基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法與應用

崔健，張再俠，周磊，張子民

(1.山東建筑大學 測繪地理信息學院，山東 濟南 250101； 2.濟南市房產測繪研究院，山東 濟南 250001；3.濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101)

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基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法與應用

崔健1，張再俠2，周磊3，張子民1

(1.山東建筑大學 測繪地理信息學院，山東 濟南 250101； 2.濟南市房產測繪研究院，山東 濟南 250001；3.濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101)

地理國情普查是我國重要的國情國力調查，科學合理的數據采集方法是高效、快速進行地理國情普查工作的前提和基礎，而基于安卓手機平臺的地理國情普查數據采集方法研究與應用是彌補傳統方法的不足、提高地理國情普查中影像現勢性和工作效率等問題工的有效途徑。文章基于安卓手機平臺，通過安卓系統開放的二次開發技術，結合面向對象的C#語言和EPS軟件的腳本編輯功能，經過多次開發試驗，提出了基于安卓手機的數據采集方法, 開發了地理國情普查數據采集移動終端系統和配套的內業數據采集系統，為濟南市地理國情普查工作提供了重要的參考數據，并通過該方法在濟南市地理國情普查工作中進行了應用分析，驗證了該方法的實用性和可行性。

地理國情普查；數據采集；安卓手機；EPS

0　引言

我國開展的地理國情普查工作是一項嶄新的、首次全國性的地理信息普查，是我國重要的國情國力調查，面臨著諸多挑戰，技術方案與方法還不完善，與地理國情普查數據采集標準與要求、采集流程與方法等有關的方面尚缺乏可以借鑒的成熟經驗。因此，在普查過程中就難免會遇到各種各樣的問題，工作效率也受到一定的制約，如何尋找更好的數據采集方法來協助此項工作，是高效、快速進行普查工作的迫切需要。而基于安卓手機的數據采集方法的提出與應用是解決地理國情普查中影像現勢性差及工作效率低等問題的重要途徑。

近年來，國內開展普查工作的單位、公司和企業借鑒國外和國內關于地理國情監測的經驗和技術，在地理國情普查工作中從不同的方向進行了探索研究[1-4]。有研究者基于QPAD移動終端，研究了地理國情普查信息采集中所涉及的移動GIS技術，并設計了地理國情普查信息采集系統的架構以及各個功能模塊[5]；湯育紅等結合寧夏地區地理國情普查試點工作的技術方法，詳細敘述了國情普查試點工作中地表覆蓋分類與地理國情要素信息的提取方法，并對生產工作的技術方法進行了探討和總結[6]；李英利等研究了地理國情普查項目地表覆蓋林地分類中喬木林、灌木林、喬灌混合林、綠化林地、疏林、人工幼林及稀疏灌叢等林地信息的人工解譯方法與技巧，通過遙感影像紋理特征的判別為以后同類地表覆蓋分類的解譯判讀提供了參考[7]；張丹等采用遙感自動解譯和技術人員采集相結合的方法，借助自主開發的地表覆蓋分類數據構面工具，進行了地表覆蓋分類數據采集[8]；吳滿意、汪鐵華等主要研究了提高外業核查工作效率的數碼調繪系統，研究并設計了滿足地理國情普查外業核查需求的功能模塊[9-10]。上述相關專家學者都對普查過程中的生產技術方法進行了研究，側重點各不相同。

文章為了彌補傳統方法的不足，提高工作效率，針對遙感影像的清晰度低和現勢性差、內業數據采集人員經驗不足、數據質量差、效率低等問題，提出了在地表覆蓋分類采集和外業核查中采用基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法，即基于安卓手機平臺采集的數據為基礎，通過安卓系統開放的二次開發技術，結合面向對象的C#語言和EPS軟件的腳本編輯功能，經過多次開發試驗，提出了基于安卓手機的數據采集方法, 經過編寫程序及數據處理，制作了能在EPS (Electronic Plane System)軟件中可視化的.edb格式的成果數據，開發了地理國情普查數據采集移動終端系統和配套的內業數據采集系統。

1　基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法

地理國情普查是一項全新的、長期的普查項目，在地理國情普查過程中，利用現有技術方法進行工作的同時，還需不斷創新、探索、研發新的技術方法，來提高普查工作的效率及保證普查工作的質量。文章根據普查工作過程中的要求特點，考慮到成本控制，從日常生活中的資源條件入手，綜合利用各種軟硬件資源，研究提出了基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法，文章方法的技術流程如圖1所示。

圖1　技術流程圖

1.1基于安卓手機的照片數據采集軟件

文章方法需要采集的是照片數據，采集此類數據的工具方法很多，經過綜合對比研究分析發現，生活中隨處可見的安卓智能手機成為此次照片采集的最佳選擇。Android是基于Linux的操作系統，它是一種自由及開放源代碼的系統，結合智能手機的特點以及照片采集的要求，可以在安卓系統中研發出符合要求的照片數據采集軟件。

在安卓系統中進行二次開發，研究開發出了基于安卓手機的照片數據采集軟件平臺，該軟件平臺能實現手機定位拍照(或連拍)等功能，采集的照片數據具有GPS坐標數據信息，有利于記錄作業區域的真實情況，同時有效輔助了內業數據采集工作。手機照片數據采集軟件平臺界面如圖2所示。

圖2　手機照片數據采集軟件平臺圖

1.2線路規劃

在進行外業數據采集前，要充分了解采集區域內人文自然地理狀況，在規劃外業調查路線時，首先要考慮內業分類采集工作中無法準確確定的疑問圖斑與要素，其次還要考慮內業分類采集時使用的源數據的時相特征、內業技術人員在判讀過程中提出的反饋意見等。除此之外,行駛的路線應盡量能覆蓋到更多的地物信息，且要避免路線重復。

數據采集路線的規劃應該能夠全面反映出工作區內的各類地表覆蓋特征及地理要素的分布特征。由于野外工作受地理環境、自然條件以及人力等諸多因素的條件限制，數據采集根據工作區域的交通情況進行路線設計，在保證安全的前提下，合理規劃路線，并且能反映出工作區域內具有代表性和典型性的地理國情要素和地表覆蓋分類圖斑[11]。

1.3外業采集數據

把裝有文章研發的拍照軟件的手機固定在汽車上，左右各固定一個，能夠同時采集行駛路線左右兩邊的地物照片數據，根據規劃好的行駛路線，以合理的行駛速度來進行數據采集，采集的照片屬性信息中包括GPS經緯度信息，如圖3所示。

在采集過程中應注意以下三個問題：

(1) 安卓手機的存儲問題，存儲卡滿盤前，及時更換存儲卡；

(2) 安卓手機的電量問題，準備好備用電庫、數據線等，及時充電；

(3) 采集過程中盡量不要在某一位置停留，以減少重復數據的處理。

圖3　照片GPS經緯度信息圖

1.4提取GPS坐標數據及對應的照片名

內業工作中，先對外業采集的數據進行檢查整理，然后提取照片名及其包含的坐標數據信息。為了提高工作效率，通過編程批量提取照片對應的GPS坐標數據十分重要。

文章通過C#開發語言編寫了數據采集工具v2.0程序，其界面如圖4所示，執行該數據采集工具程序，批量提取安卓手機照片數據采集軟件采集的照片數據的GPS經緯度信息及對應的照片名，同時生成樣本文件EXCEL表(.xlsx)，該樣本文件中包括PHID、 FILE、 PHTM、 LONG、 LAT、DOP、ALT、MMODE、SAT、AZIM、AZIMR、AZIMP、DIST、TILT、ROLL、CC、REMARK、CREATOR、FOCAL字段，其中FILE字段對應照片名，LONG、LAT字段分別對應照片數據坐標信息中的經度和緯度信息。

程序主要代碼如下：

(1) 讀取照片中GPS坐標的經度信息，并轉換成度表示為

var d = BitConverter.ToUInt32(p.Value, 0) * 1.0d / BitConverter.ToUInt32(p.Value, 4);

var m = BitConverter.ToUInt32(p.Value, 8) * 1.0d / BitConverter.ToUInt32(p.Value, 12);

var s = BitConverter.ToUInt32(p.Value, 16) * 1.0d / BitConverter.ToUInt32(p.Value, 20);

var pDecimal = ((s / 60 + m) / 60) + d;

gpsData.long = pDecimal;

圖4　數據采集工具界面圖

(2) 讀取照片中GPS坐標的緯度信息，并轉換成度表示為

var d = BitConverter.ToUInt32(p.Value, 0) * 1.0d / BitConverter.ToUInt32(p.Value, 4);

var m = BitConverter.ToUInt32(p.Value, 8) * 1.0d / BitConverter.ToUInt32(p.Value, 12);

var s = BitConverter.ToUInt32(p.Value, 16) * 1.0d / BitConverter.ToUInt32(p.Value, 20);

var pDecimal = ((s / 60 + m) / 60) + d;

gpsData.lat = pDecimal;

(3) 如果選擇的圖片文件夾路徑和EXCEL文件存儲路徑無效，則會彈出提示框為

if (picPath == string.Empty || !new DirectoryInfo(picPath).Exists)

{

MessageBox.Show("請選擇有效的圖片文件夾路徑！");

return;

}

if (excelPath == string.Empty || !new DirectoryInfo(picPath).Exists)

{

MessageBox.Show("請選擇有效的excel文件存儲路徑！");

return;

}

(4) 根據要求構建樣本數據EXCEL表格為

var sheetTitles = new string[] { "PHID", "FILE", "PHTM", "LONG", "LAT",

"DOP", "ALT", "MMODE", "SAT", "AZIM",

"AZIMR", "AZIMP", "DIST", "TILT", "ROLL",

"CC", "REMARK", "CREATOR", "FOCAL" };

var sheetIDs = new string[] { "A1", "B1", "C1", "D1", "E1", "F1", "G1", "H1", "I1", "J1",

"K1", "L1", "M1", "N1", "O1", "P1", "Q1", "R1", "S1" };

var excelApp = new ExcelApplication() { Visible = false };

excelApp.Workbooks.Add();

var sheet = excelApp.ActiveSheet as Worksheet;

for (var i = 0; i < sheetIDs.Length; i++)

{

sheet.get_Range(sheetIDs[i], Type.Missing).Value2 = sheetTitles[i];

label_msg.Text = "正在構建excel表結構...";

}

(5) 讀取照片的名字，并把讀取的照片名字和坐標數據分別賦給"FILE"，"LONG"，"LAT"字段。

filePath = String.Format(@"{0}、{1}", picPath, fileInfos[j].Name);

var gpsData = FindExifinfo(filePath);

var name = "B" + (j + 2);

var lang = "D" + (j + 2);

var lat = "E" + (j + 2);

sheet.get_Range(name, Type.Missing).Value2 = fileInfos[j].Name;

sheet.get_Range(lang, Type.Missing).Value2 = gpsData.lang;

sheet.get_Range(lat, Type.Missing).Value2 = gpsData.lat;

progressBar.PerformStep();

1.5在EPS軟件中導入樣本點數據

經過前面幾個步驟之后，就得到了照片數據與樣本文件數據，這兩部分數據是在EPS軟件中進行處理之前得到基礎數據，在導入數據前需要在EPS軟件中修改模版，添加所需的特征編碼和符號描述。修改模版完成后，在EPS軟件中編寫腳本程序導入樣本點，制作成果數據。

EPS軟件具有信息化的全新架構，其采用面向對象技術，以大型數據庫為核心，構建圖形與屬性關聯共存框架，融合CAD技術與GIS技術，實現數據生產信息化，通過ARCSDE，實現生產數據入庫。任何 EPS數據都是以模板為基礎的。模板決定數據的基本結構和相關參數設置，例如圖形的分層、編碼、顏色、注記分類、符號式樣以及比例尺等設置。EPS腳本語言支持用戶在軟件中進行二次開發，并且遵循VBScript語言標準，能夠在EPS 軟件平臺中完成數據處理、數據檢查及數據轉換等任務[12-16]。

在EPS軟件中使用VBScript語言編寫樣本點導入腳本程序。打開EPS軟件，新建工程文件，單擊工具→腳本管理器，打開腳本管理器窗口，在腳本管理器的左側新建文件夾，命名為數據處理，在數據處理文件夾上右擊選擇新建有模腳本，命名為樣本點導入，并開始編寫腳本程序。

該腳本程序的主要步驟及代碼：

(1) 在EPS軟件中先建立一個樣本層，并設置其擴展屬性；

SSProcess.SetNewObjValue "SSObj_LayerName", "PHOTO樣本層"

For i_attr = 0 to fieldcount - 1

AttrName =arfields(i_attr)

AttrValu =arValues(i_attr)

SSProcess.SetNewObjValue "["& AttrName &"]", AttrValu

Next

(2) 導入樣本文件EXCEL表中的信息,主要用到方法函數ImportExcelPHOTO()，其參數包括：選擇的文件，中央子午線。

Function ImportExcelPHOTO(fileName,CentralMeridian)；

分解選中的文件，執行導入：

ssfunc.scanstring fileName, ",", ExcelfileNames, nFileCount

for nFile=0 to nFileCount-1

strFile = ExcelfileNames(nFile) : strSheet = "Sheet1"

SSFunc.ExcelOpen strFile, strSheet

nTotal = SSFunc.ExcelGetTotalRow()

if nTotal >0 then

ReDim arExcelRec(nTotal):ReDim arPositionRec(nTotal)

SSFunc.ExcelGetRecord EXcelColName,"^",arExcelRec, nExcelRecCount

SSFunc.ExcelGetRecord EXcelPosName,"^",arPositionRec, nPositionRecCount

(3) 把獲取的坐標(pX，pY)轉換成2000國家大地坐標系(CGCS2000)下的坐標(x0, y0)：

SSProcess.LongiLatiToxyCGCS2000 CentralMeridian, pY, pX, x0, y0

(4) 根據坐標(x0,y0)添加點，并保存到數據列表：

SSProcess.AddNewObjPoint x0, y0, 0, 0, ""

SSProcess.AddNewObjToSaveObjList

(5) 保存庫列表對象到數據庫,即

SSProcess.SaveBufferObjToDatabase

執行該腳本程序，把2.4中生成的樣本文件EXCEL表導入到EPS中，然后把照片數據和EDB工程文件放在同一目錄下(照片數據的文件夾命名為PHOTO→SMPDATA)就可以在EPS中查看每個點對應的照片數據，成果展示如圖5所示。

圖5　成果展示圖

2　基于安卓手機的地理國情普查數據采集的應用案例

在地理國情普查過程中，以傳統技術方法開展工作的同時，也需要注入新的創新性的技術方法，來提高普查工作的效率以及保證普查工作的質量。文章以濟南市地理國情普查為基礎，研究提出了基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法，并將該方法在濟南市地理國情普查過程中進行了應用。

以濟南市地理國情普查為基礎，在影像使用方面以山東省普查辦提供的濟南市正射影像為底圖進行國情普查，按照濟南市地理國情普查內容與指標要求，開展對地表覆蓋分類以及地理要素實體屬性的提取[16]，在外業調查核查及質量檢查完成后，最后進行數據整理，將地表覆蓋分類數據制作成數據集。在地表覆蓋分類采集和外業調查核查工作中應用基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法。

首先要把.tif格式的影像數據轉為EPS軟件所使用的.emg格式的數據，將.emg影像數據導入EPS中，進行地表覆蓋采集工作。在進行采集工作前，先利用文章所提出的方法采集制作輔助數據(如圖6～8所示)，再根據濟南市地理國情普查的內容和要求，并且參考采集制作的輔助數據進行人工勾畫判讀解譯，采集濟南市地表覆蓋的分類數據。

然后進行外業調查核查，依照調查核查的成果數據對地表覆蓋的分類數據層(LCA)加以修改編輯，最后形成地表覆蓋的分類數據成果，如圖9所示。

圖6　提取坐標及照片名圖

圖7　樣本文件數據圖

圖8　應用成果圖

圖9　濟南市地理國情普查部分數據成果圖

3　基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法的應用成果分析效果

(1) 在地表覆蓋分類采集中的應用效果

在濟南市地理國情普查地表覆蓋分類采集過程中，應用文章提出的數據采集方法，幫助內業作業人員有效解決了由于遙感影像的現勢性差和清晰度低給內業判讀帶來的困難和由于內業作業人員缺少野外調繪經驗而造成的地類判析時間過長、準確率低兩個問題，這樣一幅圖的分類采集時間縮短了1/3，大大提高了工作效率及準確度，減少了外業核查的工作量，進而提高了普查工作的進展。

(2) 在外業核查中的應用效果

外業調查與核查是確保國情普查數據正確性的重要工作，傳統的外業核查方式一般采用騎電瓶車或助力車，手持電子平板和紙質地圖進行核查；在濟南市地理國情普查外業核查中采用基于安卓手機的地理國情普查數據采集方法，實現了數據快速采集和匹配，有效彌補了傳統方法的不足，提高了工作效率。兩種方式的對比見表1。

表1　　　　傳統方法與基于安卓手機的地理國情普查

4　結語

地理國情普查是一項嶄新的工作，在普查過程中需要拓寬思路，不斷創新。文章以安卓手機為平臺，利用二次開發技術，通過C#語言編寫坐標數據提取程序，結合EPS軟件的腳本編輯功能，經過反復的研究開發試驗，提出了一套完整的數據采集方法。將文章方法應用在濟南市地理國情普查工作中，彌補了傳統方法的不足，大大提高了工作效率，為地理國情普查工作如期完成提供了技術支持，同時為下一步的國情監測打下了堅實的基礎。

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[3]喬朝飛．國外地理國情監測概況與啟示[J]．測繪通報，2011，22(11)：81-83．

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[4]白中潔.地理國情(市情)普查外業信息采集[J].測繪與空間地理信息,2014,37(6):159-161.

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[10]汪鐵華.地理國情普查外業調繪核查系統設計與實現[J].測繪與空間地理信息,2014,37(6):157-158, 161.

[11]張亮.數字調查系統在地理國情普查中的應用[D].長春:吉林大學,2014.

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[14]徐中華,劉萬華,余成江.清華山維一體化軟件EPS腳本語言的應用[J].城市勘測,2007(6):88-90.

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(學科責編：李雪蕾)

Data collection method and application of census of national geographical conditions based on android mobile phone

Cui Jian1, Zhang Zaixia2, Zhou Lei3,etal.

(1. School of Suwering & Geographic Information, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China; 2. Jinan Real Estate Surveying and Mapping Research Institute, Jinan 250001, China; 3. Jinan Creotechnical Invetigation and Surveying Research Institute, Jinan 250101, China)

The census of national geographical conditions is an important national conditions and strength research in our country, and the data collection method proposed based on android mobile phone has important significance to solve the problems of the poor timeliness of image and the low efficiency of census work of the census of national geographical conditions. The article based on Android mobile phone platform, through the open secondary development technology of android system, combining the object-oriented C# language with script editing function of EPS software, after many times of development experiments, proposed the data collection method based on android mobile phone. The application analysis of the census of national geographical conditions work of Jinan city proves that this method is practical and feasible to solve the problems and ensure the quality of the work.

census of national geographical conditions; data collection; android mobile phone; electronic plane system

2016-04-05

崔健(1964-)，女，教授，碩士，主要從事測繪數據處理及GIS在城市建設中的應用等方面的研究.E-mail:cjian122@126.com

1673-7644(2016)03-0224-07

P208

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