基于Android终端野外踏勘信息采集系统设计与实现
2019-03-15樊大磊景东升王建忠王泳韩志强黄书君
樊大磊 景东升 王建忠 王泳 韩志强 黄书君
摘要：该文设计并实现了一种基于Android终端的野外踏勘信息采集系统，该系统基于BaiduMAP SDK，实现了位置定位，地图浏览，视频采集，采集信息、描述、时间、地理坐标一体化存储，以及包含位置信息的短信一键求助功能。借助本系统可在采集野外图像信息的同时附加编辑相关文字描述，系统自动将拍摄视频信息所在的地理坐标、拍摄时间一并存储，减轻了野外踏勘资料采集整理的工作量，提高了踏勘效果。此外系统也可广泛用于野外地质考察、油气督查、管线巡查、设备巡检等场景。为保证踏勘人员在野外的人身安全，系统还提供了短信一键报警功能，通过向事先存储的联系人发送包含地理坐标内容的短信报警，得到及时的救援。
关键词：Android;BaiduMap;SQLite; 野外踏勘;信息采集;短信求助
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）02-0036-06
Design and Implementation of a Field Reconnaissance Information Collection System Based on Android Terminal
FAN Da-lei1，JING Dong-sheng1，WANG Jian-zhong1，WANG Yong2，HAN Zhi-qiang1，HUANG Shu-jun1
（1.Strategic Research Center of Oil and Gas Resources， MLR， Bejing 100034， China;2. School of Artificial Intelligence， University of Chinese Academy of Science， Bejing 100039， China）
Abstract： In this paper， a field reconnaissance information collection system based on Android terminal is designed and implemented. The system is based on BaiduMAP SDK， which realizes location positioning， map browsing， video acquisition， collection of information， description， time and geographic coordinates， as well as short message one key containing location information for help. With the aid of this system， the information of field images can be added together with the edited text description. The system automatically stores the geographic coordinates and shooting time of the video information， which reduces the workload of the field survey data collection and collation， and improves the exploration effect. In addition， the system can also be widely used for field geological survey， oil and gas supervision， pipeline inspection， equipment inspection and other scenes. To ensure the personal safety of the reconnaissance personnel in the field， the system also provides a short message alarm function. By sending short messages containing geographic coordinates to the contacts in advance， the system can be rescued in a timely manner.
Key words： Android; BaiduMap; SQLite; field reconnaissance; information collection; short message help
1 概述
地質踏勘指为使地质工作设计和部署切合于实际，事先采取的对现场地质和施工条件进行实地的概略调查和了解等有关工作。传统的地质踏勘方法主要利用纸质地图，实地利用手持GPS测量踏勘位置[1]，需要在野外环境下记录大量实地环境、地貌等图形图像及对应的地理位置信息，采集和管理都是由人工统计完成，不仅工作效率低而且所处理的数据不便于存储[2]。本文介绍一种基于Android终端的野外踏勘信息采集系统的设计与实现方法，旨在解决在野外地质踏勘中采集视频信息同时记录相关描述、拍摄具体位置、拍摄精确时间困难的问题，提高信息采集的准确性和野外地质踏勘的效率。
此外，野外地质工作多在人迹罕至的区域，相关活动存在安全风险，易发生在荒郊野外迷失掉队、交通及攀爬坠落事故、遭遇野兽袭击、风沙天气、地质灾害等极端状况，给科考工作带来诸多风险与危机[3]。为保证野外工作人员的人身安全，系统提供了短信一键求助功能，只需点击短信求救按钮就能将带有地理坐标信息的求救短信发送给事先设置的联系人，联系人可回复短信查询密码获取系统用户的实时位置，使野外工作遇险时得到及时的救助。
此系统经实际场景中应用测试，运行稳定，达到了较好的效果。该系统也可用于油气督察、管线巡查、地质考察等，应用前景广阔。
2 相关技术
2.1 LBS概述
LBS（Location Based Services）是指基于位置的服务，它将通信网络和定位系统结合起来，为用户提供相应的服务[4]。LBS最早起源于紧急呼叫服务，20世纪70年代，美国颁布了911服务规范，要求电信运营商可以追踪911电话呼叫的地点，之后LBS在世界范围内大规模地被应用。我国LBS的商用始于2001年的移动梦网，随着互联网的飞速发展和智能移动终端的日益普及，移动定位技术得到了空前的发展[5]。目前许多公司推出了LBS API，主流的有Google Map，高德地图、搜狗地图、百度地图等。其中，Google地图在世界应用最为广泛，但Google于2010年退出了在中国内地的相关服务。在其余国产主流LBS服务商提供的API中BaiduMap API具有响应速度快、现势性高、兼容性好、交互性强等优点，已成为多数专题GIS的首选地图平台[6]。
2.2 百度地图概述
百度地图是百度公司推出的一项网络地图搜索服务，其为开发者免费提供一套基于百度地图的应用程序接口，包括JavaScript、iOS、Android、静态地图、Web服务等多种版本，可以在不同系统平台上实现定位、地图、出行、轨迹、数据、分析等服务。其中百度为Android移动终端开发提供了Android定位SDK（软件开发包）。该SDK提供了GPS、蓝牙、基站、Wifi等多种定位方式，适用于室内、野外等多种环境，具有定位快、覆盖广、流量小、精度高等优点。随着互联网地图的蓬勃发展，尤其是百度地图在该领域的领军地位及其强大的技术支撑，越来越多的科学研究开始将百度地图引入到各类地理信息管理系统中[7]。
2.3 Android组件和消息传递机制
Android的应用通常由一个或者多个组件组成[8]，常用的组件包括Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider，这些组件被称为Android四大基本组件[9]。其中Activity在应用中负责与用户进行交互，通过在Activity中调用setContentView（）函数将各种UI控件展现给用户，方便用户与系统的交互。Service组件与Activity组件的地位是并列的，但Service只在后台运行，拥有独立的生命周期，没有界面与用户交互。BroadcastReceiver是Android内部的广播接收器，通过重写其onReceive（）函数可接收其他组件发来的广播消息，如短信接收消息等，其功能是对广播消息进行过滤并进行相应的响应[10]。ContentProvider主要负责为跨应用的数据交换提供统一的标准。
Android内部的不同组件之间的通信主要借助Intent来实现，它是Android不同组件之间通信的重要媒介[11]。Android将该对象作为参数传递给请求组件来实现对目标组件的请求[12]。通过Intent可以启动另一个Activity或者Service组件，还可以发送广播消息给BroadcastReceiver，可以说Intent是Android相关组件通信必不可少的载体，封装了大量传递的信息。
2.4相关地理信息系统
目前为Android移动终端提供地图服务功能的有ArcGIS API for Android，其将 GIS 的范围从办公室扩展到移动终端，是一套基于 Android 操作系统的应用程序接口，以 jar 包的形式提供各种地图服务及数据[13]。2010年10月国家测绘局宣布，天地图网站开通，我国自主的互联网地图服务网站天地图正式上线[14]。但是由于建设传统 GIS平台周期长、过程复杂、建设成本和维护成本很高，相比于传统GIS存在的弊端，BaiduMap（百度地图）作为开源平台为 LBS的开发提供了丰富的开发资源和快捷开发途径，鉴于Baidu功能多、开发维护经济的特点，本文选用BaiduMap进行相关地图功能的开发。
3系统功能设计
本文所述系统基于Android移动平台，采用BaiduMap API进行开发，用户可在野外使用安装该系统的Android移动终端实时查看所處地理位置、周边地貌，采集图像、并关联记录该图像采集地点的经度、纬度、时间、描述等信息，可以实现采集图像的保存、浏览、查看拍摄地点的总体分布，以及野外一键短信求救等功能。
3.1系统模块设计
本系统按照不同的功能分为登录认证、数据存储维护、定位显示、图像采集、图像浏览、短信求救等模块。其中登录认证功能负责对用户身份进行密码认证;数据存储维护功能负责已有数据的存取;定位显示功能通过BaiduMap显示用户所在位置、切换地图和定位模式，方便用户了解周围的地貌和位置方向信息;图像采集功能包括拍摄预览，采集保存图像文字描述信息以及与图像关联的拍摄时间、位置坐标;图像浏览模块功能包括已经拍摄图像和相关信息的浏览以及显示拍摄位置的地图投影;短信求救模块负责短信求救报警的相关功能。系统功能模块划分如图1所示。
3.2系统功能详细设计
相关功能的详细设计如图2所示。相关功能运行步骤为：
1）用户点击程序后进入用户认证界面，输入用户名密码信息点击登录键后进入主界面。
2）主界面在载入时对百度API key进行认证，显示认证信息。
3）在主界面通过点击相关按钮进入定位显示界面。
4）地图显示界面通过调用定位模块，提供用户地理坐标，对用户所在位置进行定位，显示卫星地图、显示用户方向等。
5）点击地图显示界面的采集图像按钮进入拍摄界面。
6）在拍摄界面选择是否采用所拍摄的图像，点采用则进入图像预览界面。
7）进入图像预览界面同时，传递拍摄图像的位置坐标、拍摄时间等信息到图像预览界面。
8）在图像预览界面中可以查看图像拍摄的经度、纬度，输入图像文字描述后点保存键调用文件存储模块。
9）文件存储模块把拍摄的图像存储到移动终端的内部存储卡中。
10）同时，将图像的相关信息存储到移动终端自带的SQLite数据库中。
11）在主界面点击查看图像按钮后调用图像查看界面。
12）图像查看界面载入时读取SQLite数据库获取已拍摄图像的相关信息。
13）通过访问内存中的文件信息读取拍摄的对应图像。
14）在主界面点击拍摄位置查询按钮进入拍摄位置查询界面。
15）通过读取SQLite数据库获取已拍摄图像的位置信息在地图上投影显示。
16）在主界面点击查询求救设置按钮后进入求救设置界面。
17）对数据库维护求救人的数据表进行增、删、查。
18）点击短信求救按钮调用短信发送模块。
19）短信发送模块遍历SQLite数据库中获取求救人号码等内容。
20）短信发送模块获取用户的经度、纬度信息。
21）发送接收求救短信。
4 各部分实现
4.1 UI界面
本文的UI界面包括用户登录界面、主界面、定位显示界面、图像采集界面、图像显示界面、图像查看界面、拍照位置查询界面、求救人维护界面等。本文使用XML布局来控制UI界面。绝大多数布局均采用LinearLayout（线性布局）。其中，在主界面中使用ListView控件作为定位显示、拍摄位置查询界面的入口，而定位显示界面、拍摄位置查询界面地图显示采用百度地图控件。在图像预览界面和图像信息查询界面中用ImageView来显示拍摄的图像。
4.2 数据存储和维护
本文系统中数据的存储和维护主要使用SQLite数据库，该数据库是Android系统集成的嵌入式数据库引擎，适用于资源有限的移动终端上适量数据的存取。本文用SQLite数据库维护的数据包含图像拍摄相关信息和求救人相关数据。方法是使用Android提供的SQLiteHelper工具类来具体实现。创建维护图像信息首先使用DDL（数据定义语言）create table imgtb（_id integer primary key autoincrement，lat，lon，img，time），创建imgtb表，字段_id为图像信息表的主键，lat为纬度，lon为经度，img为图像的路径，time为图像的拍摄时间。然后调用SQLiteDatabase实例的execSQL（）函数来完成数据表的创建。创建求救人信息表类似， SQL语句为create table sostb（_id integer primary key autoincrement，rescue， respsw）。求救人表名为sostb，其中_id为主键，rescue为求救人号码，respsw为求救人密码。
拍摄图像的经度、纬度、拍摄时间等信息的入库存储在图像采集功能模块中实现。
4.3 定位显示功能
用户在主界面点击定位显示控件即进入定位显示界面。界面用百度地图控件提供位置服务。实现相关定位功能步骤如下：
1）对地图进行初始化。用（MapView） findViewById（R.id.bmapView）获取百度地图UI控件。初始化定位客户端LocationClient类，注册定位监听函数registerLocationListener（MyLocationListenner myListener）发起定位监听。
2）对百度SDK相关参数加以设定。调用LocationClientOption.setOpenGps（true）函数开启GPS， 再调用setCoorType（"bd09ll"）函数设置坐标类型，该函数的参数为采用的地理坐标系，如：wgs84为1984年世界大地坐标系是GPS全球卫星定位系统使用的标准坐标系，gcj02为国家测量局02号标准坐标系，本文中采用bd09ll，即百度经纬度坐标，这也是百度地图推荐使用的坐标系。调用函数setScanSpan（3000）设置定位时间间隔为3秒。
3）实现位置监听类接口。调用百度位置监听接口BDLocationListener，在其位置接收函数onReceiveLocation（BDLocation location）接收位置信息的相关变化。使用location.getLatitude（）获取纬度信息，使用location.getLongitude（）获取经度信息。调用MyLocationData.Builder（）函数设定精度圈、方向等。使用MapStatus.Builder.target（ll）.zoom（18.0f）函数设置地图中心点和缩放比例。
4）设定定位显示界面的相关按钮组件。通过在定位变换按钮的点击监听器中分别将LocationMode参数设定为FOLLOWING、NORMAL、COMPASS，使用户能通过该按钮将定位模式设定为跟随、普通、和罗盘模式。通过在单选按钮中设定setMapType（）函数的有关参数，实现地图在普通模式和卫星图像中切换。
4.4 图像采集
1）图像采集功能。图像采集流程是本系统中最主要的流程。用戶可通过该流程采集图像并记录图像的位置、时间、描述信息，如图3所示。
图像采集的流程为：进入主界面、定位界面后点击图像采集按钮，跳转到图像拍摄界面，用户按下快门选择是否采用所拍图像，若采用，则将图像数据回调，将图像文件存储到移动终端内存，将相关数据存储到SQLite数据库。
具体实现为：给图像采集按钮绑定点击事件监听器，在响应函数中定义调取拍摄界面的意图对象为Intent（MediaStore.ACTION_IMAGE_CAPTURE），点击拍摄按钮后通过函数startActivityForResult（intent， 1）调取拍摄Activity界面。进入拍摄界面拍摄图像后点击保存按钮就会回调onActivityResult（）函数。重写该函数，对拍摄结果返回的数值进行处理。在onActivityResult（）函数中判断终端存储卡是否可用，若存储卡可用则对回调函数返回的Intent意图对象调用getExtras（）等函数提取出拍照界面返回的图像文件，然后创建一个到图像预览界面的Intent意图对象，将拍摄返回的图像信息以及定位模块返回的经度、纬度信息一并按照“名值对”的方式通過putExtra（）函数放入该意图中，其中经度、纬度数据通过DecimalFormat. Format（）函数保留小数点后6位。通过调用startActivity（Intent intent）函数开启图像预览界面。
2）图像预览功能。当图像拍摄后点击保存按键即跳转至图像预览界面。在其Activity界面创建函数中预先定义一个Intent意图对象用于接收图像采集模块传递来的图像文件、拍摄位置坐标参数等。通过调用意图的getParcelableExtra（"bitmap"）函数，从传递来的bitmap名值对中获取拍摄的图像信息，用setImageBitmap（）函数将传递过来的图像显示在图像预览界面的ImageView组件上。通过getStringExtra（）函数获取拍摄图像的经纬度信息，通过setText（）函数显示在TextView控件上。此外图像预览界面上还设置可编辑EditText控件，用户可用此控件编辑图像的相关描述。
3）图像保存功能。当点击图像预览界面的“保存”按钮后，启动与其绑定的点击事件监听器。重写该监听器内部的onClick函数。定义存储路径字符串sdcardpath为Environment.getExternalStorageDirectory（）+ "/pu/image/"作为图像存储路径。然后获取当时的时间来为图像命名（若图像名称保持不变，则保存下一张图像时会把前一张相同路径、名称的图像覆盖掉）。用new Date（）创建当前时间date对象，定义时间的格式myfomat为SimpleDateFormat（"yyyy年MM月dd日HH时mm分ss秒"），用myformat.format（date）定义字符串mCurrentPicName记录当前的时间、同时也作为图像的文件名，然后对从Intent获取的图像调用compress（Bitmap.CompressFormat.JPEG， 100， b）函数，其中b的值为文件输出流，其值为FileOutputStream（sdcardpath+mCurrentPicName+".jpg"）这样就完成了图像在移动终端SD存储卡上的存储。同时调用SQLiteDatabase.execSQL（"insert into imgtb values（null，？，？，？，？，？）"， new Object[]{lat，lon，img，time，disc}）函数将图像的信息存入移动终端的SQLite数据库中。其中lat字段为纬度值、lon字段为经度值，img为图像的存储路径，time为拍摄时间字符串，disc为图像预览界面中用户在图像描述文本控件中输入的描述信息。
4.5 图像浏览
图像浏览模块包含图像信息查询功能和拍摄位置查看功能。
1）图像信息查询功能。图像查询功能界面上端为TextView控件，用于从数据库中读取用户输入的图像描述信息。中上部通过读取数据库相应字段显示图像拍摄的位置和时间信息。中下部为ImageView控件用以显示已拍摄的图像。底部为相关按钮控件，点击按钮可显示上一张或下一张图像、显示图像拍摄的地点、删除图像等。从数据库中读取相应图像信息字段的方法依靠Android提供的SQLiteOpenHelper工具类来实现。首先利用该工具类的对象调用getReadableDatabase（）.rawQuery（"select * from imgtb）函数将图像存储表imgtb的所有字段存储在一个游标类型对象cursor中，遍历cursor对象，将imgtb数据表中每一条记录都存入到一个HashMap中，再将HashMap存入ArrayList
当点击删除图像按钮时一方面用execSQL（）函数删除数据库和result对象中的图像记录，另一方面调用相应函数删除SD卡上的图像文件。
2）拍摄位置查看功能。当在系统主界面上点击查看图像位置按钮时，就进入图像拍摄位置查看界面。该界面以百度地图界面显示拍摄图像的位置。通过与图像查询功能中相同的方法读取数据库中imgtb表中图像相关信息，遍历存储数据表信息的数组列表，取出坐标信息。由于在SQLite数据库中图像的经纬度信息是用字符串类型保存的，所以先用Double.valueOf（）函数将坐标转换为double型，然后调用MarkerOptions类的成员函数显示每幅图像的相关信息，如调用position（）函数设置位置坐标、调用icon（）函数显示图标资源、调用draggable（）函数设置是否可允许拖动等。最后用addOverlay（）函数将图标按位置逐一添加到百度地图控件上，完成拍摄图像位置在百度地图上的投影显示。
4.6 短信求救
1）短信求救人信息的维护。点击主界面上的“求救设置”控件进入短信求救人信息维护界面，在该界面的求救人手机号和求救人密码文本控件中输入相关内容，点击“添加求救人”按钮，即调用SQLiteDatabase对象的execSQL（"insert into sostb values（null，？，？）"，new Object[]{rescue，respsw}）函数对SQLite数据库中sostb数据表添加存储求救人手机号码和求救密码的记录，其中rescue为输入的求救人手机号码字符串，respsw为输入的求救密码字符串。要删除求救人号码相关记录，只需输入待删除的求救号码后点击“删除该求救人”按钮， 即在删除按钮的点击事件监听器中调用SQLiteDatabase对象的execSQL（"delete from sostb where rescue= ？"， new Object[]{resc}）函数， 其中resc为输入的待删除求救人手机号码字符串，相关求救人号码即在求救人列表中被删除。
当点击“查看已设定求救人”按钮时，在按钮的点击事件监听函数中将存储求救人信息的sostb表内相关数据存储到ArrayList
2）短信求救功能实现。当点击短信求救按钮后即将终端当前位置坐标等信息放在Intent中调用短息发送界面。在短信发送界面选择要发送的求救人，即遍历数据库sostb数据表的记录，将求救人对应的密码加入求救短信中，在短信发送界面上显示预编辑的短信内容：“我在纬度XX.XXXXXX经度XXX.XXXXXXX处遇险，请尽快救援！回复密码：XXX可查询我的实时位置。”点击发送求救短信按钮即调用SmsManager对象的sendTextMessage（）函数发送求救短信。
3）对查询短信的监听反馈。发送短信后即调用短信监听功能模块。该模块为Android四大组件中的BroadcastReceiver组件，该组件没有功能界面。重写该类中的onReceive（Context context， Intent intent）函数，当接收的意图的Action值为"android.provider.Telephony.SMS_RECEIVED"时，表示收到了短信息。通过调用createFromPdu（）函数，将收到的信息转化为SmsMessage数组，遍历该数组，获得接收短信的号码和内容，并与数据库中sostb数据表记录逐条比对，若比对成功说明短信来自注册求救人，且发送来的是求救密码，则调用短信求救功能，获取当前最新的纬度和经度坐标回复给来信求救人，外界即使在用户没有任何操作的情况下也可了解用户的实时位置坐标，为用户野外地质考察提供了安全保障。
5 系统测试
作者对系统在野外踏勘实际场景中进行了测试，系统运行稳定、信息采集准确、应用效果较好。测试环境硬件为红米note1S CU手机，其软件系统为Android 4.4.4KU84P，处理器为4核1.2Hz，运行内存为1GB，测试截屏如下图所示：
图4中，在Android系统中点击系统图标后进入登录认证界面，输入用户名和密码后点击“登录”按钮，进入系统主界面，显示百度API key验证成功，点击“位置信息”按钮，显示当前地理坐标信息。点击“定位显示”即进入定位显示界面。
图5中，默认为普通定位模式，蓝点為移动终端所在位置，蓝点外部圆圈为定位精度圈，点击右上角定位模式选择按钮，即进入罗盘模式。点选右侧地图模式单选按钮中的卫星模式按钮，即显示卫星遥感地图。点击“采集图像”按钮即进入图像采集界面。
图6中，点击图像下侧圆形拍摄按钮，即调用终端相机拍摄图像，点击接受拍摄结果的“√”按钮，即进入图像保存界面，显示拍摄图像的GPS坐标值，在描述文本框内填写该图像的描述文字后点击“保存到SD卡”即可保存拍摄的图像和相关信息。
图7中，在图4主界面点击相应控件，即进入拍摄位置查看界面，显示所有图像拍摄地点坐标在地图上的投影，点击投影符号可查看拍摄位置的详细地理信息，在地理信息界面点击右上角的“显示”按钮，可查看在该位置拍摄的图像、时间和描述等信息，如图8所示。
图8中，通过点击“上一张”“下一张”按钮，即可查看保存的图像和相关信息。
图9中，添加求救人手机号码和求救密码，点击“添加求救人”按钮即可完成求救人的入库。点击“查看已设定求救人”按钮即可查看所有求救人号码和密码信息。在主界面或定位显示界面点击求救按钮后进入短信发送界面，选择求救人、点击“发送求救短信”按钮即向求救人发送含有求救信息的短消息。
6 结束语
本文为解决在野外踏勘工作中采集影像、时间、描述、位置遇到的困难，提出了一种基于Android终端的野外踏勘信息采集系统的设计与实现方法，经实际场景测试具有操作简便、扩展性强、能够为用户提供充分安全保障等特点，有效减轻了野外地质踏勘信息采集的工作量。此外该系统也可广泛应用于油气督察、管线巡查、地质科考等领域，具有广泛的应用前景。
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