基于Android的校園植物園系統(tǒng)的實現(xiàn)

陳昊 史守正

摘要：針對高等教育缺少對植物方面的人文教育、校園植物園利用率低下等問題，利用ArcGIS Runtime SDK for Android移動開發(fā)技術(shù)，基于蘇州科技大學(xué)石湖校區(qū)校園地圖以及存儲于SpatiaLite數(shù)據(jù)庫中的校園植物數(shù)據(jù)庫，開發(fā)出基于Android平臺的校園植物園系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以滿足用戶在校園內(nèi)隨時隨地地學(xué)習(xí)、觀賞植物，使校園植物園得以充分利用。

關(guān)鍵詞：校園植物園 ArcGIS Runtime SDK for Android SpatiaLite

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0188-02

高校的綠化建設(shè)是校園建設(shè)中非常重要的一項內(nèi)容，每所學(xué)校都有大面積的綠化植物，這些植物都是增進學(xué)校人文教育的重要途徑。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)雖然當(dāng)代大學(xué)生非常喜歡校內(nèi)植物，但他們對校內(nèi)很多植物的名稱和特性都一無所知。由此可見，很多學(xué)校還是缺乏人文教育，而且沒有充分利用好校內(nèi)資源。很多學(xué)者都針對這一問題展開了研究，例如蘭思仁的福建農(nóng)林大學(xué)教學(xué)植物園探析[1]。隨著信息時代的發(fā)展，很多學(xué)校也提出建立虛擬校園植物園，如沈瑩的校園虛擬植物園建設(shè)實踐研究[2]，但大多都是以計算機為固定終端設(shè)備，因此無法滿足師生在校園內(nèi)隨時隨地去學(xué)習(xí)、觀賞植物。

移動GIS是以智能手機或平板電腦為終端GIS系統(tǒng)，是繼桌面 GIS、WebGIS之后又一新的技術(shù)熱點[3]。基于Android手機系統(tǒng)，借助ESRI公司提供的ArcGISRuntime SDK for Android插件，即能通過Eclipse平臺進行手機APP開發(fā)，設(shè)計出一款基于校園植物的的移動地理信息系統(tǒng)，可以很方便幫助校內(nèi)師生隨時隨地欣賞、學(xué)習(xí)校園植物。

1 系統(tǒng)開發(fā)理論基礎(chǔ)

1.1 ArcGIS Runtime SDK for Android簡介

ArcGIS Runtime SDK for Android基于Android的GIS軟件開發(fā)包，它為開發(fā)者提供了定位、地理數(shù)據(jù)采集、空間數(shù)據(jù)分析等諸多空間數(shù)據(jù)處理方案[4]。雖然ArcGIS Runtime SDK for Android目前具有很多功能，但是在處理離線矢量數(shù)據(jù)方面，ArcGIS Runtime SDK for Android的功能比較差，加載大量的離線矢量數(shù)據(jù)時很慢，無法進行復(fù)雜的編輯功能。

目前ArcGIS Runtime SDK for Android已經(jīng)擁有很多版本，10.2.4及之前的版本，開發(fā)者可將封裝的ArcGIS Runtime SDK for Android插件在Eclipse中下載后，即可調(diào)用該插件進行開發(fā)編程。10.2.4之后的版本，支持基于Gradle自動化構(gòu)建工具的Android Studio集成開發(fā)環(huán)境[5]。

1.2 SpatiaLite簡介

SpatiaLite空間數(shù)據(jù)庫是一個簡單、實用的輕量級數(shù)據(jù)庫，它是在SQLite的基礎(chǔ)上增加了對空間數(shù)據(jù)的支持，具有管理空間數(shù)據(jù)的能力。它遵守OGC標準，支持SQL語言對幾何類型字段的操作[6]。SpatiaLite操作簡單，易于管理GIS環(huán)境下中小型GIS數(shù)據(jù)庫，支持R-tree的數(shù)據(jù)檢索，數(shù)據(jù)庫的訪問速度快，很適合在Android設(shè)備上進行空間數(shù)據(jù)管理，正好可以解決ArcGIS for Android對離線矢量數(shù)據(jù)處理能力差的難題[7]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

校園植物園系統(tǒng)（BG University）是以掌上電腦或智能手機為硬件開發(fā)平臺，在Eclipse3.7平臺上下載ArcGIS Runtime SDK for Android10.2.4插件進行二次開發(fā)，并通過SpatiaLite管理工具SpatiaLite GUI存儲、管理校園植物的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。

2.1 功能設(shè)計

本系統(tǒng)主要功能分為定位，地圖瀏覽與操作，植物查詢與編輯，校內(nèi)導(dǎo)航和輔助功能，具體的功能結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

2.1.1 定位

系統(tǒng)可通過Android設(shè)備中的GPS、移動通訊網(wǎng)絡(luò)、WIFI網(wǎng)絡(luò)來進行定位。

2.1.2 地圖瀏覽與操作

校園地圖可加載離線2D平面圖與遙感影像，地圖除了可以支持放縮、平移、旋轉(zhuǎn)等基本功能，還利用Android提供的方向傳感器，使地圖隨著用戶面對的方向進行旋轉(zhuǎn)，方便用戶識別地圖，查看植物信息。

2.1.3 植物查詢、編輯

植物查詢不僅包含關(guān)鍵字查詢、分類查詢，還通過定位功能+緩沖區(qū)組成的附近查詢功能。植物編輯功能可滿足用戶對校內(nèi)植物進行更新，修改等操作， 保證了校園植物數(shù)據(jù)庫的實時性，有效性。

2.1.4 校內(nèi)導(dǎo)航

校內(nèi)導(dǎo)航是分為人行導(dǎo)航與車行導(dǎo)航，通過路徑分析，為用戶提供最優(yōu)路徑，方便用戶快速到達目的地。

2.1.5 輔助功能

輔助功能包括拍照、微博分享、意見反饋，植物好搜百科鏈接，學(xué)校簡介，關(guān)于我們，一鍵退出等功能。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計是校園植物園系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵。校園植物數(shù)據(jù)庫的所有數(shù)據(jù)都儲存在SpatiaLite數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫主要包括為兩個部分，即校園植物信息和植物最佳觀測點信息，（如圖2所示）。對于校園植物的屬性信息需要注意的是：校園植物的屬性信息包含兩張表，attributes表存儲目前校園內(nèi)所有植物的屬性信息，當(dāng)校園種植新植物時，新植物的屬性信息將存儲在attributes1里。

3 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

3.1 底圖數(shù)據(jù)的制作

系統(tǒng)使用的校園底圖有2D平面圖和遙感影像圖，它們都是切片包tpk格式。tpk主要是用于將緊湊型切片文件打包形成離線地圖包，它相當(dāng)于一張圖片，沒有屬性信息。Tpk的制作步驟：（1）在ArcMap選擇Customize > ArcMap Options > sharing，確保“Enable ArcGIS Runtime Tools”被勾選上；（2）在ArcMap中選擇File > Share As > Tile Package；（3）在Tile Package選項卡下設(shè)置文件存儲路徑；（4）在Tile Format中設(shè)置相關(guān)參數(shù)；（5）在Item Description中設(shè)置描述信息；（6）生成tpk文件。

3.2 兩種地圖旋轉(zhuǎn)方式的靈活切換

其一是通過監(jiān)聽用戶的手勢操作對地圖進行任意旋轉(zhuǎn)。其二是通過使用Android方向傳感器，監(jiān)聽手機對應(yīng)的方位，校園地圖隨即旋轉(zhuǎn)到該方位。系統(tǒng)中通過一個按鈕來切換兩種地圖旋轉(zhuǎn)方法。為了保證系統(tǒng)的運行效率，第二種旋轉(zhuǎn)方法的編碼是利用Runnable接口實現(xiàn)多線程，核心代碼如下：

//首先創(chuàng)建一個傳感器管理器和一個傳感器監(jiān)聽器

private SensorManager sensorManager；

//這個監(jiān)聽器由自己定義，在方向感應(yīng)器感應(yīng)到手機方向有變化的時候，可以采取相應(yīng)的操作

private MySensorEventListener mySensorEventListener= new MySensor EventListener（）；

private final class MySensorEventListener implements SensorEventListener{

@Override

//可以得到傳感器實時測量出來的變化值

public void onSensorChanged（SensorEvent event） {

//方向傳感器

if（event.sensor.getType（）==Sensor.TYPE_ORIENTATION）{

// direction表示手機指向的方位

float direction = event.values[0]；

}

//當(dāng)監(jiān)聽到手機方位時，便可將地圖旋轉(zhuǎn)到對應(yīng)的方位

mMapView.setRotationAngle（-direction）。

3.3 WKT字符串與Geometry的轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)在進行植物查詢與編輯時，需要進行點、線、面狀植物的WKT字符串與幾何對象的互轉(zhuǎn)，即實現(xiàn)SpatiaLite中POINT、LINESTRING、POLYGON的WKT字符串與ArcGIS Runtime SDK for Android 中Geometry的Point、Polyline、Polygon的互轉(zhuǎn)。

在Geometry生成WKT字符串時，很多資料把Polyline、Polygon放在一個情況下討論，由于WKT中線是用LINESTRING表示，因此系統(tǒng)是把這兩個類型分開討論。

//Polygon情況下的生成代碼

if（“POLYGON”.equals（type.name（）））{

MultiPath pg = （MultiPath）geometry；

geoStr = type.name（）+”（“+””；

int pathSize = pg.getPathCount（）；

for（int j=0；j

String temp = “（“；

int size = pg.getPathSize（j）；

Point pt = pg.getPoint（i）；

temp+=pt.getX（）+””+pt.getY（）+”，”；}

Point pt = pg.getPoint（0）；

temp+=pt.getX（）+””+pt.getY（）+”，”；

temp=temp.substring（0，temp.length（）-1）+”）”；

geoStr +=temp+”，”；}

geoStr = geoStr.substring（0， geoStr.length（）-1）+”）”；}else

//Polyline情況下的生成代碼

if（“POLYLINE”.equals（type.name（）））{

MultiPath pg = （MultiPath）geometry；

geoStr = “LINESTRING”+””；

int pathSize = pg.getPathCount（）；

for（int j=0；j

Point pt = pg.getPoint（i）；

temp+=pt.getX（）+””+pt.getY（）+”，”；}

temp=temp.substring（0，temp.length（）-1）+”）”；

geoStr +=temp+”，”；}

geoStr=geoStr.substring（0，geoStr.length（）-1）；}

4 結(jié)語

校園植物園系統(tǒng)可以滿足用戶在校園里隨時隨地學(xué)習(xí)、觀賞植物，有助于提高學(xué)校人文科學(xué)教育。系統(tǒng)中包含了學(xué)校內(nèi)所有植物，植物信息全完善，并且可以在完全離線的情況下使用該系統(tǒng)。同時系統(tǒng)也提供了每個植物的好搜百科鏈接，以及微博分享等功能，方便用戶進一步全面學(xué)習(xí)植物知識。

參考文獻

[1]蘭思仁，朱里瑩，董建文，等.福建農(nóng)林大學(xué)教學(xué)植物園探析[J].福建林業(yè)科技，2014，44（2）：127-131.

[2]沈瑩.校園虛擬植物園在教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代園藝，2016（2）：219-220.

[3]王世舉，楊斌，高桂勝，等.移動GIS在數(shù)字校園服務(wù)中的應(yīng)用與研究[J].理信息世界，2015，22（3）：38-44.

[4]李越.基于Android的地質(zhì)災(zāi)害野外調(diào)查信息采集系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)[D].云南：云南大學(xué)，2015.

[5]聶上森.基于ArcGIS Runtime SDK的外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].成都：西南交通大學(xué)，2015.

[6]李玲，王慶，王慧青.基于Spatialite輕量級空間數(shù)據(jù)庫的GIS數(shù)據(jù)管理[J].地理信息世界，2010（4）：71-75.

[7]張海瑞，吳學(xué)饒，蘭小機.基于ArcGIS for Android野外實習(xí)數(shù)據(jù)采集與導(dǎo)航系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].測繪工程，2015，24（3）：36-39.