。

[1] 余丰华，吴冲龙，刘刚.基于移动GIS的野外地质数据采集系统的设计[J].计算机应用，2004，24(s1)：82～84.

[2] 汤仁锋，孟志军，陈立平等.基于移动GIS的土样采样系统的研究[J].微型计算机，2007，23(4-1)：248～249.

[3] 周园春，胡良霖，沈志宏等.基于PDA的野外科考数据采集系统及其应用[J].科研信息化技术与应用，2008，1 (1)：76～82.

[4] 余丰华，夏跃珍，杨克红等.移动GIS技术在地质灾害数据采集领域的应用研究[J].中国地质灾害与防治学报，2006，17(2)：102～106.

[5] ESRICompany.ArcGISDesktop 10用户手册[R].

第三届全国优秀城乡规划设计奖评选组织委员会成立

(本刊讯)2013年6月21日，第三届全国优秀城乡规划设计奖评选组织委员会第一次工作会议在住建部301会议室召开。中国城市规划协会会长、组委会主任委员赵宝江主持会议。会上向各位委员颁发了第三届全国优秀城乡规划设计奖评选组织委员会委员聘书。王燕副会长兼秘书长宣读了“2013年度全国优秀城乡规划设计奖评选工作方案”，到会的委员们研究讨论并审议通过了“2013年度全国优秀城乡规划设计奖评选工作方案”、《全国优秀城乡规划设计奖评选管理办法》和《全国优秀城乡规划设计奖评选组织委员会工作规则》。会议还对2013年度的评优工作进行了部署。

第三届全国优秀城乡规划设计奖评选组织委员会成员名单:

主任委员：赵宝江(中国城市规划协会会长)

副主任委员：唐凯(住房和城乡建设部总规划师)，孙安军(住建部城乡规划司司长)，吴建平(中国城市规划协会副会长)。

委员：邹德慈(中国工程院院士、中国城市规划设计研究院学术顾问)，赵晖(住房和城乡建设部村镇建设司司长)，王燕(中国城市规划协会副会长兼秘书长)，王凤武(中国风景名胜区协会副会长兼秘书长)，李晓江(中国城市规划设计研究院院长)，王引(北京市城市规划设计研究院总规划师)，尹稚(北京清华同衡规划设计研究院有限公司董事长兼院长)，毛佳樑(上海市城市规划行业协会会长)，严文复(沈阳市规划和国土资源局副局长)，张泉(江苏省住房和城乡建设厅副厅长)，顾浩(浙江省城乡规划设计研究院院长)，高冰松(安徽省住房和城乡建设厅副总工兼规划处处长)，肖建华(武汉市测绘研究院院长)，曾宪川(广东省城乡规划设计研究院院长)，薛峰(深圳市规划和国土资源委员会副主任)，邱建(四川省住房和城乡建设厅总规划师)，和红星(西安市秦岭生态环境保护管理委员会主任)。

Research and Realization of the System of Field Data Collection Based on W indows Phone——Take Soil Survey as an Exam p le

Zeng Qun1，2，Lin Xi3，Zhang Jian3，Tian Liqiao4
(1.Editorial Department，Central China Normal University，Wuhan 430079，China； 2.School of Urban and Environment Science，Central China University，Wuhan 430079，China； 3.School of Resources and Environment，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China； 4.State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying，Mapping and Remote Sensing，Wuhan University，Wuhan 430079，China)

Field data collection is an important part of the nature resources survey.With the development of emerging technologies，filed data collection has gone rid of the traditionalmanual acquisition mode.But due to the limitations of the platform，the development of it has limited.The paper，based on the newest of the mobile platform—Windows Phone，and taken soil survey as an example，research and realize the system of field data collection，explore the performance of the new platform，present some new ideas for the future design and development of the field data collection system.

field data collection；windows phone；mobile GIS；soil survey

1672-8262(2013)03-5-04

P208.1

A

2013—04—16

曾群(1971—)，女，博士，副编审，副教授，硕士导师，主要从事3S集成应用研究。

国家973计划资助项目(2011CB707106)