基于地理位置信息的智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)Android數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

秦榮波

摘 要：在傳統(tǒng)的鄉(xiāng)村建設(shè)和管理過程中，鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員往往要實地到戶采集建筑、房屋、戶籍、人員、照片以及空間位置信息，工作效率低下。為了有效提升信息采集效率，本文使用ArcGIS SDK for Android開發(fā)包作為地理信息支撐，設(shè)計開發(fā)了智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：地理位置信息;數(shù)據(jù)采集;ArcGIS SDK for Android

中圖分類號：TP274.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0005-04

Abstract： In the traditional rural construction and management process， township staff often collect information from buildings， houses， registered residence， personnel， photos and space location， and work efficiency is low. In order to effectively improve the efficiency of information collection， this paper used ArcGIS SDK for Android development kit as the support of geographic information to design and develop a smart Township data collection system.

Keywords： geographic location information;data collection;ArcGIS SDK for Android

地理信息技術(shù)與其他領(lǐng)域有機結(jié)合是地理信息發(fā)展的方向，其可激發(fā)出自身的內(nèi)在活力。地理信息技術(shù)已經(jīng)廣泛服務(wù)于國民經(jīng)濟建設(shè)各行各業(yè)。伴隨鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的提出，在智慧小城鎮(zhèn)建設(shè)中，地理信息技術(shù)能夠從空間上管理城鎮(zhèn)建設(shè)等相關(guān)信息。同時，隨著5G技術(shù)的興起，互聯(lián)網(wǎng)信息化辦公作業(yè)在鄉(xiāng)鎮(zhèn)得以推進。地理信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)融合將是智慧小城鎮(zhèn)建設(shè)的趨勢。當前，地理位置信息數(shù)據(jù)采集移動系統(tǒng)得以應(yīng)用[1]，開發(fā)人員可借助第三方公司的移動GIS開發(fā)包快速滿足APP中的地理相關(guān)模塊需求[2]。目前開發(fā)的此類APP已經(jīng)應(yīng)用到校園的數(shù)據(jù)采集與土地變更調(diào)查方面[3-4]。本文依據(jù)系統(tǒng)平臺功能需求，使用ArcGIS SDK for Android開發(fā)包作為地理信息支撐，設(shè)計開發(fā)了智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺采集系統(tǒng)APP。

1 需求現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)采集移動端是智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺項目的重要組成部分。項目已準備有全鄉(xiāng)鎮(zhèn)影像柵格數(shù)據(jù)、行政界線shapefile矢量數(shù)據(jù)。同時，系統(tǒng)開發(fā)方已經(jīng)收到來自鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院的戶籍人口基本臺賬，該數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性一般，數(shù)據(jù)庫中存在部分人口已經(jīng)死亡、新出生的小孩不在數(shù)據(jù)表中的情況，但絕大部分數(shù)據(jù)可使用。現(xiàn)在需要鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員基于室內(nèi)無人機影像數(shù)據(jù)識別或通過實際走訪方式采集全鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑房屋數(shù)據(jù)、戶籍數(shù)據(jù)以及人員屬性數(shù)據(jù)，然后對建筑物和人員進行拍照，以獲取照片數(shù)據(jù)。同時，鄉(xiāng)鎮(zhèn)辦事工作人員一般年齡偏高，對新事物的掌握速度較為緩慢。

2 系統(tǒng)建設(shè)分析

鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員實地到戶采集數(shù)據(jù)，往往借助紙質(zhì)表格。首先到所在地點對采集對象進行調(diào)查，接著對表格列舉項進行填寫，實地采集數(shù)據(jù)結(jié)束后，對數(shù)據(jù)進行整理，才能使數(shù)據(jù)滿足要求。在該過程中，往往面臨如下問題。

2.1 信息化作業(yè)水平較低

工作人員要想正確或者全面地核實信息，需要參考已有數(shù)據(jù)。這需要備選一定紙質(zhì)資料，而鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)居民會有零散居住的情況，挨戶采集數(shù)據(jù)將會增加攜帶與翻閱資料的不便性。

2.2 數(shù)據(jù)無空間屬性信息

過去采集數(shù)據(jù)時，更多的是采集對象屬性信息，未加入地理坐標，因而缺少空間位置屬性信息。采集的數(shù)據(jù)本身無法定位到地理底圖，這不利于整個智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺的建設(shè)，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間直觀展示與空間分析。

APP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，是方便鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員錄入數(shù)據(jù)的工具，因此開發(fā)設(shè)計時需要考慮如下幾方面。

2.2.1 易使用性。鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員受教育文化水平相對不高，而年輕工作人員較少。因此，系統(tǒng)設(shè)計界面應(yīng)盡量簡單，只需要提供簡單輸入表單。同時，輸入數(shù)據(jù)框盡可能是下拉選項卡，以便工作人員直接選擇，避免輸入時出現(xiàn)格式、數(shù)據(jù)等錯誤。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺后臺代碼編寫完成后，將其部署到服務(wù)器。接入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的采集APP一般在野外作業(yè)，山區(qū)信號穩(wěn)定性往往不能得到保障。因此，開發(fā)時可現(xiàn)場將采集的表單屬性信息和相關(guān)照片信息數(shù)據(jù)存儲在APP本地端，選擇好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上傳數(shù)據(jù)到服務(wù)器。

2.2.3 邏輯檢校性。整個APP采集系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)邏輯相關(guān)性。APP采集系統(tǒng)提供給工作人員的人員信息錄入界面中，年齡不能為負值。建筑物信息方面，當選擇關(guān)聯(lián)的房屋為單戶時，只能填寫一個房屋信息，而為多戶時，則需要填寫多個房屋信息。戶籍人員與房屋關(guān)聯(lián)人員不能出現(xiàn)同一身份證下人員重復(fù)的情況。

采集APP使用ArcGIS SDK for Android開發(fā)，發(fā)布的地理底圖采用WGS84坐標系，與Android自帶的GPS定位模塊坐標系無縫銜接，無須坐標轉(zhuǎn)換。開發(fā)人員使用ArcGIS Server發(fā)布無人機影像數(shù)據(jù)和行政界線數(shù)據(jù)，為WMS地圖服務(wù)，以此作為采集APP的地理底圖，同時使用Navicat for Sqlite軟件，以Excel表格形式將鄉(xiāng)鎮(zhèn)衛(wèi)生院戶籍人口信息制作成SQLite數(shù)據(jù)庫。APP提供了數(shù)據(jù)采集錄入界面，實現(xiàn)與本地數(shù)據(jù)庫交互。APP采集系統(tǒng)采用離線存儲數(shù)據(jù)方式，將屬性信息、照片信息保存于手機本地，在數(shù)據(jù)上傳之前可做增加、刪除、修改等操作。野外數(shù)據(jù)采集完成后，工作人員可借助WIFI較好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上傳離線數(shù)據(jù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地理位置信息技術(shù)

移動采集APP系統(tǒng)使用ArcGIS SDK for Android作為地圖展現(xiàn)的載體。ArcGIS SDK for Android是ESRI公司移動端地圖開發(fā)包，該開發(fā)包支持OGC組織發(fā)布的WMS、WFS地圖服務(wù)，能快速顯示離線與在線數(shù)據(jù)，同時提供了一系列操作地理信息數(shù)據(jù)的功能接口。開發(fā)人員只要獲得發(fā)布好的WMS地圖服務(wù)，使用MapView類即可將地圖接入展示。此外，ArcGIS SDK for Android的MapView類提供了事件點擊回調(diào)接口，開發(fā)人員使用該接口實現(xiàn)坐標位置的獲取。開發(fā)人員可以自定義圖標，即可在MapView類上定義定位圖標。ArcGIS SDK for Android還提供了多種數(shù)據(jù)圖層加載，點、線、面地理實體符號化，本地shapefile矢量數(shù)據(jù)的渲染等接口，極大地滿足開發(fā)人員開發(fā)移動GIS信息系統(tǒng)的需求。

3.2 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

APP采集系統(tǒng)使用GreenDao作為數(shù)據(jù)庫開發(fā)框架，該框架能實現(xiàn)由數(shù)據(jù)庫表到JAVA Bean對象的快速關(guān)聯(lián)。建立好的數(shù)據(jù)庫表只需要注記JAVA實體對象及主鍵等信息，就能生成表單關(guān)聯(lián)代碼。GreenDao是建立Android的一個SQLite關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫框架具有性能高、內(nèi)存占用小、庫存文件小、支持數(shù)據(jù)庫加密和提供易用操作接口API的特點。調(diào)用GreenDao增、刪、改、查語句，可對實體操作，避免寫原生復(fù)雜SQL查詢語句而出現(xiàn)錯誤，方便離線數(shù)據(jù)的采集和保存。Android開發(fā)時，可以在AndroidManifest.xml中配置Application子類，全局管理SQLite數(shù)據(jù)庫，其間可使用GreenDao與已收集好的戶籍數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)。其中，APP采集系統(tǒng)具有多個與數(shù)據(jù)庫同樣重要的相關(guān)類。

3.2.1 DaoMaster。DaoMaster借助其繼承SQLiteOpenHelper的子類OpenHelper、DatabaseOpenHelper，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建與刪除，本質(zhì)上是調(diào)用SQL語句創(chuàng)建與刪除實體，其Dao實現(xiàn)增加與刪除建筑、房屋、照片等數(shù)據(jù)表的函數(shù)為createAllTables和dropAllTables。

3.2.2 DaoSession。DaoSession會話類實現(xiàn)了對Dao層的管理。開發(fā)人員可以借助會話類，篩選未上傳的數(shù)據(jù)條件，也可以查詢某行政村下屬自然村戶籍人口數(shù)據(jù)。

3.2.3 Daos。Daos操作數(shù)據(jù)庫表元素，其字段的綁定、表的創(chuàng)建與刪除函數(shù)代碼都是由GrennDao自動生成的。

3.2.4 Entities。JAVA Bean實體對象表示數(shù)據(jù)表持久層，GreenDao提供了表與表之間關(guān)系對應(yīng)的標記。比如，建筑物實體與房屋實體、建筑物與照片存在如下代碼的一對多關(guān)系。同樣可以使用@ToMany標記一個戶籍下對應(yīng)多個人的一對多關(guān)系。

/*一建筑對應(yīng)多個房子，一對多的關(guān)系*/

@ToMany（referencedJoinProperty = "buildinginfo_uuid"）

List entityHouseInfoList;

/*一個建筑對應(yīng)多個照片*/

@ToMany（referencedJoinProperty = "buildinginfo_uuid"）

List entityBuildingPicInfoList;

3.3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)

移動APP采集系統(tǒng)與后臺服務(wù)端網(wǎng)絡(luò)交互采用JSON數(shù)據(jù)格式，該方式做到前后端分離，后臺一套服務(wù)接口可供移動端和Web端同時使用。APP采集系統(tǒng)集成了RxJava、Retrofit與Okhttp相關(guān)網(wǎng)絡(luò)第三方庫，這些網(wǎng)絡(luò)相關(guān)jar包能對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實現(xiàn)快速管理，有效解決Android的UI線程耗時與線程切換的問題。其中，Retrofit是網(wǎng)絡(luò)請求封裝，可實現(xiàn)請求參數(shù)、請求頭的設(shè)置，而用戶登錄，驗證碼獲取以及對采集的建筑、房屋、人員屬性信息數(shù)據(jù)上傳則由Okhttp完成。Retrofit結(jié)合開發(fā)人員的相關(guān)設(shè)置將Okhttp的返回結(jié)果解析給前臺。開發(fā)人員也可以直接使用Retrofit返回的ResponseBody結(jié)果進行解析。下面的代碼為請求修改密碼的Retrofit封裝。

@POST（SpptURL.URL_USER_RESET_PASSWORD_Mod）

Observable UserPassWordMod（@FieldMap Map map）;

4 系統(tǒng)設(shè)計與功能實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)采集路線

APP采集系統(tǒng)按照兩條主線進行數(shù)據(jù)采集設(shè)計，其數(shù)據(jù)采集流程如圖1所示。第一條路線為鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員首先對戶籍數(shù)據(jù)進行采集，接著對人員屬性數(shù)據(jù)進行錄入與拍照。第二條路線為鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員到現(xiàn)場在地圖上正確點擊當前建筑物所在的位置，APP采集系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)到建筑物信息界面，在此界面填完信息后對建筑物拍照，對應(yīng)選擇錄入該建筑的房屋（家）信息。由于第一條路線已經(jīng)采集好人員數(shù)據(jù)，只需要掛接之前采集好的人員信息數(shù)據(jù)到房屋即可。工作人員按照這兩條路線的順序，可以減少采集數(shù)據(jù)工作量，提高采集速度。

4.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)采集流程，開發(fā)人員需要設(shè)計出建筑信息表、房屋信息表、戶籍信息表、人員信息表以及照片信息表。建筑信息表與房屋信息表、房屋信息表與人員信息表、戶籍信息表與人員信息表、人員信息表與照片信息表存在一對多的關(guān)系。按照系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫表，由GreenDao建立與相應(yīng)JAVA的實體聯(lián)系，其中人員信息表對應(yīng)的部分字段信息如表1所示。

4.3 系統(tǒng)功能

移動端采集APP使用MVC架構(gòu)模式，將頁面表現(xiàn)層代碼寫在活動（Activity）中，戶籍信息采集如圖2所示，人員信息采集如圖3所示。其具有五大功能。

4.3.1 用戶管理。用戶需要正確輸入用戶名、密碼以及驗證碼，方可登錄。有新用戶時，可新注冊用戶。用戶可以修改密碼，而當用戶忘記密碼時可重置密碼。系統(tǒng)的重置密碼功能需要發(fā)送手機驗證碼，以防隨意更改密碼。

4.3.2 數(shù)據(jù)采集。工作人員可以在地圖上依據(jù)影像判別和準確拾取建筑物位置，系統(tǒng)跳轉(zhuǎn)切換到數(shù)據(jù)采集頁面，相應(yīng)填寫建筑物名稱或房主信息，選擇該鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政村與自然村的行政代碼，同時對建筑物進行拍照，獲取圖片信息。按照功能設(shè)計需要，建筑物里往往會住人，對于不住人的，無須關(guān)聯(lián)房屋（家），建筑物里住人的，要填寫房屋建筑面積和房屋間數(shù)。房屋住人分為多種情況，需要填寫與房屋相關(guān)聯(lián)的人員信息。具體來說，其涉及四個方面。

一是為了減少工作人員工作量，采集APP以已有戶籍數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，采集人員采集數(shù)據(jù)時只需要輸入戶主姓名，或者通過行政村和自然村篩選的方式選擇指定的戶籍數(shù)據(jù)掛接至新的房屋人員信息中。掛接的數(shù)據(jù)能快速關(guān)聯(lián)人員，這樣需要采集工作者對人員的姓名、性別、證件類型、證件號碼、婚姻狀況、民族、與戶主的關(guān)系等信息進行一一核對。

二是通過更新戶籍掛接人員數(shù)據(jù)，從更新戶籍里找到已經(jīng)處理好的戶籍人口數(shù)據(jù)，然后將其直接掛接到新房人口表中。

三是通過選擇已有人的方式，將已經(jīng)錄入本地數(shù)據(jù)庫的人員數(shù)據(jù)掛接到本房屋下的人口數(shù)據(jù)中。

四是針對需要重新錄入的人口，如新出生的小孩，已經(jīng)處理好的戶籍表中沒有數(shù)據(jù)，提供錄入界面，獲取新的人口信息。當出現(xiàn)一個建筑物下有多家人住的情況時，可在該建筑下再添加一個新的房屋。戶籍信息采集界面如圖2所示，人員信息采集界面如圖3所示。

4.3.3 定位功能。采集APP直接借助Android系統(tǒng)提供的GPS定位接口獲取當前坐標位置信息，為數(shù)據(jù)采集人員在地圖上點擊建筑位置提供參考依據(jù)。

4.3.4 數(shù)據(jù)管理。工作人員通過該模塊能夠修改和刪除已經(jīng)填寫的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)刪除存在相互關(guān)聯(lián)性，建筑信息數(shù)據(jù)的刪除意味著關(guān)聯(lián)的房屋、人員數(shù)據(jù)也將被刪除。

4.3.5 數(shù)據(jù)上傳。采集APP提供一鍵上傳功能，將逐條地從建筑、房屋、與關(guān)聯(lián)人員等方面上傳數(shù)據(jù)至服務(wù)器，同時會反饋上傳成功與否。

5 結(jié)論

APP采集系統(tǒng)應(yīng)用界面簡單，能適應(yīng)不同年齡的工作人員群體，使用了當?shù)匦l(wèi)生院原有戶籍數(shù)據(jù)，減少了工作人員錄入數(shù)據(jù)的工作量。采集APP疊加了ArcGIS Server發(fā)布的WMS地圖服務(wù)，同時提供了定位功能，工作人員能夠依據(jù)該功能快速辨別當前所處的位置，起到輔助識別房屋建筑位置的效果。工作人員在野外就可以在APP上填寫數(shù)據(jù)，極大方便了鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員在野外進行無紙化作業(yè)辦公，提高了工作效率。當然，采集APP為整個智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)搭建了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其他方面的相關(guān)數(shù)據(jù)需要進一步完善，這也為APP開發(fā)預(yù)留了功能擴展的空間。開發(fā)人員可以結(jié)合當?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)實際情況，做功能的擴展開發(fā)，其間需要因地制宜地加入特定功能，使得采集APP得到廣泛推廣和應(yīng)用。

采集APP通過位置信息關(guān)聯(lián)至建筑物、房屋、人員，這為整個智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺建設(shè)提供數(shù)據(jù)生命力，極大地提高了空間上管理屬性數(shù)據(jù)的能力。采集系統(tǒng)使用移動GIS相關(guān)技術(shù)，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)鄉(xiāng)村互聯(lián)網(wǎng)信息化水平的提升。數(shù)據(jù)采集是智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺建設(shè)的前期工作，開發(fā)的APP采集系統(tǒng)能夠有效地作為從空間上管理數(shù)據(jù)的工具，同時對鄉(xiāng)鎮(zhèn)工作人員信息化辦公起到促進作用。未來，人們要加大研究力度，積極建設(shè)智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)平臺，利用已經(jīng)采集好的數(shù)據(jù)，結(jié)合地理位置信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，為智慧鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)貢獻力量。

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