基于Windows Mobile的森林資源連續清查軟件研發

曹健 ，盧云輝，余曉波

(1.大連市勘察測繪研究院有限公司，遼寧 大連 116061; 2.宜昌市測繪大隊，湖北 宜昌 443000)

1 背 景

森林資源連續清查是以掌握宏觀森林資源現狀及動態為目的，以省(區、市)為單位，以抽樣理論為基礎，利用固定樣地為主進行定期復查的森林資源調查［1］。傳統的調查模式工作量大，很多調查因子都需要手工計算，調查效率低;個別不負責任的調查人員根本不到實地，編造數據，造成調查成果的質量低。隨著我國森林資源連續清查體系的日臻完善，調查內容不斷豐富，對野外數據采集的效率和準確性提出了更高要求，如何能使野外數據采集更加省時省力，提高野外數據采集質量和技術水平，減輕野外調查人員和計算機操作人員的勞動強度已成為林業信息技術領域的研究熱點。無紙化外業數據采集成為一種發展趨勢，將PDA 與地理信息系統、全球定位系統等技術集成的森林資源數據采集系統已經在國內外廣泛應用［2］。

但是由于硬件本身的限制，現有的移動采集軟件也存在一些問題:移動采集設備內存小，CPU 處理能力弱。在森林資源連續清查中，當數據量大時會明顯降低移動采集設備的反應速度，甚至有死機情況出現，造成未備份的數據全部丟失的現象［2～4］。

基于此，我們在Windows Mobile 平臺下，利用C#開發了一套森林資源連續清查軟件，解決了傳統調查模式中存在的數據采集精度和效率低、調查成果質量低的問題;采取措施提高移動采集軟件的效率和保證數據的安全性，解決了移動設備硬件配置低帶來的問題，實現了從外業數據采集到內業數據匯總的一體化解決方案。

2 系統開發環境及平臺選擇

微軟公司的桌面操作系統在全世界范圍內占據主流，其研制的移動操作系統Windows CE ．Net 在嵌入式操作系統領域也占有一席之地，是一款比較成熟穩定的解決方案，Windows Mobile 6.0 采用了Windows CE ．Net 的內核。

鑒于某些Windows Mobile 設備硬件配置的原因，本軟件沒有選擇占用內存比較高的Microsoft SQL Server for Mobile Edition 和DataGrid 進行數據的存儲和數據的展示，以提高運行的效率，如表1所示。

表1 系統開發環境及平臺列表

3 軟件設計

3.1 架構設計

森林資源連續清查軟件采用3 層架構設計(3 －tier architecture)，將整個業務應用劃分為:表現層(UI)、業務邏輯層(BLL)、數據訪問層(DAL)層，以達到程序維護的簡單性、程序運行的高效性的目的，如圖1所示。

圖1 軟件邏輯架構圖

3.2 系統功能設計

根據森林資源連續清查軟件的需求，本軟件包含3 大主要功能模塊:GPS 導航模塊、數據采集模塊、數據管理模塊。

GPS 導航模塊主要根據調查人員設定的樣地中心點的坐標，由野外采集設備進行導航，便于調查人員快速、準確的找到調查的樣地。數據采集模塊主要包括樣地和樣木各種調查因子的采集，由調查人員直接在野外采集設備上填寫，并且一般由用戶進行選擇，減少出現手誤的幾率，并提高工作效率。數據管理模塊主要包括數據的邏輯關系檢查、某些調查因子(如平均胸徑等)的自動計算以及數據匯總統計等，如圖2所示。

圖2 系統功能設計

3.3 數據表設計

森林資源連續清查軟件調查項較多，在此不再贅述，具體參照《國家森林資源連續清查技術規定》及補充規定，第八次全國森林資源連續清查(內蒙古大興安嶺林區第七次清查)操作細則［7，8］。

4 關鍵技術

4.1 GPS 定位實時坐標轉換技術

GPS 技術已經成熟地應用于各行各業，如野外數據采集、導航等領域。本軟件調用移動終端中的內置的GPS 模塊，獲得點的WGS84 坐標，利用該區域的已知或者解算求得的坐標轉換三參數或者七參數［6］，通過開發坐標轉換模塊實時轉換成調查需要的坐標系下(如西安80 坐標系，北京54 坐標系)的三維坐標。利用7 參數:3 個軸的旋轉角(rx，ry，rz)、3 個坐標增量(△X，△Y，△Z)和1 個尺度因子(s)，將在WGS84 坐標按照以下公式進行坐標轉換，即可求得在新坐標系統下的坐標，七參數坐標轉換公式如下:

4.2 序列化及反序列化技術

前面我們提到，由于Windows Mobile 移動終端的硬件配置問題，為了提高軟件的運行效率，該軟件沒有采用占用內存比較高的Microsoft SQL Server for Mobile Edition，而是采用可擴展標記語言(XML)來進行數據存儲。

XML 是指用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言，可以用來標記數據、定義數據類型，是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的源語言。其簡單使其易于在任何應用程序中讀寫數據。

序列化是將對象狀態轉換為可保持或傳輸的格式的過程。與序列化相對的是反序列化，它將流轉換為對象。這兩個過程結合起來，可以輕松地存儲和傳輸數據。

5 軟件開發

根據《森林資源連續清查軟件需求分析說明書》及《森林資源連續清查軟件設計說明書》，進行軟件的開發，圖3～圖6為軟件的部分界面截圖:

圖3 樣地因子調查記錄1

圖4 樣地因子調查記錄2

圖5 樣木檢尺記錄

圖6 樣木位置示意圖

5.1 GPS 導航

本軟件利用GPS 定位模塊，利用該地的七參數或者三參數，通過GPS 坐標轉換模塊進行導航，完成樣地的查找與定位。森林資源連續清查每5年調查一次，各個固定樣地都在前期設置有固定標志并記錄有樣地中心樁的地理坐標，軟件能根據上期樣地中心樁的地理坐標進行導航，為調查人員尋找樣地提供了很大地方便。

5.2 野外數據采集

?根據軟件設計，數據存儲采用XML 文件。調查人員主要采用下拉式列表點擊錄入，實現各項調查因子的快速選擇、輸入和實時計算，防止數據采集時的缺漏情況出現，在移動采集設備上完成各項調查。填寫調查因子后，軟件通過序列化及反序列化來存儲和傳輸數據，將調查因子存儲到XML 數據文件中，來完成野外數據的采集。

在采集樣地中心點坐標時，由設備直接定位并存儲樣地中心點坐標，用戶不能進行修改，從而大大減小編造數據的可能性，進而提高調查人員的責任心。

5.3 數據雙備份

在該軟件中，實行數據雙備份機制，數據將同時保存在機身內存和SD 卡中。野外采集的數據如果發生丟失或者損壞，將會產生災難性的后果，因此數據的安全性就顯得極為重要。數據雙備份，保證數據的安全性，避免出現返工的問題。

5.4 數據計算及邏輯檢查

森林資源連續清查軟件中有些調查因子是調查員錄入的，如樹高、胸徑、樣地類別等;而有些因子是軟件根據某些因子自動填寫的，如平均胸徑是根據優勢樹種、樣木的胸徑等調查因子求得。在該軟件中自動計算這些因子，不需要調查員計算輸入，減小調查人員的工作量和出錯的幾率。

森林資源連續清查的調查因子眾多，在數據錄入時難免填寫錯誤。各因子之間相互聯系相互影響，很多因子都受其他因子的影響和制約，還有一些因子是必須填寫或是有限制的，但在實際中也可能疏漏或填錯。因此，軟件根據這些邏輯關系進行調查數據的驗證和邏輯檢查，在出現這些錯誤時能夠及時給調查人員提示，保證了調查成果的質量。

軟件根據文獻［1］、文獻［5］、文獻［7］、文獻［8］中規定的各因子的邏輯關系，自動計算不需要調查人員計算的調查因子，進行邏輯關系檢查。

5.5 數據匯總

在Visual Studio 中，利用C#開發語言，開發C/S數據匯總客戶端，讀取所有的XML 格式的野外采集數據，完成外業采集的數據的匯總。調查成果可以保存為多種主流數據格式，如Access(．mdb)、Excel(．xls)及一些關系型數據庫格式等，便于下一步的統計分析。

6 結 論

(1)筆者針對傳統森林資源調查模式以及當前利用移動采集設備進行數據采集的過程中存在的一些問題，在Visual Studio 中，基于Windows Mobile 平臺開發了一套森林資源連續清查軟件。該軟件解決了傳統調查模式中存在的數據采集效率低、調查成果質量低的問題;該軟件通過XML 文件通過序列化和反序列化技術進行數據讀寫和數據存儲，在一定程度上解決了移動設備配置較低引起的現有調查軟件處理效率低的問題。

(2)該軟件已在內蒙古大興安嶺林區成功應用，在野外數據采集、內業匯總等方面，減輕了工作量，提高了工作效率和成果質量，取得了很好的效果。

［1］林資發(2004)25 號．國家森林資源連續清查技術規定［R］．2004．

［2］陳興鋼，兆剛，劉盛．淺談PDA 在林業一類清查中的應用［J］．中國高新技術企業，2009 (21):55 ～56．

［3］任方喜，吳可，王森林．PDA 在山東省森林資源連續清查中的應用［J］．山東林業科技，2012(3):88 ～89．

［4］吳國欣，鄧成，李春等．PDA 掌上電腦在廣西森林資源一類調查中的應用［J］．林業調查規劃，2011(1):5 ～7．

［5］第八次全國森林資源連續清查(內蒙古大興安嶺林區第七次清查)操作細則［R］．2013．

［6］曹健，王晏彬，盧云輝．基于七參數的AutoCAD 數據坐標系統轉換方案研究［J］．城市勘測2012(5):109 ～111．

［7］第八次全國森林資源連續清查內蒙古自治區工作方案與技術方案［R］．2012．

［8］第八次全國森林資源連續清查內蒙古大興安嶺林區工作方案與技術方案［R］．2012．