遼寧省森林資源外業采集系統的設計與實現

劉 璐

（遼寧省林業調查規劃監測院，遼寧 沈陽110122）

遼寧省自2005年形成二類調查數據庫[1]以來，森林資源外業采集工作方法大致可以分為兩個階段：第一階段，借助GPS和指南針，結合紙質地形圖和現地地貌進行定位，利用紙制卡片記錄調查屬性數據，并在紙質的地形圖上調繪，再由內業工作人員將采集的卡片和圖紙數據錄入計算機實現對數據庫屬性的更新和圖形的區劃[2]；第二階段，隨著PDA（Personal Digital Assistant）、平板電腦等移動設備的出現，為移動GIS（Mobile GIS）發展的帶來了新的機遇，根據不同的工作需求，開發基于PDA或者平板電腦等具有不同功能的外業采集軟件，例如占地軟件、造林軟件、采伐設計軟件等。目前，遼寧省依然存在技術落后的縣區采用第一階段的工作方法進行外業數據采集，而第二階段的工作方法雖然在效率上有了質的提升，但是各類采集軟件并存不但是對開發資源的極大浪費，更因為平臺不同、操作習慣不同、數據格式不同造成數據之間難以進行轉換、共享。

2019年3月，國家林業與草原局發布了《國家林業與草原局關于開展2019年森林督查暨森林管理“一張圖”年度更新工作的通知》[3]要求各類資源數據融合成一套“一張圖”數據，強調協同工作，實現“四個一”即共用一套遙感數據、一次判讀區劃、一次驗證核實、一次現地復核加。“一張圖”的概念體現了不僅體現了數據統一的重要性，也體現了森林資源外業采集方法和平臺統一的重要性。因此，根據遼寧省森林資源外業采集特征開發一款可擴展性強的采集系統將推動遼寧省外業調查手段進入新的階段。

1 需求設計

隨著新科學技術的誕生，基于PDA的森林資源采集系統的不足之處也暴露了出來，例如屏幕太小、操作系統過時、設備價格較高等[4]，即便研究人員們對利用PDA進行外業采集的研究成果已趨于成熟，但在PDA上的應用勢必會被淘汰。近年來研究方向逐漸偏向基于Android操作系統的平板電腦設備，本文就是基于Android移動端進行開發。

1.1 需求分析

根據遼寧省森林資源調查規程，森林資源調查基本類型分為：森林資源連續清查（一類調查），調查的基本單位是樣點或者小班；森林資源規劃設計調查（二類調查），以小班為對象調查；作業設計專項調查三類（三類調查），根據調查需要確定樣點或小班為對象[5]。

無論針對哪類調查對象，采集系統都需要實現這些基本需求：支持加載大型的高精度的航片和衛片的遙感影像，實現柵格數據的快速瀏覽和縮放；在遙感影像上各類矢量數據，與遙感影像同步瀏覽；利用移動設備本身攜帶的GPS芯片，開發基于GPS的導航和定位功能，記錄外業人員的調查軌跡；根據外業調查的實際情況編輯矢量圖斑：合并、分割、面積測算、因子輸入等。各類調查在這些基本功能的基礎上再進行其他業務拓展。

1.2 功能設計

根據需求分析，森林資源外業采集系統功能可以分為六部分：工程管理、底圖操作、矢量數據編輯、屬性數據編輯、應用工具、設置，具體功能設計如圖1所示。

圖1 系統功能設計圖

2 實現與測試

目前采集系統設計實現了遼寧省各類森林資源調查及征占用林地、采伐作業設計、營造林作業設計、營造林核查等林業調查規劃設計核查模塊，本文測試以沈北新區造林核查工作為例。

2.1 工程管理

啟動軟件后選擇工程類型和作業區，點擊登錄，在地圖配置中設置工作單位、轉換參數、坐標投影等并保存，如圖2所示。

2.2 地圖操作

遙感影像與矢量數據的疊加顯示效果如圖3所示，支持雙指縮放、滑動瀏覽、單擊選中小班的操作。右側的圖層欄可以實現個圖層的標注、渲染等操作，控制圖層的顯示編輯狀態。

圖2 系統登錄及工作單位、轉換參數、坐標投影的設置

圖3 遙感影像與矢量數據的疊加顯示效果

2.3 矢量數據編輯

（1）采集點位繪圖

選擇編輯圖層后，點擊右上角“畫筆”的功能開啟圖層編輯，新建圖斑時可以選擇采集或手繪兩種方式。其中，采集方式又可以使用GPS采點、十字采點、實時采點、輸入坐標點定點采點，采點的過程中可以捕捉已有節點。如圖4，正在用十字采點構建圖形，點擊保存綠色起始點位和紅色結束點位即可連接完成閉合。

圖4 采集點位繪圖

（2）創建刪除圖斑

打開圖4右上角“小筆”按鈕 ，可以實現創建、刪除圖斑，如圖5，刪除圖斑前需要用使用“箭頭”工具選中要刪除小班。

（3）分割矢量圖斑

點擊“編輯工具條”的“分割”按鈕，將圖斑進行分割，分割時提示選擇保留原屬性的小班。

圖5 開啟編輯工具條

（4）合并矢量圖斑

先選中需要合并的兩個或多個相鄰小班，點擊“編輯工具條”的“合并”按鈕，合并時提示選擇合并到哪個小班。

（5）挖面矢量圖斑

類似于分割效果，點擊“編輯工具條”的“挖面”按鈕，在矢量圖斑內部畫圖實現挖面，選擇刪除則實現挖洞。

（6）自動計算面積

選擇右側“屬性”欄，點擊“面積“功能即可計算小班面積，出現提示對話框點擊確定后即可填入核實面積字段中。

2.4 屬性數據編輯

將紅色十字叉放入小班內，點擊右側二調數據圖層中的“屬性”按鈕即可打開該小班的屬性，點擊“復制屬性”就可以將它的相關同名字段屬性全部復制到上層造林小班中，減少手動輸入的工作量并避免輸入錯誤。其他屬性再根據現地核實情況填寫，非數字類屬性因子掛接數據字典，點擊選擇正確因子即可。

2.5 應用工具

（1）GPS 定位

左上角的“定位”按鈕打開即可打開GPS定位功能。使用前，需開啟移動操作系統的位置服務，再開啟平臺的GPS定位功能，軟件開始搜索GPS衛星信號。

（2）軌跡記錄

點擊左側“軌跡記錄”按鈕打開軌跡記錄功能。

（3）現地拍照

點擊右側“照片”選項卡下的拍照，有近景和遠景兩種拍照類型可供選擇，拍好的照片會顯示在下面的列表當中，點擊可以選擇瀏覽照片、移除照片、拍攝點定位和刪除照片，如圖6。

（4）測量工具

點擊“編輯工具條”的“測量”按鈕，計算采集或手繪線段的長度。

圖6 現地拍照功能

2.6 設置

此功能在右上角“設置”按鈕當中。

（1）底圖偏移、自動糾偏

當矢量數據與遙感影像存在偏移時，可以使用這兩個功能進行糾偏。點擊“地圖糾偏”在現地采集偏移前和偏移后的坐標，計算偏移量并保存，然后點擊“自動糾偏”即可實現。

（2）小班定位

當需要查看底層二類數據（“一張圖”數據）指定小班的位置或屬性信息時使用，點擊 “小班定位”，輸入該小班的縣、鄉、村、林班、小班信息立即定位到該小班位置。

（3）地圖導航

在地圖中指定目標點進行地圖導航。點擊“地圖導航”，出現如圖7的界面，目標點可以選擇直接輸入坐標或取地圖中紅十字叉點位坐標的方法，點擊“目標定位”測算目標距離，點擊“開始導航”會出現當前定位點到目標點的導航路徑。

圖7 地圖導航功能

（4）數據字典

點擊“數據字典”，可以查看因子代碼表、行政代碼表、圖層參數表。

3 結論與展望

3.1 結論

本文開發在Android移動設備開發的森林資源外業采集系統，良好的可擴展性不僅能夠滿足當前的工作需求，也能應對未來可能出現的各類外業調查工作。采集系統解決了遼寧省目前存在的各類采集工作平臺不同、操作習慣不同、數據格式不同的現象，節約了開發資源，節省了開發成本。

3.2 展望

系統是以縣區為單位進行應用的，沒有配套的空間數據管理服務器，難以大規模地應用于大范圍的森林資源外業調查，如市級、省級的空間數據，數據量之多、之大，不可能使用人工直接管理。搭建空間數據管理服務器可以在采集前直接從網上下載柵格和矢量空間數據，調查結束后再將調查結果通過網絡上傳到服務器。這種方式不但節省作業成本，也將推進“互聯網＋林業”的發展。