基于移动GIS平台UCMap的高分辨率土壤信息采集系统设计

　　0、 引言

　　目前，国内在基于 GIS 和 GPS 的农情信息定位采集系统的研究方面起步比较晚，大多数还处在手工采集阶段。随着无线通讯网络技术和嵌入式技术的快速发展，移动 GIS 逐步得到广泛的应用。但真正可以用来指导农业生产的基于移动 GIS 的高分辨率土壤肥力信息采集系统鲜有报道，主要是因为缺乏利于农户地块识别的高分辨率空间数据，以及为了保密等因素大比例尺的专业数据不适合在 Internet 网上发布所造成。为推动农业生产与管理并深化移动 GIS 在农业中应用与研究，设计与实现基于移动 GIS 的县域高分辨率土壤肥力信息采集系统就显得尤为重要。

　　本研究通过智能 Android 手机结合移动 GIS 技术和 GPS 技术，利用 UCMap 地图配置程序配置好云南省建水县的矢量地图，建立了一个基于移动 GIS 平台UCMap 的实用化的高分辨率土壤信息采集系统，弥补了国家在小区域范围内缺乏便于农户地块识别的高分辨率土壤肥力信息的问题，对指导农业生产具有一定的意义。

　　1、 系统关键技术

　　1． 1 移动 GIS 技术

　　1． 1． 1 移动 GIS 特点

　　移动 GIS 具有移动终端的多样性、实时交互性、移动性、位置信息依赖性及数据源分布式等特点。

　　1． 1． 2 移动 GIS 体系结构

　　移动 GIS 体系结构如图 1 所示。其主要由移动终端和服务器端(逻辑上包括 3 个部分:Web 服务器、GIS 服务器和数据库服务器) 承载于表示层、逻辑层和数据层。

　　表示层是移动终端的承载层，与用户进行直接的交互。逻辑层作为移动终端和数据源的中间桥梁，包括 WAP 网关、Internet、WEB 服务器和 GIS 服务器等。

　　数据层主要由空间数据库系统组成，数据服务器中存放的是空间数据和属性数据，为移动 GIS 系统提供了数据来源。

　　移动终端主要通过 WAP 网关与 Internet 连接并调用 Web 服务器。Web 服务器用来接收各种信息的服务请求，然后调用 GIS 服务器和数据库服务器来完成，再由 Web 服务器返回数据处理后的结果。

　　

　　1． 2 移动 GIS 平台 UCMap

　　1． 2． 1 UCMap 平台的特点UCMap 平台具有开放性、支持 OGC 标准、高扩展性、支持多数据源的叠加融合等特点。

　　1． 2． 2 UCMap 平台的原理

　　UCMap 平台是由多个模块构成，在二次开发中常用到的模块有 GridMap 模块、Controls 模块、Indexing 模块、Geodatabase 模块、MapLayer 模块、Geometry 模块、Display 模块和 Util 模块。UCMap 平台常用模块的结构图如图 2 所示。

　

　　其中，Controls 模块可为前台提供一个完整的控件，用来使用 UCMap 中电子地图的引擎。GridMap 模块是对电子地图的一种抽象，包含地图上每个对象跟外部的接口。MapLay 模块可对每个图层来进行定义与具体的实现。Geodatabase 模块用来管理地图上的要素。Indexing 模块可对地图空间进行索引，以便为地图要素提供高效的访问途径。Util 模块属于工具类的集合，可提供不同类型的工具。Display 模块用来实现地图的自动标注、现实渲染和符号化。Geometry 模块实现对地图各要素几何形状来进行定义与具体实现，并支持 OGC 标准。

　　2、 系统实现

　　2． 1 应用程序开发环境的搭建

　　该开发环境是在 Windows XP 操作系统下，由“JDK + Eclipse + Android SDK + ADT”构建。其中:JDK(Java development kit)是 Java 的开发编译环境，里面包含了 Java 工具和很多类库;Eclipse 是一个开放源代码的、基于 Java 的可扩展开发平台;Android SDK(Software development kit)是由 Google 公司提供的 An-droid 专属的软件开发工具包，用户可以使用 Java 语言来开发 Android 平台上软件应用，通过 SDK 提供的一些工具将其打包成 Android 平台使用的 APK(AndroidPackage)文件，然后用 SDK 中的模拟器来模拟和测试软件在 Android 平台上运行情况和效果;ADT(Andrioddevelopment tools)是在集成的环境 Eclipse IDE 中构建Android 应用程序插件，可提高程序开发效率。

　　2． 2 移动端的实现

　　移动端是指安装有 Android 操作系统的智能手机，移动端利用 Eclipse 首先在 PC 电脑上开发，待开发好后布署到 Android 智能手机上。移动端主要实现的功能模块有:地图浏览模块、GPS 功能模块、空间数据编辑模块及信息查询等。其功能结构图如图 3 所示。

 

　　2． 2． 1 地图浏览

　　该模块主要实现地图的打开、关闭、平移和缩放等功能。

　　该系统通过调用 Android SDK 中的地图服务类库与 UCmap for Android SDK 中的 controls 模块来实现地图浏览功能。Android SDK 中的地图服务类库用到的类有 MapActivity 类、Overlay 类等。UCMap for AndroidSDK 中的 controls 模块用到的类有 MapControl 类、MapView 类和 PanTool 类等。各个类彼此之间的调用关系如图 4 所示。

　　其中，MapActivity 类是 Android 中管理地图活动的一个基类，当使用地图时可以从 MapActivity 类继承一个新建的 Activity，在 Activity 中实现地图的加载显示。Overlay 类用以显示矢量地图中可绘制对象，可提供地图的绘制服务。

　　Mapcontrol 类属于地图控制类，用来控制地图和实现地图的可视化;MapView 类必须和 MapActivity 配合使用，而且只能被 MapActivity 创建，用于显示地图的 View 组件;PanTool 类属于移动地图工具，可实现拖动地图的效果，同时支持多点触摸的缩放等操作。

　　2． 2． 2 GPS 功能模块

　　GPS 功能模块主要实现 GPS 定位功能。GPS 数据通过 UCMap 的 lbs 命令空间一个命为 GPS 类来获得，然后由获得的 GPS 数据来完成经纬度坐标定位。GPS 定位首先需要开启智能 Android 手机的 GPS功能，然后接收到 GPS 数据，再将经纬度的坐标转换为地图上的坐标，最后在地图上实现定位并且绘制GPS 点。GPS 定位流程图如图 5 所示。

　　2． 2． 3 土壤肥力信息编辑模块

　　本模块主要是地图要素编辑功能。系统主要用到UCMap for Android SDK 中管理地图要素的包 cn． cre-able． gridgis． geodatabase 与包中主要的几个类。各个类彼此间的调用关系如图 6 所示。

　　其中，FeatureClass 类属于多个地图要素集合，可获得并设置地图中要素的信息。FeatureInfo 类可提供地图要素的信息包括图层号、要素坐标的最大值最小值和要素的属性数值等。DynamicFeatureClass 类可动态修改地图上的要素，比如添加、清除地图要素和新建地图要素等。Feature 类属于地图中各要素的抽象，用来设置地图中要素的信息。

　

　　3、 系统的测试与应用

　　系统以型号为 GT － N7000 三星手机作为系统测试的机型，对系统的精确性和实用性进行了初步测试和分析。测试结果表明:该系统界面操作简单、设计合理、便于携带，并且数据误差小，在初步应用中的精确性和稳定性较好;实现了在地图上 GPS 定位，绘制GPS 点，完成了对土壤的有效氮、有效磷、有效钾、pH值、有机质等土壤肥力信息的采集等功能。系统操作界面如图 7 所示。

　　

　　4、 结论

　　本文提出了一种“基于移动 GIS 的县域高分辨土壤信息采集系统”设计方法，采用“JDK + Eclipse + An-droid SDK + ADT”的应用程序开发环境，使用云南建水县的矢量地图，在智能 Android 手机上研究开发了对云南省建水县区域地区的土壤肥力信息的采集“基于移动 GIS 的县域高分辨率土壤肥力信息采集系统”。该系统可将采集到的高分辨率土壤肥力信息以地图的形式提供给农业生产管理人员，在指导农业生产方面发挥积极的作用。

　　1) 本文设计提出了“基于移动 GIS 的县域高分辨率土壤肥力信息采集系统”，是一种使土壤肥力信息采集系统走向县域基层的有效方法。

　　2) 该系统采用的开发环境具有开源、利于二次开发、支持 JAVA 语言等特点。

　　3) 该系统以手机作为采集土壤肥力信息的媒介，具有便携性、易操作等优势，解决了传统手工采集的缺点。

　　参考文献:
　　［1］ 刘向峰，孟志军，陈竞平，等． 作物病虫害信息采集与远程诊断系统设计与实现［J］． 计算机工程与设计，2010，32(7):2361 －2364．
　　［2］ 张洁． 基于移动 GIS 的退耕还林作业设计与核查系统［D］． 北京:北京林业大学，2013．
　　［3］ 张媛． 移动 GIS 在土地利用调查中的开发与研究［D］． 乌鲁木齐:新疆大学，2013．
　　［4］ 赵小厂． 基于移动 GIS 和 GPRS 技术的数据采集系统研究［D］． 上海:华东师范大学，2011．
　　［5］ 孟卫． 基于移动 GIS 的城市绿化信息采集系统的设计与实现［J］． 测绘标准化，2010，26(1):26 －28．
　　［6］ 陈晓军，刘春． 基于移动 GIS 的数字城管数据采集系统架构与实现［J］． 铁道勘探，2009(4):62 －66．
　　［7］ 盛喜玉，张小垒，韩勇，等． 面向多源数据融合的移动 GIS的设计与实现［J］． 地理空间信息，2012，10(3):48 －50．
　　［8］ 王方雄，吴边，怡凯． 移动 GIS 的体系结构与关键技术［J］． 测绘与空间地理信息，2007，30(6):12 － 14．
　　［9］ 戴春宁． 基于移动 GIS 的数据采集系统的设计与实现［D］． 南京:南京农业大学，2007．
　　［10］ 大山． Android 操作系统推荐［J］． 个人电脑，2011，7(3) :82 － 91．