基于移動GIS的空氣監測采集系統的研究

摘 要：基于跨平臺的移動GIS，采用支持Widget技術和無線通信技術的Android系統和iOS系統手機開發一個實時的城市空氣環境監測數據采集系統，該系統采用易于擴展的軟件架構，實現城市空氣環境監測信息數據整合收集和快速處理。

關鍵詞：移動GIS；數據采集；空氣環境監測；Widget

1 引言

3S 技術（GIS，GPS，RS）是城市空氣環境監測核心技術，移動GIS是基于GPRS和使用GPS智能移動終端的GIS系統，是繼桌面GIS和WebGIS后另一個熱門的新技術[1]，它集成了GIS的功能，如地理信息收集，定位和分析功能，提高了數據采集效率，提供了更準確的空氣環境監測信息服務。近年來，隨著內置GPS定位模塊的手機/平板電腦在日常生活中的廣泛應用，以智能移動設備作為城市空氣環境監測數據采集系統的硬件載體，具有較好的推廣應用前景。國內外學者在此方面有一些有益的實踐和探索，但所設計的應用系統往往是為特定地區、特定目的而設計的，存在著靈活性和擴展性方面的不足，往往不可以擴充新的功能和程序，并且忽略了同步圖像（視頻）相關的信息和狀態，GIS地圖數據，GPS數據，圖像（視頻）信息的屬性信息也往往是有限的[2-5]。而且，收集各種空氣環境監測信息數據和后續進程是復雜的。例如，在收集信息時需要攜帶不同的設備，其中包括GPS衛星定位設備，數字相機，筆記本電腦和現場信息傳感器等，各種設備的數據接口沒有統一，后期需要對數據格式進行匹配和轉換。因此，迫切需要具有高度整合和易于擴展的空氣環境監測數據采集系統，它可以捕捉環境監測點的GPS坐標、空氣屬性數據、圖像信息等，并使用3G網絡或GPRS網絡實時發送到監測系統。本文基于跨平臺的移動GIS，采用支持Widget技術和無線通信技術的Android系統和iOS系統手機用于開發一個實時的城市空氣環境監測數據采集系統。面對城市空氣環境監測數據采集任務的多樣性和靈活性，以移動GIS集成各種專業信息測量工具，空氣環境監測信息多傳感器協同工作，實現空氣環境監測多種信息的采集，是一種較經濟實用的辦法。

2 系統設計

2.1 系統的物理結構模型

移動GIS集成了嵌入式GIS技術，GPS定位技術，無線通信技術和其他技術。該系統通過內置GPS模塊的移動終端取得GPS定位的信息數據；通過移動終端的內置攝像頭拍攝圖像和視頻信息；通過各種傳感器收集現場測量數據。空間位置信息和屬性信息被記錄在移動GIS系統，并自動轉換為所屬移動客戶端的數據格式，以形成一個完整的數據集合，然后信息由移動客戶端通過GPRS模式或USB連接上傳到數據服務器和GIS服務器的桌面應用程序中進行處理，完成數據的采集和處理。系統的物理結構，如圖1所示。

2.2 移動客戶端軟件模型的設計

為了使系統能夠收集多種空氣環境監測信息，我們設計移動客戶端應用程序時使用widget的模式，根據不同空氣環境監測信息的收集需要設計不同的模式，然后通過widget管理器來規劃widget的順序，以滿足多個空氣環境監測領域的應用需求。這些widget從邏輯上劃分成相互各自獨立，減少耦合，這樣的設計不僅可以每個窗口widget集中在一個特定的信息采集功能，系統中有一個模塊存在的問題不會影響其他模塊，顯著提高系統的可靠性。

所謂widget功能擴展的方法是通過主要程序加載widget組件實現，如果系統需要增加新的功能，你只要寫一個新的widget組件，無需修改主要程序代碼，也不需要重新編譯程序，就可以實現動態的widget加載。這個軟件體系結構模型，可實現無限的功能擴展。該系統可以把多個widget組件有機地結合起來到一個平臺上，有效地開展工作。系統由三部分組成：應用程序框架，widget組件和子組件庫。該系統有一個主框架和多個widget組件，每一個功能劃分成相對獨立的widget組件，這些widget組件都是執行一個統一的標準，從而可以變成無限擴展的應用系統。

2.3 WebService服務器的設計

為了適應移動客戶端軟件程序，使用Widget組件來作為設計模型。Web服務器和GIS服務器的設計采用了面向服務的架構（SOA），實現業務和功能的分離。這些服務是通過Web服務器封裝，并使用Web服務描述語言（WSDL）來描述發布服務。通過Web服務器發布的服務將由通用描述、發現與集成服務（UDDI）進行服務注冊。當客戶請求服務時，Web服務器將通過簡單對象訪問協議（SOAP）執行服務[6]。

在Web服務器提供的Web服務包括采集點的坐標和照片的上載和查詢服務，遙感圖像塊的下載服務和矢量地圖數據的下載服務。地圖數據發布符合OGC（開放地理信息系統聯盟公司）規范的WFS地圖服務。

3 系統實施

城市空氣環境監測數據采集系統建成后，及時和有效的更新信息系統數據，是保持時效性的必要條件。為了解決空氣環境監測資源系統數據更新周期的這個問題，避免GIS數據頻繁更新，基于RIA（富互聯網應用）技術開發了便攜式空氣環境監測信息采集系統。Flex SDK的最新移動開發版本和Flash Builder是針對移動設備中使用Adobe AIR實時運行時建立獨立安裝的應用程序。通過AIR， Flex可以充分利用整合AIR為每一個移動平臺提供如硬件處理能力備份、菜單按鈕和訪問本地存儲的服務。針對移動設備的AIR允許開發人員創建的應用程序可以以相同的方式部署在每個平臺上，這意味著與AIR構建的應用程序可以發布到Android Market、iOS的App Store和黑莓App World。

4 結束語

在便攜式智能手機GIS系統的基礎上，采用易于擴展的軟件架構，設計了空氣環境檢測數據采集系統，可以對于多種空氣環境監測數據進行高度集成采集和快速處理。軟件程序可以安裝在智能手機或平板電腦上，更新的Web服務通過3G網絡（GPRS共享服務和系統數據）獲取WMS地圖服務，可以收集在實地調查中現場空氣環境監測點（POI）的名稱，GPS位置坐標和通過共享服務接口直接傳送到系統數據庫中的現場照片。

參考文獻

[1]朱俊，楊鋒，李紹明.基于移動GIS的品種縣域精確推廣支持系統[J].種子，2010，4：117-121.

[2]余麗鈺.移動GIS地質災害信息采集系統的研究[J].地理空間信息，2012，10（2）：113-115.

[3]王云波，王巖，王永.移動GIS在林業數據采集系統的應用[J].吉林農業，2012，24（2）：150-151.

[4]盧涵宇，趙新.移動GIS在旅游景點定位實時查詢中的應用研究[J].井岡山大學學報，2011，32（5）：66-69.

[5]陳江春，劉桔，譚建軍.基于移動GIS的煙草農田信息采集系統設計與實現[J].廣東農業科學，2009，11：184-187.

[6]郗亞東，高敬陽.基于SOA的應急數據交換系統設計與實現[J].計算機科學與技術，2010，20（11）：205-213.

作者簡介：劉藝濤（1978-），男，研究生學歷，講師，研究方向：飛機機電設備。