徐錫珍

1）成都理工大學信息工程學院，成都 610059

2）北京大學數(shù)字中國研究院，北京 100871

Mobile GIS技術(shù)在災害數(shù)據(jù)采集中的應用＊

徐錫珍1，2）

1）成都理工大學信息工程學院，成都 610059

2）北京大學數(shù)字中國研究院，北京 100871

以Mobile GIS相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)為基礎，在Windows Mobile 5.0系統(tǒng)下設計開發(fā)了“應急通”災害數(shù)據(jù)采集軟件。采集數(shù)據(jù)包括文字、圖片、音頻、視頻、xml表單。系統(tǒng)通過通訊網(wǎng)絡及時向后臺服務器發(fā)回所采集的數(shù)據(jù)，滿足基本災害數(shù)據(jù)采集需求，能夠為災害應急管理提供決策支持。

Mobile GIS；Windows Mobile；災害；應急

引言

近年來全球自然災害頻發(fā)。2004年的印度洋海嘯、2005年的“卡特里娜”颶風、2007年南亞多國特大洪災、2008年中國汶川地震、2010年的海地地震，以及剛剛于2011年3月11日發(fā)生的日本9級大地震及其引發(fā)的海嘯和核電站大范圍核泄漏事故，所有這些災害無不給人們生命、財產(chǎn)造成巨大損失。

我國近年來也發(fā)生了多起重大自然災害，如2008年大雪災、汶川大地震、2010年的西南干旱、青海玉樹地震、全國多地洪澇災害、甘肅舟曲等多地的泥石流災害等。除自然災害外，多種人為因素引起的災害也極大威脅著我們生存的環(huán)境，如福建紫金礦業(yè)污染事件、大連輸油管爆炸事件等。

頻發(fā)災害事件的應急管理對災害數(shù)據(jù)采集提出了更多更高的要求，如要求采集數(shù)據(jù)及時、準確、附帶地理位置信息并能實時傳輸回后臺指揮中心等。移動地理信息系統(tǒng)（Mobile GIS）技術(shù)［1］綜合運用了GPS的精確定位技術(shù)、便攜移動設備（如Pocket PC、智能手機）、移動通訊技術(shù)和GIS的空間信息處理能力，使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r地獲取、存儲、處理、分析和顯示地理相關(guān)信息?；贛obile GIS技術(shù)的災害數(shù)據(jù)采集能夠快速采集災情數(shù)據(jù)，為災害應急管理提供第一手數(shù)據(jù)資料，支持決策。

1 災害數(shù)據(jù)采集需求

災害是指給人類和人類賴以生存的環(huán)境造成破壞性影響的事物的總稱，根據(jù)災害發(fā)生的原因不同可分為自然災害和人為災害。自然災害又可分為地震、滑坡、旱災、洪澇災害、農(nóng)作物生物災害、森林生物災害、海洋災害、氣象災害等［2］。災害信息需要采集的一些共性資料包括：災害類型、受災地點和區(qū)域、受災人數(shù)以及災害發(fā)生時間等。

但各種自然或者人為災害，其對應災害應急管理需要采集的數(shù)據(jù)也各有不同的要求。如地震后災害數(shù)據(jù)采集要求采集房屋倒塌情況、人員傷亡情況，而旱澇災害需要采集水源情況、飲水措施等。以往某種特定的災害數(shù)據(jù)采集終端或終端軟件只能適用于一種或幾種設計的災害類型數(shù)據(jù)采集［3－4］，不能使用于或者不能快速方便地修改以適用于其他災害情況。各級應急管理部門、民政救災部門，急切需要一種能適用于多種災害情況的移動終端采集軟件。

2 Mobile GIS相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 嵌入式操作系統(tǒng)［5］

嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展很快。近年來隨著智能手機的普及，人們對嵌入式操作系統(tǒng)的了解也越來越深入。其中微軟公司的Windows Mobile系統(tǒng)、諾基亞公司的Symbian系統(tǒng)、蘋果公司的iOS系統(tǒng)、Google公司的Android系統(tǒng)以及加拿大RIM公司的Blackberry OS系統(tǒng)是比較流行的為民眾所熟知的嵌入式系統(tǒng)。以下列舉幾種適合開發(fā)Mobile GIS軟件的嵌入式操作系統(tǒng)。

嵌入式Linux系統(tǒng)，是將開源Linux操作系統(tǒng)進行適當裁剪，適用于嵌入式設備的一種開源操作系統(tǒng)。

OpenMoKo系統(tǒng)［6］，是一個開源的移動通訊平臺，它支持AGPS、觸屏和GSM數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)。

Windows CE系統(tǒng)，是微軟公司嵌入式、移動計算平臺的基礎，采用授權(quán)許可給OEM商，OEM商可適當修改、創(chuàng)建第三方應用的形式進行開發(fā)。

本文中論述的試驗系統(tǒng)采用的是Windows Mobile 5.0操作系統(tǒng)，是一款基于Windows CE 5.0內(nèi)核的適用于智能手機的操作系統(tǒng)。

2.2 嵌入式GIS核心

嵌入式GIS核心是實現(xiàn)Mobile GIS應用的核心。我國目前在應用的主要商業(yè)應用軟件有：超圖公司的eSuperMap和ESRI公司的ArcPad。嵌入式GIS核心提供了移動端GIS二次開發(fā)的必要功能組件，是一個GIS基本功能操作的移動端核心庫。

本文中論述的“應急通”終端軟件試驗系統(tǒng)并未采用上述商業(yè)軟件，而是采用實驗小組研發(fā)的GIS核心底庫作為基礎。自主開發(fā)的GIS核心庫主要實現(xiàn)的功能有矢量格式地圖加載（目前實現(xiàn)shp格式數(shù)據(jù)加載，正在研發(fā)兼容其它數(shù)據(jù)格式）、數(shù)據(jù)圖層管理（圖層加載、刪減、是否可視可修改等操作）以及工作空間管理等。圖1所示為“應急通”終端軟件GIS核心類框架圖。

圖1 GIS核心類框架圖

2.3 移動通訊技術(shù)

移動通訊技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了第一代模擬式技術(shù)、第二代數(shù)字式技術(shù)，目前正邁入第三代移動通訊技術(shù)，支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)，國際電聯(lián)稱之為“IMT—2000”［7］，而民眾和媒體則大都籠統(tǒng)地稱之為“3G”。目前第三代移動通訊技術(shù)存在的4種標準分別是CDMA2000、WCDMA、TD－SCDMA、WiMAX。綜合考慮了多種通訊技術(shù)在應用面、傳輸速率、開發(fā)技術(shù)難度等情況后，本文論述的“應急通”終端軟件試驗系統(tǒng)暫未采用第三代移動通訊技術(shù)，而是采用了目前相對技術(shù)最成熟、應用最廣泛的第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術(shù)之間的通用無線分組服務技術(shù)（GPRS，常被描述為2.5G）作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，并對需要傳輸?shù)妮^大數(shù)據(jù)量的文件進行了分包形式的處理。

隨著第三代移動通訊技術(shù)的發(fā)展，其數(shù)據(jù)傳輸速率將達到兆/秒級別，將有效支持目前的語音通話及多媒體數(shù)據(jù)傳輸，應用于災害數(shù)據(jù)采集軟件將極大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾始皶r效性，實現(xiàn)大型矢量柵格圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

2.4 定位技術(shù)

基于移動通訊網(wǎng)絡的定位技術(shù)主要有：Cell－ID定位技術(shù)、基于到達角（AOA）定位技術(shù)、基于到達時間（TOA）的定位技術(shù)、基于到達時間差（TDOA）的定位技術(shù)、基于增強觀測時間差（E－OTD）定位技術(shù)以及AGPS定位技術(shù)［8］。

衛(wèi)星定位具有不基于移動網(wǎng)絡的自定位功能，只要求移動設備終端集成衛(wèi)星定位模塊。目前的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS（Global Navigation Satellite System）包括有美國的GPS系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、歐盟的Galileo系統(tǒng)以及中國的北斗（Compass）系統(tǒng)，它是一個綜合的衛(wèi)星星座系統(tǒng)。其中由于GPS系統(tǒng)技術(shù)成熟、發(fā)展最早、性能穩(wěn)定以及價格等因素而得到最普遍的應用。綜合考慮各種定位技術(shù)的開發(fā)難度、經(jīng)濟成本等因素，本文論述的“應急通”終端軟件試驗系統(tǒng)采用了GPS定位技術(shù)，以智能手機自帶GPS模塊為基礎，利用Windows Mobile 5.0SDK提供的GPSID接口來調(diào)用GPS數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)體系設計

整個“應急通”終端軟件試驗系統(tǒng)設計為3層：基礎層、功能層和應用層。基礎層主要包括GIS核心、GPS功能、系統(tǒng)設置、通訊管理等模塊。功能層主要包括圖層控制、數(shù)據(jù)管理、文本、圖片、音頻、視頻、xml表單數(shù)據(jù)采集等模塊。應用層包括任務管理、用戶界面、系統(tǒng)管理等模塊。圖2描述了系統(tǒng)的主要功能及整個菜單操作流程。

3.2 數(shù)據(jù)采集模塊設計

在“應急通”終端軟件系統(tǒng)中可以采集的數(shù)據(jù)包括：表單、文本、圖片、音頻、視頻，分別用NavTable、NavText、NavPhoto、NavRecord、NavVideo來表示（如表1所示）。這些數(shù)據(jù)類型具有兩個公共的屬性：GPS位置和系統(tǒng)時間，它記錄了數(shù)據(jù)在被采集時的空間和時間信息。

采用用戶自定義xml表單形式，允許用戶根據(jù)采集內(nèi)容在服務器端定制各種表單模板，導入終端軟件后，在實際數(shù)據(jù)采集中依此模板快速采集所需數(shù)據(jù)，以適用于多種災害數(shù)據(jù)的不同采集需求。

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)效果

北京大學數(shù)字中國研究院實驗小組依據(jù)以上設計框架設計開發(fā)了“應急通”終端軟件試驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要應用于災害數(shù)據(jù)的野外移動采集與上報，能夠很好地適用于地震、干旱、洪澇等災害災情數(shù)據(jù)采集。圖3所示為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集界面，模擬了西南某地發(fā)生旱災后的災區(qū)現(xiàn)場信息采集調(diào)查。

圖2 系統(tǒng)菜單操作流程

表1 “應急通”軟件的數(shù)據(jù)類型

4 結(jié)語和建議

基于Mobile GIS技術(shù)，嘗試設計了一種Windows Mobile系統(tǒng)下的災情數(shù)據(jù)采集終端軟件，實現(xiàn)包括文本、圖片、音頻、xml表單等多種格式的災害數(shù)據(jù)采集，并且基于自定義xml表單數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)多種災害類型的數(shù)據(jù)采集要求。

數(shù)據(jù)的發(fā)送方式暫時采用了GPRS技術(shù)，基本滿足傳輸速率要求。目前3G應用發(fā)展很快，結(jié)合應用3G網(wǎng)絡提高數(shù)據(jù)傳輸速率將更有利于災害數(shù)據(jù)采集，并可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的視頻或柵格影像傳輸。

大型災害往往帶來極大的破壞性，很可能造成災區(qū)各種管網(wǎng)設施的癱瘓，包括供水管網(wǎng)、供電管網(wǎng)以及有線、無線通訊網(wǎng)絡。在汶川地震中就暴露了這方面問題。我國的北斗衛(wèi)星短報文系統(tǒng)在當時發(fā)揮了很好的作用，災害數(shù)據(jù)采集終端的開發(fā)若能集成類似衛(wèi)星通訊功能，將在大災大難后起到關(guān)鍵性作用。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集界面

GNSS衛(wèi)星定位技術(shù)和基于移動通訊網(wǎng)絡的定位技術(shù)迅速發(fā)展，而且也出現(xiàn)了一些集成定位技術(shù)的定位模塊，定位精度、效果要比單一技術(shù)形式更加優(yōu)化和可靠。當然這樣也可能造成定位模塊經(jīng)濟成本高、體積增大等情況，需要綜合考慮各方面需求權(quán)衡。但集成多種定位技術(shù)的發(fā)展必定會幫助移動災害數(shù)據(jù)采集終端實現(xiàn)更加精確、穩(wěn)定的定位效果。

本試驗系統(tǒng)出于試驗目的所用終端為普通的Windows Mobile智能手機，實際災害數(shù)據(jù)采集終端應該經(jīng)過特別設計，在硬件方面要滿足防水、抗摔等要求，才更適用于野外條件。

（作者電子信箱，徐錫珍：xuxizhen＠gmail.com）

［1］張海濤.移動GIS的地理空間信息分發(fā)和可視化.計算機工程與應用，2010，46（3）：67－68

［2］馬宗晉.自然災害與減災600問答.北京：地震出版社，1990

［3］余豐華，夏躍珍，楊克紅，等.移動GIS技術(shù)在地質(zhì)災害數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的應用研究.中國地質(zhì)災害與防治學報，2006，17（2）：102－106

［4］吳雨光，何琳.Mobile GIS在林火應急管理系統(tǒng)中的應用研究.林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2010，35（3）：15－18

［5］Mobile Solutions［EB/OL］.http：∥wiki.osgeo.org/wiki/Mobile＿Solutions

［6］Openmoko［EB/OL］.http：∥www.openmoko.com

［7］曹淑敏.IMT－2000技術(shù)與標準化動向.世界電信，1999，12（4）：20－24

［8］董振寧.無線移動位置服務平臺的構(gòu)架與應用.地理信息世界，2003，1（3）：19－23

Application of Mobile GIS technology to disaster data collection

Xu Xizhen1，2）
1）College of Information Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China
2）Institute of Digital China，Peking University，Beijing 100871，China

The“Navtong”disaster data collection software is designed and developed in Windows Mobile 5.0system，based on the related technologies of Mobile GIS.The collected data include texts，images，audio data，videos and xml forms.The system uses communication networks to send back the collected data to the server.It can basically meet the needs of disaster data collection and provide supports for disaster and emergency management decision－making.

Mobile GIS；Windows Mobile；disaster；emergenc y

PX4，TP319；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.05.008

2011－03－29；

2011－04－13。