野外地質實習輔助教學系統(tǒng)設計與開發(fā)

劉 曉, 張照錄, 袁晏明, 丁東業(yè), 蔣恒毅, 鄭家文, 鄭兆青

(1. 山東理工大學 資源與環(huán)境工程學院, 山東 淄博 255049；2. 中國地質大學 地球科學學院, 湖北 武漢 430074)

野外地質實習輔助教學系統(tǒng)設計與開發(fā)

劉 曉1, 張照錄1, 袁晏明2, 丁東業(yè)1, 蔣恒毅1, 鄭家文1, 鄭兆青1

(1. 山東理工大學 資源與環(huán)境工程學院, 山東 淄博 255049；2. 中國地質大學 地球科學學院, 湖北 武漢 430074)

設計開發(fā)了運行在基于Android操作系統(tǒng)的手機上的野外地質實習輔助教學系統(tǒng)軟件.該系統(tǒng)基于Baidu Map SDK,實現(xiàn)了實習路線管理、地圖瀏覽、衛(wèi)星圖查看、地質教學點標記、地質現(xiàn)象照片瀏覽、知識點提示等功能。在該系統(tǒng)輔助下,教師指導野外地質實踐教學可以避免過去出現(xiàn)的迷路、找不到地質現(xiàn)象等情況,且更容易實現(xiàn)實習指導的標準化、規(guī)范化。該系統(tǒng)使用了北京周口店野外地質實習區(qū)的實習路線等材料作為示例,通過簡單修改,該系統(tǒng)可用于其他地區(qū)、其他類型的野外實習教學中,并可用于旅游景區(qū)介紹、路線指引、自駕游導航等領域。

野外地質實習； 教學輔助系統(tǒng)； Android； 百度地圖

野外地質實習是地學專業(yè)課堂理論教學的延續(xù),不僅可以使學生掌握野外地質工作的基本知識、基本方法和基本技能,同時也能夠培養(yǎng)學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力[1-2]。在野外地質實習過程中,指導教師在帶領學生穿越路線,尋找地質現(xiàn)象并進行講解時,會受到天氣、噪音、地形等因素的影響,某些時候會出現(xiàn)迷路或漏掉知識點等情況;受實習地點場地大小的限制,很多學生無法聽清、看清老師講解的知識要點[3-4]。針對此問題,基于百度地圖SDK,開發(fā)了可以運行在手機上的野外地質實習輔助教學系統(tǒng),借助手機的GPS定位功能及移動上網(wǎng)功能,實現(xiàn)野外地圖瀏覽、實習路線管理、地質教學點標記、知識點提示、地質現(xiàn)象照片瀏覽、衛(wèi)星地圖等功能,從而為降低野外地質實習指導工作強度、提高學生學習效率提供有力的支持[5-6]。

1 技術方案

Android是Google 公司開發(fā)的完全開放源代碼的移動終端操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用Activity、Intent、Service、Android UI、SQLite、多線程以及系統(tǒng)調(diào)用等技術,通過系統(tǒng)提供的傳感器監(jiān)聽器,向用戶提供周圍環(huán)境的傳感數(shù)據(jù),如GPS 數(shù)據(jù)等[7-9]。本系統(tǒng)基于Android操作系統(tǒng)開發(fā),界面友好、功能強大、操作簡便,并可以非常容易地分發(fā)給實習的師生。

為在手機上顯示背景地圖、地質教學點位置信息并進行定位,本系統(tǒng)使用了百度地圖Android SDK進行二次開發(fā)[9]。百度地圖Android SDK近年來發(fā)展非常快,最新版本是3.2.0,通過該接口可以實現(xiàn)豐富的LBS 功能,包括地圖展示、地圖縮放平移操作、疊加圖層管理等。其定位功能通過手機GPS及網(wǎng)絡(Wi-Fi、基站)混合定位模式實現(xiàn),定位速度快,準確度高,受外界環(huán)境影響少,在我國多數(shù)地區(qū)實測的平面精度小于5 m。本系統(tǒng)使用百度地圖作為背景地圖及衛(wèi)星遙感圖像的數(shù)據(jù)源,使用與百度地圖相同的地圖操作方法進行地圖操作。在背景圖上疊加地圖覆蓋物Overlay圖層,將實地采集以及整理得到的地質教學點作為點狀覆蓋物進行顯示。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)模塊劃分

本系統(tǒng)使用Eclipse進行開發(fā),主要功能模塊劃分見圖1。其中實習路線管理模塊用于選擇加載實習路線；離線地圖設置模塊用于導入并管理存放在安卓手機/sdcard/BaiduMapSDK文件夾下的離線地圖數(shù)據(jù)[10-11]；地圖偏移設置模塊用于設置東西及南北向偏移量,用以糾正地質教學點坐標與百度地圖之間的系統(tǒng)性誤差；實習路線地圖模塊可以在百度地圖背景圖層上使用紫紅色的點顯示地質教學點位置信息，點擊該地質教學點后選擇查看詳情,還可以進入地質教學點詳情查詢模塊,查看該點的教學內(nèi)容提示及相關圖片；系統(tǒng)說明幫助模塊用于顯示版本信息等。

圖1 野外地質實習輔助教學系統(tǒng)功能模塊劃分

2.2 地質教學點數(shù)據(jù)庫

為了正確顯示地質教學點位置及相關屬性信息,設計了地質教學點信息表,其結構如表1所示。

表1 地質教學點信息表結構

坐標經(jīng)緯度使用GPS采集得到,使用通用的WGS84坐標系記錄。為了與百度地圖底圖正確疊加,顯示為Overlay圖層時需要轉換為百度坐標系統(tǒng)(bd09ll),核心代碼如下:

//WGS坐標為LatitudeofPoint ,LongitudeofPoint //偏移量為LatShift,LonShift LatLng llA = new LatLng(LatitudeofPoint+LatShift,LongitudeofPoint +LonShift); CoordinateConverter converter= new CoordinateConverter(); converter.from(CoordType.GPS); converter.coord(llA); // desLatLng為轉換后坐標 LatLng desLatLng = converter.convert();

2.3 開發(fā)調(diào)試

本系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是Eclipse,采用Java 語言編寫,使用安卓虛擬機(AVD)進行調(diào)試,調(diào)試界面如圖2所示。其中地圖操作部分使用百度地圖Android SDK完成,需要先下載對應版本的lib庫,在Android工程中引用jar和so文件,并申請密鑰(key)后,才可正常使用。由于百度地圖Android SDK提供的所有服務對于非營利性產(chǎn)品都是免費的,故本系統(tǒng)可以直接使用,無接口使用次數(shù)限制[9,12]。

3 主要功能界面

系統(tǒng)開發(fā)完成后,經(jīng)多臺手機、平板電腦實際測試,本系統(tǒng)可以順利地在小米2s、聯(lián)想A1000、中興V960、魅族MX4、三星Galaxy Note 3等手機的Android 2.3、4.02、4.4等平臺下運行,且反應速度快,系統(tǒng)定位準確,可靠性強。系統(tǒng)運行界面如圖3所示。

圖2 應用程序調(diào)試界面

圖3(a)所示為進入系統(tǒng)后出現(xiàn)的實習路線選擇界面。本程序中收錄的地質實習路線來源于趙溫霞、袁宴明編寫的周口店實習教材中確定的路線。此界面中點擊設置按鈕可以導入或下載百度地圖離線地圖包；點擊偏移按鈕可以設置向東及向北偏移量；點擊“關于按鈕”可以查看系統(tǒng)說明幫助。

選擇實習路線后,可以在安卓智能手機上實時顯示電子地圖,并可以使用手機的GPS功能迅速定位當前位置,如圖3(b)所示。該模塊提供了地圖縮放、漫游、定位、地圖背景與遙感影像切換顯示等功能。點擊某個地質教學點,選擇查看詳情后,可以查看該點詳情,如圖3(c)所示。這些信息包括了該地質教學點需要講授的知識點,以及該地質教學點的圖片信息，圖片信息包括地質現(xiàn)象照片及示意圖兩種。

圖3 野外地質實習輔助教學系統(tǒng)主要界面

4 結束語

本系統(tǒng)功能靈活,能容豐富,在野外地質實習指導中可以極大減輕帶隊教師備課的壓力,提高學生教學效率。2014年夏季,該系統(tǒng)成功應用于山東理工大學勘查技術與工程專業(yè)的周口店野外地質實習指導。系統(tǒng)在惡劣的天氣下,在野外環(huán)境中表現(xiàn)正常,受到帶隊教師一致好評,具有廣泛實用性和推廣前景。根據(jù)該系統(tǒng)的架構,制作更多的其他地區(qū)的數(shù)據(jù),可以將該系統(tǒng)廣泛應用于更多領域,如其他地區(qū)其他類型的野外實習教學、旅游景區(qū)介紹、路線指引及自駕游導航等。

References)

[1] 趙溫霞,章澤軍.周口店野外實踐教學體系研究[M] .北京:中國地質大學出版社,2004.

[2] 唐京春,呂金波.房山世界地質公園地貌景觀特征與開發(fā)建設意義[J].水文地質工程地質,2013(1):139-141.

[3] 許騰,艾鈺潔,王國瑞.周口店黃院東山梁構造變形特征及其地質意義[J].現(xiàn)代地質,2013(2):288-293.

[4] 歐陽建平,趙溫霞.以創(chuàng)新精神為指導大力加強地學實踐教學改革與基地建設[J].中國地質教育,2004(1):22-23.

[5] 杜傳明.百度地圖API在小型地理信息系統(tǒng)中的應用[J].測繪與空間地理息,2011,34(2):152-156.

[6] 袁晏明,章澤軍,秦松賢,等.“周口店野外地質實踐教學”精品課程建設[J].中國地質教育,2007(1):126-129.

[7] 克曼特內(nèi)呢.精通Android 3[M].楊越，譯.北京:人民郵電出版社,2011

[8] 黃嘉輝.Java 網(wǎng)絡程序設計[M].北京:清華大學出版社,2002

[9] 沈娣麗,上官同英,孟雅俊,等.Zigbee和百度地圖API在農(nóng)田信息采集系統(tǒng)中的應用[J].中國農(nóng)機化,2012(4):184-188.

[10] 俞坤游,陳益民,駱德漢,等.基于Android平臺的醫(yī)護查房系統(tǒng)的研究與設計[J].電子技術應用,2013(10):127-129，132.

[11] 彭鳳凌,庹先國,王洪輝,等.基于安卓手機的高效數(shù)據(jù)庫訪問機制[J].計算機工程與設計,2013(12):4109-4113.

[12] 李寧寧,鄭純軍.基于Android平臺網(wǎng)絡相冊的設計與實現(xiàn)[J].電視技術,2013(15):71-73，155.

Design and development of field geology practice teaching assistant system

Liu Xiao1, Zhang Zhaolu1, Yuan Yanming2, Ding Dongye1, Jiang Hengyi1, Zheng Jiawen1, Zheng Zhaoqing1

(1. School of Recource and Ervironment, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China； 2. School of Earth Sciences, China University of Geosciences,Wuhan 430074, China)

This study analyzes the characteristics and demands of the field geology practice teaching,and designs the field geology practice teaching assistant system(FGPTAS),which can run on Android OS mobile phone.This system is based on Baidu Map SDK.Users can manage the practice route,view the digital maps and satellite image at field,mark the geology place,view the geology picture,read tips of knowledge point with this system.With the help of this system,teachers will never get lost or unable to find the geology place.It is also a useful tool to standardize the field geology practice teaching.This system is using the geology practice route data from Zhoukoudian Country,Beijing City,China.With little changes,this system can be used in other area and other kind of field practice,or be used in the tourist introduction to scenic spot and self-driving trip route guidance.

field geology practice；teaching assistant system; Android; Baidu Map

2014- 11- 03 修改日期：2015- 01- 08

山東省自然科學基金項目(ZR2014DQ005)；國家自然科學基金項目(41006021)；國家級精品資源共享課程建設項目(20130764)；周口店野外地質實踐教學虛擬仿真中心建設項目(201310433020)

劉曉(1981—)，男，山東淄博，博士，副教授，主要研究方向為資源環(huán)境地理信息系統(tǒng).

E-mail：liuxiaogis@sdut.edu.cn

P622; TP311

A

1002-4956(2015)7- 0083- 03