基于eSuperMap的自然地理實習數據采集與導航系統

李恒凱，劉小生，馮曉東

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西贛州341000)

基于eSuperMap的自然地理實習數據采集與導航系統

李恒凱，劉小生，馮曉東

(江西理工大學建筑與測繪工程學院，江西贛州341000)

針對傳統自然地理實習技術手段落后、效率低下、數據采集困難等問題，利用eSuperMap嵌入式開發技術，結合自然地理實習的實際情況，開發出運行于智能終端的自然地理實習數據采集與導航系統，為自然地理實習中的數據采集與導航提供有效的輔助手段。應用實踐表明，該系統能夠提高實習質量，具有應用推廣價值。

GIS;自然地理實習;數據采集;導航

一、引 言

自然地理實習是高校地理學相關專業重要的實踐環節，在培養學生解決實際問題和提高創新與實踐能力的過程中起著積極作用。然而，由于實習經費、教學時間、實驗性質等因素的制約，限制了野外實習在實踐教學中作用的發揮。一些學者積極探索利用信息技術(如GIS)來建立地理實習輔助系統，以提高實習質量，并取得了一定效果。但由于這些系統均基于桌面系統開發，在實際實習應用中，攜帶不便，只能用于實習前和實習后的管理，而無法應用于實習過程中的數據采集與導航。隨著近年來掌上電腦、智能手機、PDA等移動設備的飛速發展，加之嵌入式技術、GPS技術和無線通信技術的支撐，還有超圖推出的基于移動設備的解決方案eSuperMap，使得利用移動設備擴展地理實習輔助功能具備了技術可行性，一些學者的基于移動GIS的其他應用研究也為此提供了可以借鑒的方法。因此，本文針對筆者所在院校廬山自然地理實習情況，將移動GIS引入實習系統中，利用eSuperMap平臺，建立了自然地理實習的數據采集與導航系統，為廬山自然地理現場實習提供了有效的過程管理與輔助手段。

二、實習流程與功能開發

本系統需要重點解決以下幾個問題:① 移動GIS支持下的自然地理實習流程設計;②實習過程中的數據采集，包括實習點數據采集及學生的實習表現數據采集;③實習過程中線路的實時導航及遇到突發事件的導航功能;④實習點信息的查詢與周邊興趣點搜索瀏覽。

1.實習流程

本系統可以作為一個獨立的系統運行于智能手機、PDA或掌上電腦等智能終端上，并可利用GIS桌面軟件處理其數據庫中的數據，該系統與桌面GIS軟件采用離線的方式傳遞和更新數據。此外，本系統還可以作為某個自然地理實習系統的一個子系統，與實習系統的其他子系統相互配合。而其他子系統采用桌面開發或者WebGIS開發，運行于PC機上，主要完成實習前和實習后的管理工作，如最佳實習線路生成、實習點信息更新、實習名單導入、實習成績管理等。本系統則運行于智能終端上，完成實習過程中的數據采集與導航。本系統與運行于PC機上的輔助系統可以通過在線或者離線的方式傳遞數據，考慮到野外自然地理實習通常在山區，無線信號較弱，多選擇以離線方式傳遞數據。本系統實習流程如圖1所示。

在圖1中，實習前，首先根據實習的要求和目的，利用桌面GIS軟件或者其他地理實習輔助軟件確定若干條實習線路，并將實習線路保存在實習地理數據庫中的實習線路圖層中。同時，對實習線路中涉及的實習點信息根據實習要求進行補充和完善，導入實習名單，確定住地，并將這些信息保存到該系統的實習地理數據庫中。實習過程中，系統運行于智能終端上，調用之前保存到實習地理數據庫中的數據，完成導航和數據采集功能。其中，數據采集主要包括實習點數據采集和學生考勤數據采集，實習點數據采集可以采集實現點現場的照片及相關信息;學生考勤數據則主要是教師根據每個實習點學生實習情況對學生表現進行評價，以便給出學生平時成績，這些信息都保存在智能終端上，以離線或在線方式傳輸到地理數據庫中。實習后，主要是對采集到的數據進行整理，并針對學生在各個實習點的表現，根據一定的評分標準給出學生平時成績，以實現實習中的過程管理。

圖1 實習流程圖

2.數據組織

本系統使用的數據統一采用eSuperMap的嵌入式數據格式，數據源的格式是PM2，該格式支持編輯，工作空間的格式則是PMW。在PM2數據源里面主要包括3個方面的數據:

1)廬山的基礎地理數據，包括一些河流、湖泊、島嶼、建筑物、景點、賓館、醫院等地物的空間信息和地理實習相關的屬性信息。

2)利用道路網和實習路線建立的網絡數據集，可以用來進行路徑分析。

3)建立的實習點和實習路線數據。實習點存儲在實習點圖層上，其部分屬性信息如表1所示，實習路線數據存儲在實習路線圖層上。

所有的數據均可以利用超圖桌面軟件或者相關的實習輔助系統進行處理，可通過超圖提供的轉換工具，將SDB格式的數據轉換成PM2的格式，然后在eSuperMap Viewer里面新建一個工作空間，將PM2數據源加載進去，生成地圖。

表1 實習點信息表

3.功能設計

結合圖1實習過程中所需要完成的任務需求，確定系統的主要功能為:

(1)GPS定位功能

當前位置是由通過集成在智能終端的GPS接收裝置獲取 GPS信號，并由系統軟件通過調用eSuperMap的GPS類庫對其信號進行解析而獲得的。GPS接收的NMEA格式數據為WGS-84坐標系下的大地坐標，智能設備的電子地圖通常使用的是直角坐標系。因此，在不考慮高程參與轉換的前提下，通過坐標轉換實現坐標系的統一。通過獲取GPS的位置信息，得到的經緯度是WGS-84坐標系的，而地圖使用的是普通平面坐標系，所以要先轉換坐標系，新建一個點，將點的坐標設置成轉換后的坐標，然后添加到跟蹤層，控制它閃爍，從而實現定位。

(2)實習點數據采集、存儲、編輯

可以通過GPS定位功能，獲取當前地理位置，然后采集當前實習點的圖片及相關屬性信息，把屬性信息錄入智能終端并存儲。eSuperMap提供兩種數據存儲格式，即PMF和PMR。PM2是PMF文件的第二代數據文件，它將工作環境信息記錄在工作空間中，然后再通過工作空間實現數據源、地圖和資源的管理;PMR在數據的組織方面適合只讀方式使用。本系統中采用PM2對實習點數據進行存儲，實習點的編輯包括添加一個新的實習點信息和對已有實習點信息進行修改。

(3)路徑分析功能

PathAnalyst是eSuperMap中路徑分析的基類，它實現了路徑分析的基本方法，可以進行最短路徑分析。在具體的工程項目中，可以從PathAnalyst派生出一個自定義路徑分析類，然后在該方法中根據具體的規則求出記錄集中當前記錄的正向距離和反向距離，即可模擬道路真實狀況，或者根據具體的需要設定最優分析的屬性字段和權重規則，以完成最優路徑分析。

(4)GPS導航功能

PathNavigator是eSuperMap中自導航類，它提供了在行進中的自導航功能，可在路徑分析的基礎上，按指定路徑行進過程中，判斷GPS點與路徑和路徑上節點的關系，并根據當前位置給出恰當的提示。對GPS的誤差問題，它還可以自動糾正，使行動目標不偏離道路。

(5)實習人員考勤

在實習過程中每個環節都需要記錄實習人員的出勤，以及在每個實習點的表現，還有回答問題時的情況等，并由此給出實習人員的平時成績。

4.系統實現

根據以上功能設計，以超圖公司的eSuperMap作為GIS軟件平臺，以C#2008作為編程語言，以廬山地理實習數據為例，對系統進行了編程實現，開發了基于eSuperMap的廬山自然地理實習數據采集與導航系統，系統實現主界面如圖2所示。

圖2 系統主界面

三、系統應用實踐

為了驗證系統的實用性，將本系統應用于2011年我校某專業廬山自然地理實習中。

1)實習前，利用超圖桌面軟件對實習數據進行整理，確定出幾條實習線路，然后通過超圖的轉換工具將桌面軟件的SDB數據格式轉換成PM2數據格式，并將數據導入智能設備中。

2)實習過程中，開啟GPS導航功能，按照確定的實習線路進行自主導航，以確保任何時候都不至于迷路。到達實習點后，實習教師利用系統提供的考勤功能對學生進行點名，實習學生對該實習點進行信息查詢，了解實習點相關情況及實習任務和實習注意事項，完成實習要求，同時可以對實習點進行數據采集。實習點信息查詢與采集界面如圖3、圖4所示。

圖3 實習點管理界面

圖4 實習點的采集

在實習過程中，如果遇到道路損壞、實習點破壞、惡劣天氣等意外而臨時改變實習路線的情況，可以通過系統提供的周邊興趣點搜索功能，搜索周邊感興趣的實習點，并進行最佳路徑分析與實時導航。

3)完成實習后，將實習點數據和人員考勤表的文件導入電腦，利用桌面軟件進行查看。對每年的各實習點數據都進行存儲，從而可得到每個實習點多年來的時序數據，并可作為地理變化研究的依據。人員出勤表則可作為此次實習的評分標準，方便老師給定平時成績。

四、結束語

長期以來，自然地理實習存在資料缺乏、實習手段落后、效率低下等問題。本系統結合筆者所在院校廬山實習的實際情況，利用eSuperMap嵌入式開發技術，開發了廬山自然地理實習數據采集與導航系統，為自然地理的野外實習探索了新的技術手段。本系統可運行于智能終端，攜帶方便、可操作性強，不僅提供實習過程中的導航、數據采集、實習點信息查詢瀏覽等服務，還能提供全程的學生實習監控管理，從而實現了實習中的過程控制，保證了實習質量。應用實踐表明，本系統具有很強的實用性，具有應用推廣價值。

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Data Acquisition and Navigation System of Physical Geography Practice Based on eSuperMap

LI Hengkai，LIU Xiaosheng，FENG Xiaodong

0494-0911(2012)06-0068-03

P208

B

2011-06-30

國家自然科學基金(41061041);江西省教育廳科技研究項目(GJJ11472)

李恒凱(1980—)，男，湖北孝感人，講師，主要從事地理信息的開發應用工作。