利用ArcGIS Mobile技術開發海洋漁業數據采集系統

李陽東,朱國平,田思泉

（1.上海海洋大學 海洋科學學院，上海 201306；2.上海海洋大學 大洋漁業資源可持續開發省部共建教育部重點實驗室，上海 201306）

利用ArcGIS Mobile技術開發海洋漁業數據采集系統

李陽東,朱國平,田思泉

（1.上海海洋大學 海洋科學學院，上海 201306；2.上海海洋大學 大洋漁業資源可持續開發省部共建教育部重點實驗室，上海 201306）

網絡技術及無線通信技術的發展促進了移動地理信息系統的產生與發展。針對傳統的海洋漁業資源調查中野外數據采集方法落后的現狀，把移動GIS技術應用于海洋漁業調查，并利用ArcGIS Mobile技術開發了一個海洋漁業野外數據采集系統。首先簡要介紹了移動GIS開發技術——ArcGIS Mobile，然后對海洋漁業野外數據采集系統進行了設計，最后利用ArcGIS Mobile相關技術對其進行了實現。

ArcGIS Mobile；移動GIS；野外數據采集；海洋漁業調查

隨著網絡技術及無線通信技術的發展，地理信息系統（GIS）的發展也出現了一個新的發展方向——移動地理信息系統（Mobile GIS）[1]。特別是3G通信技術的出現，大大促進了移動GIS的發展。移動GIS是指在電子地圖與GIS中，當有一個或多個移動實體處于相對靜止的實體群中，或處于移動的實體群中，對移動實體及背景參考實體群（相對靜止或移動）的模擬、表達、處理、查詢、檢索和分析的軟硬件系統[2]。移動GIS的硬件系統主要有個人數字助理（PDA）、Pocket PC、智能手機和平板電腦等移動終端設備。移動GIS除了具有傳統GIS所具有的特點外，還具有處于移動環境下的特點：移動性、頻繁斷接性、弱可靠性、網絡通信的非對稱性、資源有限性（如屏幕尺寸小、內存受限、CPU處理能力弱等）、對空間位置的依賴性等[3]。移動GIS涉及到一些關鍵技術，主要包括：移動定位技術、無線網絡技術、移動數據庫技術和嵌入式開發技術等[3-6]。目前，移動GIS技術已應用于車載導航、野外數據采集、應急服務、物流配送、位置定位服務、企業商務拓寬等基于位置服務（Location-based Service，LBS）方面[7-9]。海洋漁業資源的調查是充分、有效利用和合理保護海洋資源必不可少的工作之一，調查資料的準確性和實時性是漁業調查取得成功的關鍵，應用移動GIS技術可以提供保障，但遺憾的是目前很少見到有關應用移動GIS技術進行海洋漁業資源調查的報道。因此，本文擬就如何把移動GIS技術應用于海洋漁業數據采集進行討論。本文先簡要介紹了移動GIS開發技術——ArcGIS Mobile，然后對漁業數據采集系統進行了設計，最后利用ArcGISMobile相關技術對其進行了實現。

1 ArcGISMoible介紹[10-11]

ArcGISMobile是ESRI公司的一個面向移動地理信息系統的軟件平臺，該平臺使得企業能夠通過從中央服務器分發GIS數據和服務來為一系列Windows Mobile設備提供利用無線網絡實時訪問信息的能力。ArcGIS Mobile最早在ArcGIS Server 9.2中引入，目前最高版本是ArcGISMobile 10。

1.1 ArcGISMoible SDK的功能

ArcGIS Mobile包含一個軟件開發包（SDK），該SDK使得開發人員可以利用簡單的工具即可創建根據用戶需求量身定做的與ArcGIS Server服務無縫集成的輕量級Mobile GIS應用。利用該SDK開發的移動GIS應用可部署在一系列包括智能手機、Pocket PC和平板電腦等的Windows Mobile設備上。利用ArcGISMobile SDK可以完成以下功能：

（1）創建和部署面向移動的能在在線或離線環境中操作的應用；

（2）構建提供包括地圖顯示與導航、GPS支持和GIS編輯等基本GIS功能的地理應用；

（3）為傳統的非空間業務部門應用，如客戶關系管理和外業服務自動化系統，增加地理空間能力。

1.2 ArcGISMoible SDK提供的控件

ArcGIS Mobile SDK為快速和高效創建移動應用提供了一些Visual Studio組件。當安裝該SDK時，這些組件（控件）被整合到Visual Studio工具箱里面。

1.2.1 Map控件

用于顯示從一個獨立的已發布的支持移動地圖服務中獲取數據的地圖緩存中的地理信息。其它的幾個控件，如ScaleBar、Navigation和GPS顯示控件，可以增強地圖的用戶體驗。

1.2.2 MobileService控件

充當向已發布的支持移動地圖服務發送和獲取數據的數據通信機制，負責設備端的數據存儲。

1.2.3 ScaleBar控件

在地圖顯示上增加一個基本比例尺，當從ArcGIS Server獲取信息時，該比例尺同時充當進度條。

1.2.4 ZoomInMapAction，ZoomOutMapAction，ZoomInOutMap-Action和PanMapAction

允許通過鼠標或筆等輸入設備執行地圖執行放大、縮小和漫游導航。

1.2.5 SelectionMapAction

提供從地圖上選擇地理要素的交互方法。

1.2.6 FileGpsConnection，SerialPortGpsConnection

管理到GPS設備的串口連接或到一個包含GPS子句的文件連接。

1.2.7 GpsDisplay控件

根據從GPS串口或文件連接獲取的坐標在地圖控件上顯示GPS位置。

2 基于ArcGIS Mobile的海洋漁業數據采集系統設計

2.1 系統體系架構

根據海洋漁業調查的業務需求和行業特點，設計了一個基于ArcGIS Mobile的海洋漁業野外數據采集系統。該系統采用基于網絡的4層C/S應用體系結構（圖1）。

圖1 基于ArcGIS Mobile的漁業數據采集系統的4層體系結構

2.1.1 表示層

表示層又叫應用層，它是用戶與系統之間進行交互的接口，響應漁業數據采集系統的客戶端用戶界面。

2.1.2 應用邏輯層

應用邏輯層用來強制實施業務規則、數據完整性規則和GIS數據的分析處理。應用邏輯層由一組漁業調查業務規則組件、.Net Compact Framework和ArcGIS Mobile功能組件等組成，向上為表示層提供服務，向下通過Web Service與數據服務層進行通信。

2.1.3 數據服務層

該層主要包括 Web Server，ArcGIS Server和 ArcSDE Server。他們共同承擔了通過Internet向應用邏輯層提供數據服務的功能，并對下層數據存儲層執行具體的數據操作。

2.1.4 數據存儲層

數據存儲層主要負責漁業調查數據的存儲，處理數據服務層的數據訪問請求，主要包括一些基礎庫、漁業調查數據庫和數據字典等。

2.2 系統功能設計

圖2為基于ArcGIS Mobile的漁業數據采集平臺的功能框架。該平臺主要包括4個功能模塊：地圖基本功能模塊、數據服務模塊、捕撈點數據更新模塊和捕撈點數據查詢模塊。其中，地圖基本功能模塊主要包括地圖漫游和縮放等功能；數據服務模塊包括數據下載功能和數據上傳功能。數據下載是通過訪問ArcGISServer服務器發布的地圖服務獲取數據，而數據上傳是負責把設備端的數據更新到ArcGIS Server服務器。捕撈點數據更新模塊包括捕撈點信息的增加、修改和刪除。捕撈點數據查詢包括從圖形到屬性的空間查詢和從屬性到圖形的屬性查詢。

圖2 海洋漁業野外數據采集平臺功能框架

3 基于ArcGIS Mobile的海洋漁業數據采集系統實現

3.1 平臺選擇

本文所做工作依賴于以下平臺。集成開發環境：Visual Studio 2005；開發語言：C#；Mobile SDK：ArcGIS Mobile SDK 9.3，Windows Mobile 6.1 Professional SDK；模擬器：Windows Mobile 6.1 Professional Emulator；同步軟件：Microsoft ActiveSync 4.5；地圖制作軟件：ArcGIS Desktop 9.3；地圖發布軟件：ArcGIS Server 9.3；數據庫：SQL Server 2000；SDE 服務器：ArcSDE 9.3 for SQLServer。

3.2 實現步驟

基于ArcGIS Mobile的漁業數據采集平臺主要分為4個階段。

3.2.1 地圖數據制作階段

該階段的主要任務是為漁業數據采集準備地理數據框架。漁業數據采集所需的地理數據分為兩塊：一是變化數據，即需要采集的目標數據，本系統主要為捕撈點數據；二是基本不變的數據，即輔助數據采集的底圖數據，本系統主要包括地形數據和漁區數據。為了使地圖數據在移動設備上性能更加優化，一般把基本不變的輔助空間數據制作成單獨的地圖數據，并通過ArcToolbox創建為“Mobile Basemap”部署到目標設備供Mobile應用程序直接調用，而只把需要更新的地理數據發布為地圖服務，這部分數據也可以事先利用Arc-Toolbox創建Mobile服務緩存部署到目標設備。因此，這里地圖數據制作主要包括底圖數據制作和捕撈點數據制作。地圖數據制作過程中有兩點需注意：（1）由于捕撈點數據是要進行更新編輯的，所以該數據一定要是作為SDE數據源且含有“GlobalID”字段；（2）底圖數據應與捕撈點數據具有相同的空間參考。

3.2.2 地圖數據服務發布階段

該階段是把地圖數據制作階段的捕撈點地圖數據通過ArcCatalog或ArcGISServer發布為地圖服務（注意發布時一定要勾選“Mobile Data Access”）。

3.2.3 系統開發階段

該階段采用C#在Visual Studio 2005 IDE下開發實現基于ArcGIS Mobile的漁業數據采集平臺。開發過程中可以用模擬仿真器（Windows Mobile 6.1 Professional Emulator）代替目標物理設備進行測試。為使模擬器能夠與Internet或Arc-GISServer交互，需要同步軟件Microsoft ActiveSync 4.5。

3.2.4 系統部署階段

該階段是把已開發并調試好的Mobile應用程序部署到目標設備（Pocket PC設備）。部署包括兩個方面：（1）程序部署，需部署的程序除了開發好的漁業數據采集系統外，還包括 ArcGIS Mobile運行庫（ArcGISMobile.cab）和.Net Compact Framework 2.0；（2）數據部署，這里主要部署地圖數據制作階段的“Mobile Basemap”和捕撈點緩存數據（這里是指預先緩存的捕撈點數據，如未預先緩存則不必部署，而在Mobile應用程序首次請求時保存地圖緩存）。

3.3 功能實現

采用3.1中所選的平臺，按照3.2所列的步驟，實現了圖2所設計移動漁業數據采集系統，圖3是基于ArcGIS Mobile的移動漁業數據采集系統主界面，可以進行地圖的縮放與漫游、數據下載與上傳、捕撈點信息的增加與編輯及GPS啟動與關閉等操作。圖4為捕撈點數據的添加與編輯界面，當增加捕撈點數據時，先在地圖上點擊捕撈點的位置，而后會彈出捕撈點信息錄入窗口，錄入相關信息后即可點擊菜單上的“Save”進行保存，在錄入過程中，可以利用當前GPS的坐標信息更新捕撈點的位置（執行“Menu—＞Update Position”）。若要對某一捕撈點進行編輯，只需在主界面地圖上選中該點后，在彈出的捕撈點信息窗口（圖4）中進行修改即可。圖5為漁業信息空間查詢的情況。在客戶端可以即時在線下載最新的漁業數據（通過主界面上的菜單“Download Data”），亦可將設備端修改的數據在線上傳編輯到漁業服務器（通過主界面上的菜單“Upload Data”）。服務器的設置在客戶端進行設置，如圖6所示。

圖3 移動漁業數據采集系統主界面

圖4 捕撈點數據增加與修改

圖5 漁業信息查詢

圖6 漁業數據Web Service服務器設置

4 結束語

結合地理信息系統技術、移動通信技術、互聯網技術、衛星導航定位技術和多媒體技術等出現的移動GIS正在向眾多應用領域拓展。本文結合ArcGIS Mobile嵌入式開發組件技術探討了移動GIS技術在海洋漁業調查中的應用。通過對ArcGISMobile技術進行研究后，設計并開發實現了一個面向海洋漁業調查的野外數據采集移動GIS平臺。該系統安裝在一個帶有PDA功能的Windows Mobile智能手機上并在某海域試用，其結果表明，利用ArcGIS Mobile技術實現的移動GIS野外數據采集平臺可以大大提高數據采集效率的同時，也保證了數據的及時同步。

[1]Lee NST.Single Line Street Network：The Foundation ofMobile GIS[C]//IEEE-IEE Vehicle Navigation and Information Systems Conference.Ottawa.1993：34-37.

[2]李成名,王繼周,劉勇.移動GIS的原理、方法與實踐[J].武漢大學學報(信息科學版),2004,29(11)：990-993.

[3]趙文斌,張登榮.移動計算環境中的地理信息系統[J].地理與地理信息科學,2003,19(2)：19-23.

[4]楊云源.移動GIS定位技術研究[J].地理空間信息,2009,7(2)：67-70.

[5]陳踴,黎剛,徐潔.基于ArcGISMobile的移動GIS開發研究[J].現代商貿工業,2009(23)：301-302.

[6]王方雄,吳邊,怡凱.移動GIS的體系結構與關鍵技術[J].測繪與空間地理信息,2007,30(6)：12-14.

[7]龐月濤.移動GIS平臺在濕地資源調查中的應用[J].中國林業,2009(17)：62.

[8]豐江帆,李林,楊富平,等.面向震害應急的移動GIS關鍵技術研究與應用[J].計算機工程與設計,2010,31(22)：4936-4939.

[9]I H EL-Gamily,G Selim,E A Hermas.Wireless mobile field-based GIS science and technology for crisis management process：A case study of a fire event[C]//Cairo,Egypt,The Egyptian Journal ofRemote Sensingand Space Science,2010,13(1)：21-29.

[10]MZingler,P Fischer，J Lichtenegger.Wireless field data collection and EOGISGPSintegration[C]//Computers,Environment and Urban Systems,Elsevier 1999，23(4)：305-313.

[11]ESRI.ArcGISMobile[EB/OL].[2011-03-11].http：//www.esri.com/software/arcgis/arcgismobile/index.html.

[12]Meister G，Chen J.DevelopingApplications with ArcGIS Server Mobile SDK[R/OL].[2010-09-21].http：//downloads2.esri.com/EDN/downloads/other_/Developing_Mobile.pdf.

Developing Marine Fishery Data Acquisition System Utilizing ArcGIS Mobile Technology

LI Yang-dong,ZHU Guo-ping,TIAN Si-quan
(1.College of Marine Sciences,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Key Laboratory of Sustainable Exploitation of Oceanic Fisheries Resources,Ministry of Education,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

Progress in network technology and wireless communication technology facilitates the generation and development of mobile geographic information system (GIS).Aiming at the outdated situation that traditional marine fishery resources survey method of field data acquisition,the mobile GIS technology is applied to marine fishery investigation.A marine fishery field data acquisition system has been developed using the ArcGIS Mobile technology.The mobile GIS technology—ArcGIS Mobile is first introduced briefly.Then a marine fishery field data acquisition system is designed.Finally,the system is developed using the ArcGIS Mobile related technologies.

ArcGIS Mobile;mobile GIS;field data acquisition;marine fishery survey

P7;TP274

B

1003-2029（2011）04-0082-05

2011-04-20

上海高校選拔培養優秀青年教師科研專項基金資助項目（ssc09006）；上海市重點學科建設項目（S30702）；大洋漁業資源可持續開發省部共建教育部重點實驗室開放基金資助項目（KF200907）

李陽東（1977－），男，博士，講師，主要從事海洋信息工程、時態GIS和時空數據庫方面的研究。E-mail:lyd911@163.com