倪健忠，蔣婷婷，鄭 剛，程小義

(江蘇省森林資源監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210036)

此項(xiàng)研究以江蘇省年度森林資源監(jiān)測(cè)為目標(biāo)，旨在開發(fā)一個(gè)以森林資源外業(yè)調(diào)查為主，同時(shí)解決部分內(nèi)業(yè)工作，方便使用的林業(yè)移動(dòng)GIS軟件，為森林資源信息數(shù)字化采集提供解決方案。這樣就能協(xié)同處理森林資源調(diào)查內(nèi)、外業(yè)工作，將繁瑣復(fù)雜的外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)處理工作變得高效簡單。

1 軟件整體設(shè)計(jì)

江蘇省年度森林資源監(jiān)測(cè)以監(jiān)測(cè)全省森林面積為主，依據(jù)全省營造林?jǐn)?shù)據(jù)完成年度森林資源數(shù)據(jù)更新工作[1]，為降低使用成本，提高工作效率，在工作中先后引入了GIS技術(shù)[2]和PDA(掌上電腦)技術(shù)[3]。為進(jìn)一步整合“3S”技術(shù)[4]，提升現(xiàn)有資料使用率，方便加載海量數(shù)據(jù)，本研究以內(nèi)嵌GPS模塊的安卓系統(tǒng)平板為軟件開發(fā)硬件平臺(tái)，整合GIS，RS和GPS各自優(yōu)勢(shì)[5]，利用GPS動(dòng)態(tài)定位功能，提供在特定坐標(biāo)系中遙感影像上的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，使用軟件的地理信息數(shù)據(jù)處理功能，達(dá)到野外調(diào)查數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)的目的[6]。同時(shí)，通過平板錄入外業(yè)調(diào)查內(nèi)容(小班邊界及屬性)，并自動(dòng)保存至數(shù)據(jù)庫中，利用預(yù)設(shè)的約束條件對(duì)入庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯檢查，及時(shí)修改錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，減少內(nèi)業(yè)工作量。軟件結(jié)構(gòu)及功能如圖1所示。

圖1 軟件結(jié)構(gòu)與功能

該軟件支持常見的柵格數(shù)據(jù)，如TIF，BMP，IMG等，在平板聯(lián)網(wǎng)后，可以緩存GooGle Earth[7]數(shù)據(jù)，能直接讀取ArcGIS的Shp數(shù)據(jù)，并能根據(jù)屬性字段進(jìn)行圖層渲染。在GPS捕捉信號(hào)后，屏幕可以跳轉(zhuǎn)到當(dāng)前位置，并顯示當(dāng)前坐標(biāo)系下的地理坐標(biāo)，調(diào)查人員可以利用GPS采點(diǎn)繪制小班，也可以根據(jù)影像圖上地物地標(biāo)繪制成圖，然后直接求算小班面積。使用GPS定位后，依據(jù)高分辨率影像圖勾繪小班，可以避免由于GPS精度誤差引起的小班勾繪錯(cuò)誤，能提高外業(yè)工作的精度和效率。

2 軟件功能模塊設(shè)計(jì)

軟件由系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)管理、菜單工具、基礎(chǔ)工具和高級(jí)工具5個(gè)模塊組成。

2.1 系統(tǒng)設(shè)置

該模塊主要進(jìn)行軟件基礎(chǔ)功能設(shè)置，包括GPS信號(hào)采集方式(距離、時(shí)間)，小班面積單位(平方米、公頃、畝等)、長度單位(米、公里等)，坐標(biāo)系統(tǒng)(地理坐標(biāo)、投影坐標(biāo)等)，勾繪小班的操作模式(間斷勾繪、連續(xù)勾繪)，柵格影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)目錄等。

2.2 數(shù)據(jù)管理

該模塊主要負(fù)責(zé)柵格、矢量、屬性和照片等數(shù)據(jù)的管理，如：柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，對(duì)軟件拍攝的照片進(jìn)行管理，編輯數(shù)據(jù)字典并應(yīng)用于新建圖層文件中，調(diào)查底圖的選擇(導(dǎo)入的柵格圖、Google Earth圖、Opencycle等高線圖等)。

2.3 菜單工具

該模塊類似于PC軟件的菜單欄，主要功能是：控制GPS的開與關(guān)，設(shè)置采集航點(diǎn)或航跡，小班或小班屬性的復(fù)制，截屏和操作的撤銷與恢復(fù)等。

2.4 基礎(chǔ)工具

“基礎(chǔ)工具”是整個(gè)軟件最重要模塊，負(fù)責(zé)編輯圖層的設(shè)置，小班選擇、邊界勾繪、屬性錄入和查詢等。為保證平板界面的美觀、簡約，該模塊設(shè)置為2級(jí)工具按鈕，平時(shí)顯示一級(jí)按鈕，只顯示“編輯、完成、屬性、選擇、取消選擇”等按鈕。勾繪小班時(shí)，通過“編輯”按鈕控制彈出二級(jí)菜單，二級(jí)菜單包含GIS圖形主要編輯工具，并根據(jù)平板的特性細(xì)分為“點(diǎn)采集、線采集、點(diǎn)勾繪、線勾繪、撤銷繪點(diǎn)等”。

由于平板的特性與操作限制，相較PC端的GIS軟件，專門設(shè)計(jì)開發(fā)了如下工具：

(1)取消選擇：由于平板上對(duì)點(diǎn)選、框選小班和選擇空白區(qū)域在小班密集時(shí)難度稍大，容易出錯(cuò)，因此單獨(dú)設(shè)計(jì)該按鈕，功能是取消所有小班的選擇；

(2)完成：PC端GIS軟件通常使用雙擊鼠標(biāo)完成小班勾繪，在平板端很難實(shí)現(xiàn)雙擊這一操作，并且容易出現(xiàn)誤操作，因此單獨(dú)設(shè)計(jì)“完成”按鈕，功能是完成小班勾繪；

(3)反向勾繪：在實(shí)地勾繪小班時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到無法通行的溝、渠等地貌，需繞回起點(diǎn)反向完成小班勾繪，通過該按鈕，切換小班邊線的起始點(diǎn)與當(dāng)前點(diǎn)，完成勾繪方向的重置。

2.5 高級(jí)工具

“高級(jí)工具”模塊包括小班節(jié)點(diǎn)、邊界、內(nèi)部孤島挖除等工具，通過移動(dòng)和節(jié)點(diǎn)修整工具可以完成小班整體移動(dòng)和邊界節(jié)點(diǎn)調(diào)整，通過裁剪、合并、分割等工具可以完成小班邊界的重塑。

使用該軟件進(jìn)行外業(yè)調(diào)查的操作流程如圖2所示：

圖2 工作流程圖

3 系統(tǒng)測(cè)試

軟件使用java和C++作為開發(fā)語言，SQLite數(shù)據(jù)庫作為平板端數(shù)據(jù)庫。軟件開發(fā)從實(shí)用出發(fā)，所有功能參照PC端GIS軟件，讓使用者易于上手。

為了使軟件得到充分的測(cè)試、驗(yàn)證和評(píng)估，結(jié)合2013年中央財(cái)政林業(yè)科技推廣示范資金項(xiàng)目“江蘇省森林資源信息管理系統(tǒng)推廣示范”，軟件在江蘇省29個(gè)縣(市、區(qū))中按照江蘇省營造林核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試和使用，測(cè)試結(jié)果表明軟件完全符合該項(xiàng)工作要求，并大大提高工作效率(調(diào)查前準(zhǔn)備時(shí)間約為原來的5%，內(nèi)、外業(yè)調(diào)查處理時(shí)間和成本約為原來50%)。能加載、顯示目標(biāo)區(qū)域的完整影像數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃圖，并根據(jù)要求，依據(jù)影像、地形圖反映的地形、色彩、結(jié)構(gòu)，完成小班勾繪及現(xiàn)場(chǎng)屬性錄入。

4 討論

4.1 優(yōu)點(diǎn)

(1)硬件水平提升。采用安卓平板電腦作為軟件的載體，相較于蘋果平板電腦和傳統(tǒng)掌上電腦具有價(jià)格便宜，可視面積大，操作簡單，待機(jī)時(shí)間長，存容量大等優(yōu)點(diǎn)，便于軟件推廣。

(2)多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)運(yùn)用。運(yùn)用軟件，可以在外業(yè)調(diào)查時(shí)將多種影像資料、地形圖、行政界線、已有小班等資料進(jìn)行疊加顯示，準(zhǔn)確區(qū)劃新造林小班界線，可以避免小班偏移、重復(fù)上報(bào)面積。

(3)實(shí)現(xiàn)無紙化調(diào)查。軟件的運(yùn)用使得外業(yè)調(diào)查中無需攜帶紙質(zhì)地形圖和遙感影像，只需在軟件中加載和查看所需數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS數(shù)據(jù)更可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，優(yōu)化調(diào)查線路，提高外業(yè)效率。

(4)操作簡便。軟件實(shí)現(xiàn)了在現(xiàn)地完成小班勾繪、修正、整形等操作，并根據(jù)預(yù)設(shè)代碼，可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確錄入小班屬性因子，極大提高小班勾繪、屬性錄入準(zhǔn)確率。

(5)拍照功能。軟件提供實(shí)地拍照功能，保存的照片上記錄著拍攝的時(shí)間和坐標(biāo)，在對(duì)小班進(jìn)行內(nèi)業(yè)核檢時(shí)，可以依據(jù)照片進(jìn)行二次判斷，完善小班相關(guān)因子。

4.2 缺點(diǎn)

(1)硬件限制。安卓平板相較于臺(tái)式電腦，提高便攜性的前提下犧牲了部分使用性能。在加載大數(shù)據(jù)，處理復(fù)雜數(shù)據(jù)時(shí)容易出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。市場(chǎng)上大部分安卓平板是民用設(shè)備，不具備三防功能，在野外工作時(shí)設(shè)備容易損壞，造成數(shù)據(jù)丟失。

(2)保密性差。外業(yè)調(diào)查時(shí)通常會(huì)加載多種數(shù)據(jù)，其中包含有秘密級(jí)的影像數(shù)據(jù)和森林資源二類調(diào)查原始數(shù)據(jù)，但外業(yè)人員普遍保密意識(shí)比較差，會(huì)使用平板電腦聯(lián)網(wǎng)下載數(shù)據(jù)，極易使平板電腦中涉密資料泄露。

通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，使用基于安卓平板電腦的森林資源年度監(jiān)測(cè)外業(yè)采集軟件進(jìn)行年度森林資源監(jiān)測(cè)，可以提高外業(yè)調(diào)查工作效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。但是，針對(duì)平板電腦諸多不完善的地方，軟件需進(jìn)一步優(yōu)化，在硬件不改變的前提下，提升軟件使用的便捷性、安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蘇林辦業(yè)[2005]9號(hào).江蘇省營造林實(shí)績綜合核查辦法[S].南京:江蘇省林業(yè)局,2005.

[2] 倪健忠,程小義.GIS技術(shù)在年度森林資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].江蘇林業(yè)科技，2008,35(3):30-32.

[3] 倪健忠,鄭 剛,程小義.PDA與3S技術(shù)在年度造林核查中綜合應(yīng)用[J].江蘇林業(yè)科技，2011,38(4):18-20.

[4] 李樹楷.初論“3S”技術(shù)一體化信息技術(shù)[J].環(huán)境遙感,1995,10(1):76-80．

[5] 丁常宏,孫海峰,馬微微,等.3S技術(shù)在藥用植物資源調(diào)查中的應(yīng)用[J].牡丹江師范學(xué)院學(xué)報(bào),2011(1):13-15．

[6] 趙憲文,李崇貴.基于“3S”的森林資源定量估測(cè)——原理、方法、應(yīng)用及軟件實(shí)現(xiàn)[M].北京:國科學(xué)技術(shù)出版社,2001.

[7] 熊安華.Google Earth在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中的應(yīng)用研究[J].綠色科技,2012,11:267-268.