基于eSuperMap的自然地理實習(xí)數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航系統(tǒng)

李恒凱，劉小生，馮曉東

(江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州341000)

基于eSuperMap的自然地理實習(xí)數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航系統(tǒng)

李恒凱，劉小生，馮曉東

(江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，江西贛州341000)

針對傳統(tǒng)自然地理實習(xí)技術(shù)手段落后、效率低下、數(shù)據(jù)采集困難等問題，利用eSuperMap嵌入式開發(fā)技術(shù)，結(jié)合自然地理實習(xí)的實際情況，開發(fā)出運行于智能終端的自然地理實習(xí)數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航系統(tǒng)，為自然地理實習(xí)中的數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航提供有效的輔助手段。應(yīng)用實踐表明，該系統(tǒng)能夠提高實習(xí)質(zhì)量，具有應(yīng)用推廣價值。

GIS;自然地理實習(xí);數(shù)據(jù)采集;導(dǎo)航

一、引 言

自然地理實習(xí)是高校地理學(xué)相關(guān)專業(yè)重要的實踐環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題和提高創(chuàng)新與實踐能力的過程中起著積極作用。然而，由于實習(xí)經(jīng)費、教學(xué)時間、實驗性質(zhì)等因素的制約，限制了野外實習(xí)在實踐教學(xué)中作用的發(fā)揮。一些學(xué)者積極探索利用信息技術(shù)(如GIS)來建立地理實習(xí)輔助系統(tǒng)，以提高實習(xí)質(zhì)量，并取得了一定效果。但由于這些系統(tǒng)均基于桌面系統(tǒng)開發(fā)，在實際實習(xí)應(yīng)用中，攜帶不便，只能用于實習(xí)前和實習(xí)后的管理，而無法應(yīng)用于實習(xí)過程中的數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航。隨著近年來掌上電腦、智能手機(jī)、PDA等移動設(shè)備的飛速發(fā)展，加之嵌入式技術(shù)、GPS技術(shù)和無線通信技術(shù)的支撐，還有超圖推出的基于移動設(shè)備的解決方案eSuperMap，使得利用移動設(shè)備擴(kuò)展地理實習(xí)輔助功能具備了技術(shù)可行性，一些學(xué)者的基于移動GIS的其他應(yīng)用研究也為此提供了可以借鑒的方法。因此，本文針對筆者所在院校廬山自然地理實習(xí)情況，將移動GIS引入實習(xí)系統(tǒng)中，利用eSuperMap平臺，建立了自然地理實習(xí)的數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航系統(tǒng)，為廬山自然地理現(xiàn)場實習(xí)提供了有效的過程管理與輔助手段。

二、實習(xí)流程與功能開發(fā)

本系統(tǒng)需要重點解決以下幾個問題:① 移動GIS支持下的自然地理實習(xí)流程設(shè)計;②實習(xí)過程中的數(shù)據(jù)采集，包括實習(xí)點數(shù)據(jù)采集及學(xué)生的實習(xí)表現(xiàn)數(shù)據(jù)采集;③實習(xí)過程中線路的實時導(dǎo)航及遇到突發(fā)事件的導(dǎo)航功能;④實習(xí)點信息的查詢與周邊興趣點搜索瀏覽。

1.實習(xí)流程

本系統(tǒng)可以作為一個獨立的系統(tǒng)運行于智能手機(jī)、PDA或掌上電腦等智能終端上，并可利用GIS桌面軟件處理其數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)與桌面GIS軟件采用離線的方式傳遞和更新數(shù)據(jù)。此外，本系統(tǒng)還可以作為某個自然地理實習(xí)系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，與實習(xí)系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)相互配合。而其他子系統(tǒng)采用桌面開發(fā)或者WebGIS開發(fā)，運行于PC機(jī)上，主要完成實習(xí)前和實習(xí)后的管理工作，如最佳實習(xí)線路生成、實習(xí)點信息更新、實習(xí)名單導(dǎo)入、實習(xí)成績管理等。本系統(tǒng)則運行于智能終端上，完成實習(xí)過程中的數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航。本系統(tǒng)與運行于PC機(jī)上的輔助系統(tǒng)可以通過在線或者離線的方式傳遞數(shù)據(jù)，考慮到野外自然地理實習(xí)通常在山區(qū)，無線信號較弱，多選擇以離線方式傳遞數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)實習(xí)流程如圖1所示。

在圖1中，實習(xí)前，首先根據(jù)實習(xí)的要求和目的，利用桌面GIS軟件或者其他地理實習(xí)輔助軟件確定若干條實習(xí)線路，并將實習(xí)線路保存在實習(xí)地理數(shù)據(jù)庫中的實習(xí)線路圖層中。同時，對實習(xí)線路中涉及的實習(xí)點信息根據(jù)實習(xí)要求進(jìn)行補(bǔ)充和完善，導(dǎo)入實習(xí)名單，確定住地，并將這些信息保存到該系統(tǒng)的實習(xí)地理數(shù)據(jù)庫中。實習(xí)過程中，系統(tǒng)運行于智能終端上，調(diào)用之前保存到實習(xí)地理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，完成導(dǎo)航和數(shù)據(jù)采集功能。其中，數(shù)據(jù)采集主要包括實習(xí)點數(shù)據(jù)采集和學(xué)生考勤數(shù)據(jù)采集，實習(xí)點數(shù)據(jù)采集可以采集實現(xiàn)點現(xiàn)場的照片及相關(guān)信息;學(xué)生考勤數(shù)據(jù)則主要是教師根據(jù)每個實習(xí)點學(xué)生實習(xí)情況對學(xué)生表現(xiàn)進(jìn)行評價，以便給出學(xué)生平時成績，這些信息都保存在智能終端上，以離線或在線方式傳輸?shù)降乩頂?shù)據(jù)庫中。實習(xí)后，主要是對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并針對學(xué)生在各個實習(xí)點的表現(xiàn)，根據(jù)一定的評分標(biāo)準(zhǔn)給出學(xué)生平時成績，以實現(xiàn)實習(xí)中的過程管理。

圖1 實習(xí)流程圖

2.數(shù)據(jù)組織

本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用eSuperMap的嵌入式數(shù)據(jù)格式，數(shù)據(jù)源的格式是PM2，該格式支持編輯，工作空間的格式則是PMW。在PM2數(shù)據(jù)源里面主要包括3個方面的數(shù)據(jù):

1)廬山的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，包括一些河流、湖泊、島嶼、建筑物、景點、賓館、醫(yī)院等地物的空間信息和地理實習(xí)相關(guān)的屬性信息。

2)利用道路網(wǎng)和實習(xí)路線建立的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，可以用來進(jìn)行路徑分析。

3)建立的實習(xí)點和實習(xí)路線數(shù)據(jù)。實習(xí)點存儲在實習(xí)點圖層上，其部分屬性信息如表1所示，實習(xí)路線數(shù)據(jù)存儲在實習(xí)路線圖層上。

所有的數(shù)據(jù)均可以利用超圖桌面軟件或者相關(guān)的實習(xí)輔助系統(tǒng)進(jìn)行處理，可通過超圖提供的轉(zhuǎn)換工具，將SDB格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PM2的格式，然后在eSuperMap Viewer里面新建一個工作空間，將PM2數(shù)據(jù)源加載進(jìn)去，生成地圖。

表1 實習(xí)點信息表

3.功能設(shè)計

結(jié)合圖1實習(xí)過程中所需要完成的任務(wù)需求，確定系統(tǒng)的主要功能為:

(1)GPS定位功能

當(dāng)前位置是由通過集成在智能終端的GPS接收裝置獲取 GPS信號，并由系統(tǒng)軟件通過調(diào)用eSuperMap的GPS類庫對其信號進(jìn)行解析而獲得的。GPS接收的NMEA格式數(shù)據(jù)為WGS-84坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)，智能設(shè)備的電子地圖通常使用的是直角坐標(biāo)系。因此，在不考慮高程參與轉(zhuǎn)換的前提下，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一。通過獲取GPS的位置信息，得到的經(jīng)緯度是WGS-84坐標(biāo)系的，而地圖使用的是普通平面坐標(biāo)系，所以要先轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系，新建一個點，將點的坐標(biāo)設(shè)置成轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)，然后添加到跟蹤層，控制它閃爍，從而實現(xiàn)定位。

(2)實習(xí)點數(shù)據(jù)采集、存儲、編輯

可以通過GPS定位功能，獲取當(dāng)前地理位置，然后采集當(dāng)前實習(xí)點的圖片及相關(guān)屬性信息，把屬性信息錄入智能終端并存儲。eSuperMap提供兩種數(shù)據(jù)存儲格式，即PMF和PMR。PM2是PMF文件的第二代數(shù)據(jù)文件，它將工作環(huán)境信息記錄在工作空間中，然后再通過工作空間實現(xiàn)數(shù)據(jù)源、地圖和資源的管理;PMR在數(shù)據(jù)的組織方面適合只讀方式使用。本系統(tǒng)中采用PM2對實習(xí)點數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，實習(xí)點的編輯包括添加一個新的實習(xí)點信息和對已有實習(xí)點信息進(jìn)行修改。

(3)路徑分析功能

PathAnalyst是eSuperMap中路徑分析的基類，它實現(xiàn)了路徑分析的基本方法，可以進(jìn)行最短路徑分析。在具體的工程項目中，可以從PathAnalyst派生出一個自定義路徑分析類，然后在該方法中根據(jù)具體的規(guī)則求出記錄集中當(dāng)前記錄的正向距離和反向距離，即可模擬道路真實狀況，或者根據(jù)具體的需要設(shè)定最優(yōu)分析的屬性字段和權(quán)重規(guī)則，以完成最優(yōu)路徑分析。

(4)GPS導(dǎo)航功能

PathNavigator是eSuperMap中自導(dǎo)航類，它提供了在行進(jìn)中的自導(dǎo)航功能，可在路徑分析的基礎(chǔ)上，按指定路徑行進(jìn)過程中，判斷GPS點與路徑和路徑上節(jié)點的關(guān)系，并根據(jù)當(dāng)前位置給出恰當(dāng)?shù)奶崾?。對GPS的誤差問題，它還可以自動糾正，使行動目標(biāo)不偏離道路。

(5)實習(xí)人員考勤

在實習(xí)過程中每個環(huán)節(jié)都需要記錄實習(xí)人員的出勤，以及在每個實習(xí)點的表現(xiàn)，還有回答問題時的情況等，并由此給出實習(xí)人員的平時成績。

4.系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)以上功能設(shè)計，以超圖公司的eSuperMap作為GIS軟件平臺，以C#2008作為編程語言，以廬山地理實習(xí)數(shù)據(jù)為例，對系統(tǒng)進(jìn)行了編程實現(xiàn)，開發(fā)了基于eSuperMap的廬山自然地理實習(xí)數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)主界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)主界面

三、系統(tǒng)應(yīng)用實踐

為了驗證系統(tǒng)的實用性，將本系統(tǒng)應(yīng)用于2011年我校某專業(yè)廬山自然地理實習(xí)中。

1)實習(xí)前，利用超圖桌面軟件對實習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，確定出幾條實習(xí)線路，然后通過超圖的轉(zhuǎn)換工具將桌面軟件的SDB數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成PM2數(shù)據(jù)格式，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入智能設(shè)備中。

2)實習(xí)過程中，開啟GPS導(dǎo)航功能，按照確定的實習(xí)線路進(jìn)行自主導(dǎo)航，以確保任何時候都不至于迷路。到達(dá)實習(xí)點后，實習(xí)教師利用系統(tǒng)提供的考勤功能對學(xué)生進(jìn)行點名，實習(xí)學(xué)生對該實習(xí)點進(jìn)行信息查詢，了解實習(xí)點相關(guān)情況及實習(xí)任務(wù)和實習(xí)注意事項，完成實習(xí)要求，同時可以對實習(xí)點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。實習(xí)點信息查詢與采集界面如圖3、圖4所示。

圖3 實習(xí)點管理界面

圖4 實習(xí)點的采集

在實習(xí)過程中，如果遇到道路損壞、實習(xí)點破壞、惡劣天氣等意外而臨時改變實習(xí)路線的情況，可以通過系統(tǒng)提供的周邊興趣點搜索功能，搜索周邊感興趣的實習(xí)點，并進(jìn)行最佳路徑分析與實時導(dǎo)航。

3)完成實習(xí)后，將實習(xí)點數(shù)據(jù)和人員考勤表的文件導(dǎo)入電腦，利用桌面軟件進(jìn)行查看。對每年的各實習(xí)點數(shù)據(jù)都進(jìn)行存儲，從而可得到每個實習(xí)點多年來的時序數(shù)據(jù)，并可作為地理變化研究的依據(jù)。人員出勤表則可作為此次實習(xí)的評分標(biāo)準(zhǔn)，方便老師給定平時成績。

四、結(jié)束語

長期以來，自然地理實習(xí)存在資料缺乏、實習(xí)手段落后、效率低下等問題。本系統(tǒng)結(jié)合筆者所在院校廬山實習(xí)的實際情況，利用eSuperMap嵌入式開發(fā)技術(shù)，開發(fā)了廬山自然地理實習(xí)數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航系統(tǒng)，為自然地理的野外實習(xí)探索了新的技術(shù)手段。本系統(tǒng)可運行于智能終端，攜帶方便、可操作性強(qiáng)，不僅提供實習(xí)過程中的導(dǎo)航、數(shù)據(jù)采集、實習(xí)點信息查詢?yōu)g覽等服務(wù)，還能提供全程的學(xué)生實習(xí)監(jiān)控管理，從而實現(xiàn)了實習(xí)中的過程控制，保證了實習(xí)質(zhì)量。應(yīng)用實踐表明，本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實用性，具有應(yīng)用推廣價值。

［1］ 許振文，王桂君，王鵬，等.新時期自然地理實踐教學(xué)改革探討［J］.實驗室研究與探索，2011，30(1): 117-120.

［2］ 龔文平，劉學(xué)鋒.劉家場.實習(xí)基地基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)［J］.長江大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，7(4):94-96.

［3］ 晉秀龍，張仁國，林玉標(biāo).基于GIS技術(shù)的旅游地理學(xué)實習(xí)模擬系統(tǒng)建設(shè)—以安徽省為例［J］.安徽師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，33(6):581-586.

［4］ 林玉標(biāo)，顧留碗.面向地理實習(xí)的虛擬廬山環(huán)境建設(shè)［J］.滁州學(xué)院學(xué)報，2010，12(5):40-43.

［5］ 詹云軍，袁艷斌，黃解軍，等.地理野外綜合實習(xí)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］.理工高教研究，2008，27(2): 144-145.

［6］ 豐江帆，李林，楊富平，等.面向震害應(yīng)急的移動GIS關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.計算機(jī)工程與設(shè)計，2010，31(22):4936-4940.

［7］ 康銘東，彭玉群.移動GIS的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用［J］.測繪通報，2008(9):50-53.

［8］ 尹濤.用eSuperMap2008設(shè)計GPS自主導(dǎo)航系統(tǒng)［J］.測繪科學(xué)，2009，34(S0):79-82.

［9］ 張美玉，胡其.基于移動GIS的城市信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究及總體設(shè)計［J］.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，37(4):411-416.

Data Acquisition and Navigation System of Physical Geography Practice Based on eSuperMap

LI Hengkai，LIU Xiaosheng，F(xiàn)ENG Xiaodong

0494-0911(2012)06-0068-03

P208

B

2011-06-30

國家自然科學(xué)基金(41061041);江西省教育廳科技研究項目(GJJ11472)

李恒凱(1980—)，男，湖北孝感人，講師，主要從事地理信息的開發(fā)應(yīng)用工作。