野外地质实习辅助教学系统设计与开发

刘 晓, 张照录, 袁晏明, 丁东业, 蒋恒毅, 郑家文, 郑兆青

(1. 山东理工大学 资源与环境工程学院, 山东 淄博 255049；2. 中国地质大学 地球科学学院, 湖北 武汉 430074)

野外地质实习辅助教学系统设计与开发

刘 晓1, 张照录1, 袁晏明2, 丁东业1, 蒋恒毅1, 郑家文1, 郑兆青1

(1. 山东理工大学 资源与环境工程学院, 山东 淄博 255049；2. 中国地质大学 地球科学学院, 湖北 武汉 430074)

设计开发了运行在基于Android操作系统的手机上的野外地质实习辅助教学系统软件.该系统基于Baidu Map SDK,实现了实习路线管理、地图浏览、卫星图查看、地质教学点标记、地质现象照片浏览、知识点提示等功能。在该系统辅助下,教师指导野外地质实践教学可以避免过去出现的迷路、找不到地质现象等情况,且更容易实现实习指导的标准化、规范化。该系统使用了北京周口店野外地质实习区的实习路线等材料作为示例,通过简单修改,该系统可用于其他地区、其他类型的野外实习教学中,并可用于旅游景区介绍、路线指引、自驾游导航等领域。

野外地质实习； 教学辅助系统； Android； 百度地图

野外地质实习是地学专业课堂理论教学的延续,不仅可以使学生掌握野外地质工作的基本知识、基本方法和基本技能,同时也能够培养学生观察问题、分析问题和解决问题的能力[1-2]。在野外地质实习过程中,指导教师在带领学生穿越路线,寻找地质现象并进行讲解时,会受到天气、噪音、地形等因素的影响,某些时候会出现迷路或漏掉知识点等情况;受实习地点场地大小的限制,很多学生无法听清、看清老师讲解的知识要点[3-4]。针对此问题,基于百度地图SDK,开发了可以运行在手机上的野外地质实习辅助教学系统,借助手机的GPS定位功能及移动上网功能,实现野外地图浏览、实习路线管理、地质教学点标记、知识点提示、地质现象照片浏览、卫星地图等功能,从而为降低野外地质实习指导工作强度、提高学生学习效率提供有力的支持[5-6]。

1 技术方案

Android是Google 公司开发的完全开放源代码的移动终端操作系统。该系统使用Activity、Intent、Service、Android UI、SQLite、多线程以及系统调用等技术,通过系统提供的传感器监听器,向用户提供周围环境的传感数据,如GPS 数据等[7-9]。本系统基于Android操作系统开发,界面友好、功能强大、操作简便,并可以非常容易地分发给实习的师生。

为在手机上显示背景地图、地质教学点位置信息并进行定位,本系统使用了百度地图Android SDK进行二次开发[9]。百度地图Android SDK近年来发展非常快,最新版本是3.2.0,通过该接口可以实现丰富的LBS 功能,包括地图展示、地图缩放平移操作、叠加图层管理等。其定位功能通过手机GPS及网络(Wi-Fi、基站)混合定位模式实现,定位速度快,准确度高,受外界环境影响少,在我国多数地区实测的平面精度小于5 m。本系统使用百度地图作为背景地图及卫星遥感图像的数据源,使用与百度地图相同的地图操作方法进行地图操作。在背景图上叠加地图覆盖物Overlay图层,将实地采集以及整理得到的地质教学点作为点状覆盖物进行显示。

2 系统设计与实现

2.1 系统模块划分

本系统使用Eclipse进行开发,主要功能模块划分见图1。其中实习路线管理模块用于选择加载实习路线；离线地图设置模块用于导入并管理存放在安卓手机/sdcard/BaiduMapSDK文件夹下的离线地图数据[10-11]；地图偏移设置模块用于设置东西及南北向偏移量,用以纠正地质教学点坐标与百度地图之间的系统性误差；实习路线地图模块可以在百度地图背景图层上使用紫红色的点显示地质教学点位置信息，点击该地质教学点后选择查看详情,还可以进入地质教学点详情查询模块,查看该点的教学内容提示及相关图片；系统说明帮助模块用于显示版本信息等。

图1 野外地质实习辅助教学系统功能模块划分

2.2 地质教学点数据库

为了正确显示地质教学点位置及相关属性信息,设计了地质教学点信息表,其结构如表1所示。

表1 地质教学点信息表结构

坐标经纬度使用GPS采集得到,使用通用的WGS84坐标系记录。为了与百度地图底图正确叠加,显示为Overlay图层时需要转换为百度坐标系统(bd09ll),核心代码如下:

//WGS坐标为LatitudeofPoint ,LongitudeofPoint //偏移量为LatShift,LonShift LatLng llA = new LatLng(LatitudeofPoint+LatShift,LongitudeofPoint +LonShift); CoordinateConverter converter= new CoordinateConverter(); converter.from(CoordType.GPS); converter.coord(llA); // desLatLng为转换后坐标 LatLng desLatLng = converter.convert();

2.3 开发调试

本系统开发环境是Eclipse,采用Java 语言编写,使用安卓虚拟机(AVD)进行调试,调试界面如图2所示。其中地图操作部分使用百度地图Android SDK完成,需要先下载对应版本的lib库,在Android工程中引用jar和so文件,并申请密钥(key)后,才可正常使用。由于百度地图Android SDK提供的所有服务对于非营利性产品都是免费的,故本系统可以直接使用,无接口使用次数限制[9,12]。

3 主要功能界面

系统开发完成后,经多台手机、平板电脑实际测试,本系统可以顺利地在小米2s、联想A1000、中兴V960、魅族MX4、三星Galaxy Note 3等手机的Android 2.3、4.02、4.4等平台下运行,且反应速度快,系统定位准确,可靠性强。系统运行界面如图3所示。

图2 应用程序调试界面

图3(a)所示为进入系统后出现的实习路线选择界面。本程序中收录的地质实习路线来源于赵温霞、袁宴明编写的周口店实习教材中确定的路线。此界面中点击设置按钮可以导入或下载百度地图离线地图包；点击偏移按钮可以设置向东及向北偏移量；点击“关于按钮”可以查看系统说明帮助。

选择实习路线后,可以在安卓智能手机上实时显示电子地图,并可以使用手机的GPS功能迅速定位当前位置,如图3(b)所示。该模块提供了地图缩放、漫游、定位、地图背景与遥感影像切换显示等功能。点击某个地质教学点,选择查看详情后,可以查看该点详情,如图3(c)所示。这些信息包括了该地质教学点需要讲授的知识点,以及该地质教学点的图片信息，图片信息包括地质现象照片及示意图两种。

图3 野外地质实习辅助教学系统主要界面

4 结束语

本系统功能灵活,能容丰富,在野外地质实习指导中可以极大减轻带队教师备课的压力,提高学生教学效率。2014年夏季,该系统成功应用于山东理工大学勘查技术与工程专业的周口店野外地质实习指导。系统在恶劣的天气下,在野外环境中表现正常,受到带队教师一致好评,具有广泛实用性和推广前景。根据该系统的架构,制作更多的其他地区的数据,可以将该系统广泛应用于更多领域,如其他地区其他类型的野外实习教学、旅游景区介绍、路线指引及自驾游导航等。

References)

[1] 赵温霞,章泽军.周口店野外实践教学体系研究[M] .北京:中国地质大学出版社,2004.

[2] 唐京春,吕金波.房山世界地质公园地貌景观特征与开发建设意义[J].水文地质工程地质,2013(1):139-141.

[3] 许腾,艾钰洁,王国瑞.周口店黄院东山梁构造变形特征及其地质意义[J].现代地质,2013(2):288-293.

[4] 欧阳建平,赵温霞.以创新精神为指导大力加强地学实践教学改革与基地建设[J].中国地质教育,2004(1):22-23.

[5] 杜传明.百度地图API在小型地理信息系统中的应用[J].测绘与空间地理息,2011,34(2):152-156.

[6] 袁晏明,章泽军,秦松贤,等.“周口店野外地质实践教学”精品课程建设[J].中国地质教育,2007(1):126-129.

[7] 克曼特内呢.精通Android 3[M].杨越，译.北京:人民邮电出版社,2011

[8] 黄嘉辉.Java 网络程序设计[M].北京:清华大学出版社,2002

[9] 沈娣丽,上官同英,孟雅俊,等.Zigbee和百度地图API在农田信息采集系统中的应用[J].中国农机化,2012(4):184-188.

[10] 俞坤游,陈益民,骆德汉,等.基于Android平台的医护查房系统的研究与设计[J].电子技术应用,2013(10):127-129，132.

[11] 彭凤凌,庹先国,王洪辉,等.基于安卓手机的高效数据库访问机制[J].计算机工程与设计,2013(12):4109-4113.

[12] 李宁宁,郑纯军.基于Android平台网络相册的设计与实现[J].电视技术,2013(15):71-73，155.

Design and development of field geology practice teaching assistant system

Liu Xiao1, Zhang Zhaolu1, Yuan Yanming2, Ding Dongye1, Jiang Hengyi1, Zheng Jiawen1, Zheng Zhaoqing1

(1. School of Recource and Ervironment, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China； 2. School of Earth Sciences, China University of Geosciences,Wuhan 430074, China)

This study analyzes the characteristics and demands of the field geology practice teaching,and designs the field geology practice teaching assistant system(FGPTAS),which can run on Android OS mobile phone.This system is based on Baidu Map SDK.Users can manage the practice route,view the digital maps and satellite image at field,mark the geology place,view the geology picture,read tips of knowledge point with this system.With the help of this system,teachers will never get lost or unable to find the geology place.It is also a useful tool to standardize the field geology practice teaching.This system is using the geology practice route data from Zhoukoudian Country,Beijing City,China.With little changes,this system can be used in other area and other kind of field practice,or be used in the tourist introduction to scenic spot and self-driving trip route guidance.

field geology practice；teaching assistant system; Android; Baidu Map

2014- 11- 03 修改日期：2015- 01- 08

山东省自然科学基金项目(ZR2014DQ005)；国家自然科学基金项目(41006021)；国家级精品资源共享课程建设项目(20130764)；周口店野外地质实践教学虚拟仿真中心建设项目(201310433020)

刘晓(1981—)，男，山东淄博，博士，副教授，主要研究方向为资源环境地理信息系统.

E-mail：liuxiaogis@sdut.edu.cn

P622; TP311

A

1002-4956(2015)7- 0083- 03