遼寧省森林資源外業(yè)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 璐

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測(cè)院，遼寧 沈陽110122）

遼寧省自2005年形成二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫[1]以來，森林資源外業(yè)采集工作方法大致可以分為兩個(gè)階段：第一階段，借助GPS和指南針，結(jié)合紙質(zhì)地形圖和現(xiàn)地地貌進(jìn)行定位，利用紙制卡片記錄調(diào)查屬性數(shù)據(jù)，并在紙質(zhì)的地形圖上調(diào)繪，再由內(nèi)業(yè)工作人員將采集的卡片和圖紙數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫屬性的更新和圖形的區(qū)劃[2]；第二階段，隨著PDA（Personal Digital Assistant）、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備的出現(xiàn)，為移動(dòng)GIS（Mobile GIS）發(fā)展的帶來了新的機(jī)遇，根據(jù)不同的工作需求，開發(fā)基于PDA或者平板電腦等具有不同功能的外業(yè)采集軟件，例如占地軟件、造林軟件、采伐設(shè)計(jì)軟件等。目前，遼寧省依然存在技術(shù)落后的縣區(qū)采用第一階段的工作方法進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，而第二階段的工作方法雖然在效率上有了質(zhì)的提升，但是各類采集軟件并存不但是對(duì)開發(fā)資源的極大浪費(fèi)，更因?yàn)槠脚_(tái)不同、操作習(xí)慣不同、數(shù)據(jù)格式不同造成數(shù)據(jù)之間難以進(jìn)行轉(zhuǎn)換、共享。

2019年3月，國(guó)家林業(yè)與草原局發(fā)布了《國(guó)家林業(yè)與草原局關(guān)于開展2019年森林督查暨森林管理“一張圖”年度更新工作的通知》[3]要求各類資源數(shù)據(jù)融合成一套“一張圖”數(shù)據(jù)，強(qiáng)調(diào)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)“四個(gè)一”即共用一套遙感數(shù)據(jù)、一次判讀區(qū)劃、一次驗(yàn)證核實(shí)、一次現(xiàn)地復(fù)核加。“一張圖”的概念體現(xiàn)了不僅體現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)一的重要性，也體現(xiàn)了森林資源外業(yè)采集方法和平臺(tái)統(tǒng)一的重要性。因此，根據(jù)遼寧省森林資源外業(yè)采集特征開發(fā)一款可擴(kuò)展性強(qiáng)的采集系統(tǒng)將推動(dòng)遼寧省外業(yè)調(diào)查手段進(jìn)入新的階段。

1 需求設(shè)計(jì)

隨著新科學(xué)技術(shù)的誕生，基于PDA的森林資源采集系統(tǒng)的不足之處也暴露了出來，例如屏幕太小、操作系統(tǒng)過時(shí)、設(shè)備價(jià)格較高等[4]，即便研究人員們對(duì)利用PDA進(jìn)行外業(yè)采集的研究成果已趨于成熟，但在PDA上的應(yīng)用勢(shì)必會(huì)被淘汰。近年來研究方向逐漸偏向基于Android操作系統(tǒng)的平板電腦設(shè)備，本文就是基于Android移動(dòng)端進(jìn)行開發(fā)。

1.1 需求分析

根據(jù)遼寧省森林資源調(diào)查規(guī)程，森林資源調(diào)查基本類型分為：森林資源連續(xù)清查（一類調(diào)查），調(diào)查的基本單位是樣點(diǎn)或者小班；森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查（二類調(diào)查），以小班為對(duì)象調(diào)查；作業(yè)設(shè)計(jì)專項(xiàng)調(diào)查三類（三類調(diào)查），根據(jù)調(diào)查需要確定樣點(diǎn)或小班為對(duì)象[5]。

無論針對(duì)哪類調(diào)查對(duì)象，采集系統(tǒng)都需要實(shí)現(xiàn)這些基本需求：支持加載大型的高精度的航片和衛(wèi)片的遙感影像，實(shí)現(xiàn)柵格數(shù)據(jù)的快速瀏覽和縮放；在遙感影像上各類矢量數(shù)據(jù)，與遙感影像同步瀏覽；利用移動(dòng)設(shè)備本身攜帶的GPS芯片，開發(fā)基于GPS的導(dǎo)航和定位功能，記錄外業(yè)人員的調(diào)查軌跡；根據(jù)外業(yè)調(diào)查的實(shí)際情況編輯矢量圖斑：合并、分割、面積測(cè)算、因子輸入等。各類調(diào)查在這些基本功能的基礎(chǔ)上再進(jìn)行其他業(yè)務(wù)拓展。

1.2 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析，森林資源外業(yè)采集系統(tǒng)功能可以分為六部分：工程管理、底圖操作、矢量數(shù)據(jù)編輯、屬性數(shù)據(jù)編輯、應(yīng)用工具、設(shè)置，具體功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

2 實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

目前采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了遼寧省各類森林資源調(diào)查及征占用林地、采伐作業(yè)設(shè)計(jì)、營(yíng)造林作業(yè)設(shè)計(jì)、營(yíng)造林核查等林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)核查模塊，本文測(cè)試以沈北新區(qū)造林核查工作為例。

2.1 工程管理

啟動(dòng)軟件后選擇工程類型和作業(yè)區(qū)，點(diǎn)擊登錄，在地圖配置中設(shè)置工作單位、轉(zhuǎn)換參數(shù)、坐標(biāo)投影等并保存，如圖2所示。

2.2 地圖操作

遙感影像與矢量數(shù)據(jù)的疊加顯示效果如圖3所示，支持雙指縮放、滑動(dòng)瀏覽、單擊選中小班的操作。右側(cè)的圖層欄可以實(shí)現(xiàn)個(gè)圖層的標(biāo)注、渲染等操作，控制圖層的顯示編輯狀態(tài)。

圖2 系統(tǒng)登錄及工作單位、轉(zhuǎn)換參數(shù)、坐標(biāo)投影的設(shè)置

圖3 遙感影像與矢量數(shù)據(jù)的疊加顯示效果

2.3 矢量數(shù)據(jù)編輯

（1）采集點(diǎn)位繪圖

選擇編輯圖層后，點(diǎn)擊右上角“畫筆”的功能開啟圖層編輯，新建圖斑時(shí)可以選擇采集或手繪兩種方式。其中，采集方式又可以使用GPS采點(diǎn)、十字采點(diǎn)、實(shí)時(shí)采點(diǎn)、輸入坐標(biāo)點(diǎn)定點(diǎn)采點(diǎn)，采點(diǎn)的過程中可以捕捉已有節(jié)點(diǎn)。如圖4，正在用十字采點(diǎn)構(gòu)建圖形，點(diǎn)擊保存綠色起始點(diǎn)位和紅色結(jié)束點(diǎn)位即可連接完成閉合。

圖4 采集點(diǎn)位繪圖

（2）創(chuàng)建刪除圖斑

打開圖4右上角“小筆”按鈕 ，可以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建、刪除圖斑，如圖5，刪除圖斑前需要用使用“箭頭”工具選中要?jiǎng)h除小班。

（3）分割矢量圖斑

點(diǎn)擊“編輯工具條”的“分割”按鈕，將圖斑進(jìn)行分割，分割時(shí)提示選擇保留原屬性的小班。

圖5 開啟編輯工具條

（4）合并矢量圖斑

先選中需要合并的兩個(gè)或多個(gè)相鄰小班，點(diǎn)擊“編輯工具條”的“合并”按鈕，合并時(shí)提示選擇合并到哪個(gè)小班。

（5）挖面矢量圖斑

類似于分割效果，點(diǎn)擊“編輯工具條”的“挖面”按鈕，在矢量圖斑內(nèi)部畫圖實(shí)現(xiàn)挖面，選擇刪除則實(shí)現(xiàn)挖洞。

（6）自動(dòng)計(jì)算面積

選擇右側(cè)“屬性”欄，點(diǎn)擊“面積“功能即可計(jì)算小班面積，出現(xiàn)提示對(duì)話框點(diǎn)擊確定后即可填入核實(shí)面積字段中。

2.4 屬性數(shù)據(jù)編輯

將紅色十字叉放入小班內(nèi)，點(diǎn)擊右側(cè)二調(diào)數(shù)據(jù)圖層中的“屬性”按鈕即可打開該小班的屬性，點(diǎn)擊“復(fù)制屬性”就可以將它的相關(guān)同名字段屬性全部復(fù)制到上層造林小班中，減少手動(dòng)輸入的工作量并避免輸入錯(cuò)誤。其他屬性再根據(jù)現(xiàn)地核實(shí)情況填寫，非數(shù)字類屬性因子掛接數(shù)據(jù)字典，點(diǎn)擊選擇正確因子即可。

2.5 應(yīng)用工具

（1）GPS 定位

左上角的“定位”按鈕打開即可打開GPS定位功能。使用前，需開啟移動(dòng)操作系統(tǒng)的位置服務(wù)，再開啟平臺(tái)的GPS定位功能，軟件開始搜索GPS衛(wèi)星信號(hào)。

（2）軌跡記錄

點(diǎn)擊左側(cè)“軌跡記錄”按鈕打開軌跡記錄功能。

（3）現(xiàn)地拍照

點(diǎn)擊右側(cè)“照片”選項(xiàng)卡下的拍照，有近景和遠(yuǎn)景兩種拍照類型可供選擇，拍好的照片會(huì)顯示在下面的列表當(dāng)中，點(diǎn)擊可以選擇瀏覽照片、移除照片、拍攝點(diǎn)定位和刪除照片，如圖6。

（4）測(cè)量工具

點(diǎn)擊“編輯工具條”的“測(cè)量”按鈕，計(jì)算采集或手繪線段的長(zhǎng)度。

圖6 現(xiàn)地拍照功能

2.6 設(shè)置

此功能在右上角“設(shè)置”按鈕當(dāng)中。

（1）底圖偏移、自動(dòng)糾偏

當(dāng)矢量數(shù)據(jù)與遙感影像存在偏移時(shí)，可以使用這兩個(gè)功能進(jìn)行糾偏。點(diǎn)擊“地圖糾偏”在現(xiàn)地采集偏移前和偏移后的坐標(biāo)，計(jì)算偏移量并保存，然后點(diǎn)擊“自動(dòng)糾偏”即可實(shí)現(xiàn)。

（2）小班定位

當(dāng)需要查看底層二類數(shù)據(jù)（“一張圖”數(shù)據(jù)）指定小班的位置或?qū)傩孕畔r(shí)使用，點(diǎn)擊 “小班定位”，輸入該小班的縣、鄉(xiāng)、村、林班、小班信息立即定位到該小班位置。

（3）地圖導(dǎo)航

在地圖中指定目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行地圖導(dǎo)航。點(diǎn)擊“地圖導(dǎo)航”，出現(xiàn)如圖7的界面，目標(biāo)點(diǎn)可以選擇直接輸入坐標(biāo)或取地圖中紅十字叉點(diǎn)位坐標(biāo)的方法，點(diǎn)擊“目標(biāo)定位”測(cè)算目標(biāo)距離，點(diǎn)擊“開始導(dǎo)航”會(huì)出現(xiàn)當(dāng)前定位點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的導(dǎo)航路徑。

圖7 地圖導(dǎo)航功能

（4）數(shù)據(jù)字典

點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)字典”，可以查看因子代碼表、行政代碼表、圖層參數(shù)表。

3 結(jié)論與展望

3.1 結(jié)論

本文開發(fā)在Android移動(dòng)設(shè)備開發(fā)的森林資源外業(yè)采集系統(tǒng)，良好的可擴(kuò)展性不僅能夠滿足當(dāng)前的工作需求，也能應(yīng)對(duì)未來可能出現(xiàn)的各類外業(yè)調(diào)查工作。采集系統(tǒng)解決了遼寧省目前存在的各類采集工作平臺(tái)不同、操作習(xí)慣不同、數(shù)據(jù)格式不同的現(xiàn)象，節(jié)約了開發(fā)資源，節(jié)省了開發(fā)成本。

3.2 展望

系統(tǒng)是以縣區(qū)為單位進(jìn)行應(yīng)用的，沒有配套的空間數(shù)據(jù)管理服務(wù)器，難以大規(guī)模地應(yīng)用于大范圍的森林資源外業(yè)調(diào)查，如市級(jí)、省級(jí)的空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量之多、之大，不可能使用人工直接管理。搭建空間數(shù)據(jù)管理服務(wù)器可以在采集前直接從網(wǎng)上下載柵格和矢量空間數(shù)據(jù)，調(diào)查結(jié)束后再將調(diào)查結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)上傳到服務(wù)器。這種方式不但節(jié)省作業(yè)成本，也將推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)＋林業(yè)”的發(fā)展。