基于移動GIS的古樹名木信息管理系統設計與實現

趙林峰 柳翠明 陳可蘊

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060）

古樹名木是中華民族的文化象征[1]，也是中華民族追求自由的精神寄托。作為城市發展歷程的“見證者”，古樹名木也擁有寶貴的人文和歷史價值[2]。2020年10月，我國提出“2030碳達峰”和“2060碳中和”的目標，即通過植樹造林、植物保護等形式，提升我國自然環境吸收處理二氧化碳的能力。在此基礎上，城市的規劃和建設，更應注重保護與人民生活息息相關的古樹、老樹，持續為城市煥發新的活力。近年來，人們對生活品質與生活環境的要求逐漸提高，國家也愈發重視生態文明建設，而如何多形式、全方位地推動“科學綠化”高質量發展，是古樹名木保護與合理化利用的重要內容。

傳統的古樹名木管理模式，容易出現數據分散、遺漏、缺失、不規范等問題。數據管理混亂、使用效率偏低為古樹名木保護監測管理工作造成嚴重影響，也無法適應現階段智慧城市發展和信息化管理的要求。對此，如何利用新興的信息技術強化對古樹名木的智慧化管理顯得尤為迫切。

移動GIS技術是綜合GIS、GNSS、移動通信、互聯網服務的一項前沿技術[3]，以智能手機或平板電腦作為終端設備，提供移動地理信息服務。移動GIS是繼桌面GIS、WebGIS之后的新一代地理信息技術熱點[4]。近年來，移動互聯網的蓬勃發展和智能終端設備的普及使得移動GIS發展迅速。移動GIS具有使用便捷、實時數據服務、操作簡易等應用特點，且數據管理表現出移動性、分布性、靈活性等優勢，被廣泛應用在林木管理保護、森林資源調查、林業監管、國土資源管理、園林綠化巡查等工作領域。在古樹名木保護管理過程中利用移動GIS技術，可高效管理城市古樹名木資源，降低管理成本，提高管理效率和綜合管理水平，實現對古樹名木的數字化管理和動態監測。

文章根據古樹名木信息化管理的需要，采用當前主流的地理信息技術、移動互聯網和數據庫技術，構建古樹名木管理數據庫，開發了基于移動GIS的古樹名木信息管理系統，支持在移動終端設備上以在線和離線方式兩種方式運行，提供地圖瀏覽、圖層切換、幾何測量、地圖標注以及古樹的識別、查詢、屬性瀏覽等功能，滿足古樹名木信息化管理的需要，提升樹木保護管理水平，為科學開展城市樹木保護提供信息化技術支撐。

1 系統設計

1.1 總體架構

古樹名木信息管理系統基于面向服務的架構（SOA），采用分層體系，從軟硬件設施、數據資源、功能服務到應用展示，各層間相互獨立。系統總體架構包含5個核心層，包括基礎支撐層、數據資源層、功能服務層、展示層和用戶層?；A支撐層提供系統運行所需要的服務器、網絡設備、通信設備、移動終端和軟件支撐平臺。數據資源層作為系統的數據支撐，在統一的規劃標準下，建立基礎地理數據庫、古樹名木數據庫和用戶管理數據庫，并通過在線或離線的方式為移動終端提供數據服務。功能服務層是平臺功能使用的技術核心，具備服務定制開發的能力，用于實現數據展示、數據管理、運維管理等應用功能。展示層是完成用戶交互動作的主要界面，適配設備以主流的移動終端設備為主（智能手機、平板電腦）。用戶層是系統的使用者，包含各級領導、樹木管理人員、系統維護人員和工作人員等。

1.2 數據庫設計

古樹名木信息是本系統運行的核心，與它相關的數據共25個，包含樹木編號、樹種、樹齡、胸徑、樹高、樹木地址等。

系統總體架構及古樹名木信息如圖1、圖2所示。

圖1 系統總體架構

圖2 古樹名木數據信息

2 關鍵技術

2.1 Android開發技術

Android是以Linux為基礎且開源的移動設備操作系統，由中間件的用戶界面和應用軟件構成。Android提供統一的API和SDK，源代碼完全開源，功能齊全，經濟實惠，市場占有率高。目前搭載Android系統的移動設備非常普遍，如智能手機、智能手表和平板電腦等。

2.2 ArcGIS Runtime SDK for Android

ArcGIS Runtime SDK for Android是ESRI公司為Android系統專門提供的開發包，支持Java和Kotlin語言開發，提供了豐富的ArcGIS圖形處理表達接口，具備地圖瀏覽與可視化、查詢識別、地理處理、要素編輯、空間分析、地理編碼等功能，可以構建強大的移動GIS應用程序，并部署在Android移動終端設備上。本系統使用ArcGIS Runtime SDK for Android進行移動GIS二次開發。

2.3 運行時地理數據庫

運行時地理數據庫，即Runtime Geodatabase，是ArcGIS中擴展名為“.geodatabase”的數據文件，專用于移動設備的離線矢量格式數據庫[5]。該類型數據庫具有離線訪問、數據編輯等特性。本系統采用的離線地理數據庫為運行時地理數據庫。

2.4 離線空間數據存儲

離線空間數據存儲是指將數據存儲在移動終端設備上[6]，數據的讀取、顯示、更新、保存、刪除等都是通過本地數據庫完成。Android系統中的文件存儲包含內部存儲和外部存儲兩部分空間，通過Java的IO庫可讀取存儲空間中的文件。本系統中的柵格切片圖層和運行時地理數據庫使用該文件存儲。

3 系統實現

本系統使用Android Studio 4.2.2作為開發平臺，Java作為開發語言，基于ArcGIS Android 100.11.2進行二次開發。系統在以Android為操作系統的設備上支持在線和離線運行，最低配置要求：Android版本6.0，內存容量4 G，存儲空間32 G。系統包含地圖瀏覽、圖層管理、地圖標注、地圖測量、屬性識別和樹木查詢等功能。系統功能展示如圖3所示。

圖3 系統功能展示

（1）地圖瀏覽。地圖視圖用來加載基礎地理底圖數據和古樹名木圖層，可直觀了解古樹名木空間分布情況。在地圖視圖上可通過地圖的操作按鈕實現對地圖縮放、旋轉平移、全幅顯示等，也可通過手指操作地圖視圖完成地圖縮放。

（2）數據圖層管理。本系統提供政務電子圖、影像圖、行政鎮街圖、土地利用總體規劃圖、控制性詳細規劃圖和古樹名木等圖層的加載、隱藏、疊加、渲染和透明度控制等功能。

（3）地圖標注。系統提供了文字、點、點繪線、自由線、點繪面、自由面、矩形等7種類型的標注功能。在地圖視圖上，標注的圖形支持撤銷、恢復、清除和保存，同時也支持對標注圖形進行增加節點、刪除節點、移動節點、選擇圖形、移動圖形和清除圖形等操作。

（4）地圖測量。系統提供了距離測量和面積測量功能。距離測量是在地圖視圖上測量點擊繪制線段的長度，當繪制點數達到兩個時，地圖視圖界面會顯示當前繪制線段的長度；面積測量是在地圖視圖上測量點擊繪制多邊形的面積，當繪制點數達到三個時，地圖視圖界面會顯示當前繪制多邊形的面積。

（5）屬性識別。系統中提供了古樹名木屬性識別功能。在地圖視圖上點擊指定的古樹矢量點，即可查看古樹的屬性詳細信息和實地照片，用于了解古樹名木的詳情。

（6）樹木查詢。系統提供模糊搜索、簡單查詢和自定義查詢，對古樹名木圖層的樹木空間分布和屬性信息進行查詢，可在地圖視圖上直觀顯示目標條件的古樹名木，實現數據獲取和管理的高效化。

4 結語

文章充分考慮古樹名木信息化管理的實際需要，綜合利用地理信息系統技術、移動互聯網和數據庫技術，構建了古樹名木管理數據庫，開發了古樹名木信息管理系統，實現了古樹名木數據的空間分布展示、信息查詢、屬性瀏覽和一張圖管理，方便用戶直接獲取古樹名木數據信息并及時了解現狀情況，有效提高了樹木保護信息管理效率，方便了古樹名木保護工作，有力支撐了樹木信息化、智慧化管理。