智能化中藥資源數據采集系統的設計與實現

孫成忠，陳國嶺，張 銳，陳 澍，郭志勇，郝振國

(中國測繪科學研究院，北京100039)

一、引 言

進入21世紀，計算機技術、空間信息技術及網絡技術進入快速發展時期，信息化建設在國家的各個領域正逐步加快，基于信息技術的智能化數據采集系統在我國資源調查中得到廣泛應用［1］。中藥資源作為我國戰略資源，歷史上開展了3次資源普查，但外業數據采集方式仍停留在傳統的紙質記錄方式，由于記錄內容隨意、記錄格式不規范、野外使用不方便等將對所采集數據造成極大的人為誤差;加上很多數據的重復性，導致野外手工記錄工作量增加，大大影響野外工作的效率。而且以紙質的方式記錄，結果不易保存，如果外業累計的紙質數據量增大，將對后期的內業整理工作增加相當的難度和復雜度，嚴重影響數據的使用。更進一步的是，獲得的數據主要是文本和數字型的，缺少了重要的空間圖形信息，這種傳統的中藥資源數據獲取方式已經不能滿足現代中藥行業對空間信息的需要［2-4］。

3S技術是20世紀60年代興起的一門新興技術，主要包括全球衛星定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)和遙感(RS)，在廣義上也被稱為“空間信息科學”。在中藥資源外業調查工作中，不僅僅需要調查中藥的屬性信息，更重要的是獲取中藥資源的位置信息，通過手持接收機GPS，可以很方便地獲取位置信息。因GIS固有的優勢，中藥資源野外數據獲取和處理工作完全可以借助GIS技術來管理［5］。

本文基于GPS和GIS的技術特點，依據《第四次中藥資源普查試點工作規范》，結合中藥資源的特點，提出了一套符合中藥資源外業調查智能化數據獲取和處理的系統，期望解決目前中藥數據獲取和處理的技術難點，為中藥資源外業數據獲取和內業數據處理提出一套解決方案。

二、系統設計與實現

1．系統組成

中藥資源外業調查不僅需調查中藥資源相關的屬性信息，而且還包括其空間位置信息。外業數據采集實現主要是在移動GPS終端上完成，采集好的數據經內業數據編輯系統編輯即完成整個數據采集工作。智能化中藥資源數據采集系統包括了兩部分:外業數據采集系統和內業數據處理系統。外業數據采集系統借助硬件平臺手持GPS來進行，內業數據處理系統借助硬件平臺PC機進行。如圖1所示。

圖1 系統組成

2．系統設計

智能化中藥資源數據采集系統集成了GPS定位模塊、嵌入式GIS軟件、數據庫系統，并根據實際需要開發了中藥資源業務流的數據采集記錄的軟件系統。借助于GPS存儲卡，調查底圖以數字化的形式進行存儲，并通過GIS模塊進行顯示［6］，因此無須再攜帶紙質的調查用圖，大大提高了野外工作效率與工作強度。通過GPS模塊與GIS模塊的集成，調查人員可以實時了解自己當前的位置，并在GPS導航下快速到達樣地，從而加快了調查速度。借助于調查記錄軟件，各種調查結果被現場記錄在調查數據庫中，通過內業簡單整理，可以直接傳輸到臺式機中，借助內業處理軟件進一步處理，剔除或修改相關的數據，保證了數據的精確性。無須再次對數據進行錄入和校驗。通過內置的數據庫系統，可以對調查樣地的情況進行實時查詢，避免了重復調查的問題［7］。

3．外業數據采集系統設計

外業數據采集系統(GCField v4．0)設計實現的功能主要有:

1)顯示位置信息和采集的數據。

2)獲取位置信息，填寫相關的中藥屬性信息，并存入數據庫。

3)植入中藥名稱數據庫字典，植入基本的環境因子字典(地貌類型、土地利用類型、坡度、破位等)，方便用戶操作。

4)軟件使用要方便、快捷、穩定、省時、人性化。

4．內業數據處理系統設計

內業數據處理系統(GCTool v4．0)設計實現的功能主要有:

1)與外業采集的數據通信，無縫接合。

2)對外業采集的數據進行瀏覽;同時可以加載基礎的地理信息數據，輔助瀏覽和領導決策。

3)對外業采集的數據進行校驗、統計、報表輸出。

4)對外業采集的數據進行修改，同時保持與外業采集的數據同步。

5)對數據進行輸出。

6)軟件使用要方便、快捷、穩定、人性化。

5．系統技術架構

智能化中藥資源數據采集系統采用的是面向對象的二次開發技術進行設計，考慮多源、多尺度數據間的邏輯聯系，顧及系統的功能需求、持續發展、維護管理與數據更新等方面的要求，結合計算機技術、GIS技術、軟件工程技術，通過基于GIS組件的功能定制開發［7］，力求使系統總體設計滿足中藥資源數據采集、顯示和管理的需要。結合地圖綜合工具，保證系統性能穩定、功能實用，使系統達到業務需求設計目標。系統的技術路線如圖2所示。

圖2 系統技術路線圖

6．系統研發

(1)外業數據采集系統

外業數據采集系統研發是在手持GPS端實現。操作系統采用Windows Mobile 6．0，Windows Mobile 6．0構建于Windows CE 5．0，具有標準的微軟操作系統界面，配以Windows Mobile 6 SDK開發包，即可實現嵌入式應用程序的快速開發，現已成為GPS主流操作平臺［8］。手持GPS與PC機之間可以通過軟件同步更新或通信。開發平臺及軟件框架集采用．NET Compact Framework 3．5、Windows Mobile 6 SDK，開發語言為C#。

(2)內業數據處理系統

內業數據處理軟件研發采用Windows 7或更高版本的操作系統。借助開源控件，采用組件式二次開發技術，直接將GIS功能無縫集成到系統中。采用開源式組件開發一方面可以降低用戶購買軟件的成本，另一方面使系統開發人員專注于系統的功能，使系統更人性化、更易使用。開發語言為C#。

三、系統主要功能

根據外業數據采集業務需求分析，系統主要滿足兩個方面的業務需求:一是完成中藥資源外業數據采集工作;二是完成內業數據處理工作。因此，系統在總體模塊功能劃分上分為兩個系統:外業數據采集系統和內業數據處理系統，并根據不同的工作內容側重，為每個系統設置了相應的功能模塊。

1．外業數據采集系統主要功能

外業數據采集系統主要功能模塊如圖3所示。

圖3 外業數據采集

(1)地圖瀏覽功能

系統可加載基礎地理信息數據作為輔助調查的圖層，并協助定位。對加載的圖層，可以進行放大、縮小、平移等操作。同時對采集的樣方數據，也可以在地圖上瀏覽，如4所示。

圖4 地圖瀏覽

(2)樣方數據采集功能

樣方數據采集是中藥資源外業的主要工作，軟件功能直接決定著外業工作的效率。在軟件中這部分工作實現了下拉式菜單選項添加及現場填寫結合的方式。過程是首先定位樣方的中心點位置，并錄入樣方的相關屬性信息，之后依次填寫小方內的中藥植物信息。樣方采集的公用屬性項提前植入到系統中，在提高野外工作效率的同時，也統一了數據格式，規范數據錄入，為后期的數據處理、整理、統計等打好基礎。樣方采集功能模塊如圖5、圖6所示。

(3)系統配置功能

系統配置主要是為了方便數據采集而設置的。采集之前，提前配置相關選項，如采集人、采集地、底圖等，可以在采集時大大方便屬性項的錄入，減少重復項錄入，提高工作效率，如圖7所示。

圖5 樣方編號生成及屬性信息錄入

圖6 小樣方及采集植物錄入

圖7 屬性項配置

2．內業數據處理系統主要功能

內業數據處理系統功能模塊如圖8所示。

(1)信息瀏覽功能

系統對樣方內采集的中藥植物名錄按縣、代表區域、樣地等進行瀏覽，對采集的中藥植物進行統計。

(2)樣方數據瀏覽功能

對外業采集的數據，通過內業整理軟件查看每一個樣方信息。在瀏覽的同時，還可以對樣方數據進行檢索、編輯，對樣方中小樣方內的植物進行查看、檢索和編輯。樣方數據可以輸出為Excel格式。

(3)樣方統計功能

樣方統計以縣為單位，統計該縣有多少個代表區域，每個代表區域有多少個樣地，以及每個樣地下有多少個樣方。樣方統計可以打印輸出。

(4)報表輸出功能

對外業采集的數據可以形成報表。報表類型包括代表區域報表、樣方報表、藥用植物數量報表等。

圖8 內業數據處理

四、結束語

空間信息技術、計算機技術、通信技術和網絡技術的發展，極大地促進了空間信息獲取與應用相關學科的交叉和融合，空間信息技術應用服務范圍正在不斷擴大到與空間信息有關的各個領域。中藥資源的信息化是中藥資源現代化發展的需要，新的工作模式取代傳統工作方式是技術進步的特征。基于GPS與GIS技術的智能化中藥資源數據采集系統在實際應用中主要有幾方面的優點:①規范中藥外業調查數據，保證數據的統一性，減少人為誤差;②加入空間信息，以圖形管理屬性，所見即所得，直觀性強;③數據以圖形掛接屬性的方式存入GPS中，安全性更高;④減少野外工作量，提高工作效率;⑤為內業整理提供便利，數據統計的準確性、精確性更高;⑥內業整理好的數據可直接與國家數據庫對接。

基于GPS與GIS技術的智能化中藥資源數據采集系統已經獲得了兩項國家計算機軟件著作權登記。此系統通過調查試點單位新疆維吾爾自治區與陜西省的使用證明，其實用可靠，外業與內業的工作模式實現了徹底改變，效率得到大大提高。

［1］ 尤淑撐，劉順喜．GPS在土地變更調查中的應用研究［J］．測繪通報，2002(5):2-3．

［2］ 孫成忠，陳士林，趙潤懷．地理信息系統與中藥資源信息化建設［C］∥全國第9屆天然藥物資源學術研討會．［S．l．］:［s．n．］，2010:88-93．

［3］ 李勤文，岳彩榮，李永和，等．基于移動GIS的森林資源野外信息采集與發布［J］．林業調查規劃，2007，32(3):10-13．

［4］ 黃璐琦，陸建偉，郭蘭萍，等．第四次全國中藥資源普查方案設計與實施［J］．中國中藥雜志，2013，38(5):625-631．

［5］ 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:學術版，2012(2):150．

［6］ 李德仁，郭炳軒，王密，等．基于GPS與GIS集成的車輛導航系統設計與實現［J］．武漢測繪科技大學學報，2000，25(3):209-211．

［7］ 張寶鋼．時空數據的可視化表達研究［J］．北京測繪，2006(3):7-9．

［8］ 程新文，陳性義．手持式GPS定位精度研究［J］．測繪通報，2004(9):20-22．