基于平板电脑的森林资源信息外业采集APP设计关键技术研究

古美景

摘 要：本文围绕森林资源外业数据采集、记录和数据传输等问题提出了一个系统的解决方案：即在移动平台上将 GIS、GPS、RS 集成在平板电脑中，开发一套支持林业信息采集的低成本、效率高、携带方便的APP软件，该软件利用 GPS 定位功能在野外快速定位，利用移动 GIS 平台将电子地图与实地联动，现场采集的数据直接保存在数据库中，实现无纸化操作，内业只要将外业数据直接导入到系统中，不需要手工录入卡片，大大减少了内业处理的工作量和误差传导。论文在数据准备、小班实地绘制和编辑、调查数据录入等关键技术进行了研究，并对平台进行了调试和应用，效果较好。

关键词：平板电脑 森林资源 外业采集 GPS

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（a）-0000-00

本研究旨在围绕森林资源规划设计调查目标，开发一套支持林业信息实地调查的成本低、易携带的APP，为林业信息采集工作提供一个系统的解决方案，使复杂、繁琐的外业调查和内业处理工作变得简单而高效。同时在使用过程中发现

和解决问题，使之不断完善。

1系统方案设计

根据林业信息采集的特点，采用内置GPS模块的平板电脑作为系统运行载体。在平板电脑上充分发挥GIS、RS和GPS的优势。其基本原理是：利用GPS载波相位观测值的实时动态定位技术，实时地提供测量点在指定坐标系中的三维定位成果和移动平台的地理信息图形处理功能，使野外调查实地与电子地图相互联动表达，通过电子屏幕输入外业调查数据，直接保存到数据库中。数据存入后台数据库过程中各个选项设置相应的边界约束条件，减少人为计算工作量和人为判断误差。与PC机器连接之后直接交换数据，减轻内业计算和处理的繁重工作量。系统所包含的功能如图1所示：

该APP是一个典型的林业移动GIS系统，支持ArcGIS的shp矢量数据和img、tiff等遥感影像数据。用户可以通过设置图层的叠加方式和图层渲染方式丰富地图表达。GPS打开之后，电子地图上自动显示操作人员所处位置和地理坐标。通过该系统，操作人员可以直接在电子地图上绘制小班也可以根据GPS采点绘制成图，成图小班可以直接计算出其面积。根据不同的移动终端，GPS精度不同。普通携带GPS的平板电脑单机定位的精度在6m左右，完全满足大范围林业区内测量所需要的精度。若需要进一步提升其精度，可以进行实时差分。伪距离差分能够达到1～3m的精度，而载波相位差分则更可以达到亚米级精度。结合遥感影像图和地形图，在平板电脑屏幕上采用对坡勾绘的方式进行小班区划，遥感图、地形图和实地实时精确对照，能提高现场区划的精度和效率。

所采集的林业调查信息直接通过平板电脑平台直接输入后台数据库中，系统对所采集数据进行了初步的边界判断和逻辑判断，可以减少人工计算的工作量和误差。

2关键技术研究

2.1 GPS串口通讯

系统通过串口号来操作和控制GPS接收设备，不同的平板电脑硬件平台所搭载的GPS模块接受GPS信号的端口号和波特率不同。系统支持NMEA协议格式标准。它的完整数据格式为：

2.2小班信息编辑

现场编辑小班功能主要有两个方面：一是对前期已有小班图形的编辑；二是针对前期没有区划边界的情况外业调查人员利用该功能根据所处位置和实地情况绘制小班边界。其操作流程如图2所示：

2.3调查因子录入

调查因子记录功能旨在实现外业调查数据通过电子屏幕直接输入系统数据库中，实现全程无纸化操作。其主要作用体现在两方面：一是在调查阶段真实记录小班调查因子，调查因子与小班直接相关联；二是在项目检查时通过具体小班直接查询所相关的调查信息，并对其修改编辑。录入和更新方法是：根据小班编号查找对应的属性，若数据库中存在相关信息，则按照广西省森林资源规划设计调查规定所设置的约束条件进行更新操作，否则进行插入操作。

2.4蓄积量的计算

单木材积的计算公式为：，为了便于野外操作，系统内置广西省森林资源二元材积表。操作时只要在系统界面输入单木的胸径和树高，便可得到单木材积。标准地内每一棵树的胸径和树高都实测后，可以算出每株树的材积，系统中累加输入单木材积能够得到标准地蓄积，

即：。测算林分蓄积一般要经过调查取得每个径阶的株数及树高曲线，根据每个径阶的中值和从树高曲线上查出该径阶的平均值，然后从二元材积表中查出各径阶的单株平均材积，乘以该径阶的林木株数，各径阶林木材积相加得到林分蓄积。标准地蓄积量已知的前提下，通过测算林分面积估算林分蓄积量，标准地标准地林分林分。系统根据自动计算的林分面积和标准地测量计算的蓄积量求算得到林分平均蓄积量。

3系统研发与测试

3.1系统研发

本APP采用C#作为开发语言，SQLite数据库作为数据存储载体。系统包括106个子类，124个子模块，所有功能，从移动GIS地图显示、编辑到数据的处理分析以及结果输出，和所有的算法都有开发团队独立设计和研发，并取得相应软件著作权证书。

3.2系统功能测试

为了使系统得到充分的测试和评估，同时为了使系统后期得到更好的改进和完善，研究小组携本系统在广西省某国有林场进行了试用。按照二类调查标准实施测试了系统的数据加载功能、配图功能、小班绘制编辑和二类调查属性采集和编辑等功能。试验表明图层加载配色功能正常，在电子屏幕上显示清晰，加载显示183MBWorldView遥感影像数据时间为5～6s，仅加载矢量数据显示时间在2s内。电子地图缩放浏览平滑无卡机现象。空旷地区GPS定位时间在20s之內，山谷有遮挡地区定位在60s内。根据电子屏幕上显示的遥感影像数据、行政区划图、地形图结合GPS定位信息能够对现地情况形成统一的认识。根据遥感影像上反应的色彩、形状、结构、相关分布和地域分布等相关关系，以及现场的确认，在电子屏幕上绘制的小班图形位置精确。二类调查数据采集录入过程有相应的约束条件，能够保证数据采集的速度和精度。

3.3 GPS精度测试

为了试验的方便及试验的可靠性，在实验区国有林场均匀选取了10个测试点，并固定好钢钉。采用Trimble GeoXH结合SBAS差分得到的结果作为参考值，其精度在0.5m以内，能够满足本次测试的需求。测试数据表明：水平方向上的最大误差5.7m，最小误差0.3m，大部分优于2m，垂直方向上的最大误差3.3m，最小误差0.1m，大部分优于2m，点位误差最大5.8m，最小0.3m；水平方向上的标准误差为2.1m，垂直方向上的标准误差为1.8m，点位误差为2.8m，表明本系统运行时产生的误差均在合理范围，达到了二类调查所的精度要求。

4结果与讨论

（1）基于3S技术的森林资源信息采集系统在林业信息采集工作中具有很强的实践意义。利用3S技术将行政区划信息、地形信息和遥感信息协同表达，结合GPS定位调查人员对调查区域具有直观的认识。通过电子屏幕直接采集存储调查信息能够及时发现和避免错误。（2）本系统能够提高森林资源信息采集的效率。多源数据的联动表达和GPS定位能够减少工作人员在野外工作中判断时间，野外调查过程中通过小班绘制功能能够快速区划不同森林类型，而且减少内业工作量；二类调查信息采集存储通过下拉菜单方式设置选项相比手工填写更加方便和快捷；系统内置了广西省不同树种的二元材积表，录入相应调查数据之后能立刻计算蓄积量。（3）所采集数据精度在合理范围内，能够满足广西省二类调查所需精度要求。GPS所接受数据经过投影和坐标转换之后水平方向、垂直方向以及点位精度均在6m以内，满足林区大范围测量需求。

参考文献

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[2] 李家树，魏辉根.平板电脑在高效数字化教育中的应用与展望[J]电脑编程技巧与维护.2012，（10）：156-156

[3]杨志高，吴雨光.多源分布式森林资源监测数据集成研究[J].西北林学院学报.2011，26（2）：171.