曹文德，董東林，原菲菲，茹偉娜，孫文潔,李 傲

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院 ,北京 100083）

地理學(xué)是一門與自然和社會密切相關(guān)的科學(xué)[1]。通過野外實(shí)習(xí)，可以加深對地理學(xué)基本原理和實(shí)際問題的理解和認(rèn)識，培養(yǎng)地理學(xué)的空間觀念和綜合分析能力，掌握發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方法。野外地理實(shí)習(xí)涉及的內(nèi)容非常廣泛,包括地質(zhì)、地貌、水文、電子地圖、定位越野等，這也使得實(shí)習(xí)過程更加復(fù)雜[2-5]。本文利用Windows Phone智能機(jī)操作系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出野外實(shí)習(xí)系統(tǒng)，使得每個(gè)實(shí)習(xí)小組可以利用系統(tǒng)中的模塊，查看實(shí)習(xí)路線和每個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)的一系列相關(guān)資料以及復(fù)雜地理現(xiàn)象的演示模擬，加深對實(shí)習(xí)的理解，提升實(shí)習(xí)效果和學(xué)生的參與性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，豐富教學(xué)內(nèi)容，彌補(bǔ)野外學(xué)習(xí)條件不足。

1 系統(tǒng)開發(fā)的理論基礎(chǔ)

1.1 Windows Phone系統(tǒng)

Windows Phone是一個(gè)全新的平臺，為用戶帶來Metro式體驗(yàn)，同時(shí)微軟把Office辦公軟件、Zune媒體播放器、Xbox游戲機(jī)、Bing搜索和地圖、Skydrive和圖片云服務(wù)全部整合到Windows Phone中，因而受到業(yè)界的廣泛關(guān)注[5]。它延續(xù)使用C#語言來開發(fā)應(yīng)用，采用Silverlight和XNA 2個(gè)開發(fā)框架。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)平臺及實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用Visual Studio 2010,并安裝了Windows Phone開發(fā)的SDK，采用面向?qū)ο蟮恼Z言C#。在構(gòu)建地圖程序之前首先要做的就是獲得一個(gè)Bing Map API密鑰。在ManiPage.xmal中，使用Credentials Provider屬性：

“Silverlight for Windows Phone”是Windows Phone 7的應(yīng)用程序開發(fā)平臺。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新的Windows Phone應(yīng)用程序時(shí)，新解決方案包括Silverlight MainPage.xaml頁面，在設(shè)計(jì)視圖中，這個(gè)頁面顯示為Windows Phone 7用戶界面的預(yù)覽效果，可以拖放控件到設(shè)計(jì)界面，實(shí)時(shí)查看Windows Phone 7屏幕的布局預(yù)覽效果。當(dāng)在Visual Studio 2010中開發(fā)Silverlight應(yīng)用程序時(shí)，如果修改了XAML代碼，修改將會反映到Windows Phone 7模擬器屏幕上。

2 系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 軟件功能設(shè)計(jì)及界面

在Windows Phone UI設(shè)計(jì)過程中，我們一方面需要考慮屏幕的分辨率，另一方面還要考慮整體界面的風(fēng)格?？梢酝ㄟ^WPDT Beta，以所見即所得的方式來進(jìn)行UI的設(shè)計(jì)，還可以把UI設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分離。系統(tǒng)界面如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)運(yùn)行界面

通過此系統(tǒng)的功能模塊（見圖2）可以實(shí)現(xiàn)高效自主的野外地理實(shí)習(xí)：

1）實(shí)習(xí)中小組明確自己的位置，地圖下方實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前坐標(biāo)，并在地圖中以圖釘形式顯示實(shí)習(xí)點(diǎn)位置。

圖2 系統(tǒng)模塊總體設(shè)計(jì)圖

2）在實(shí)習(xí)點(diǎn)可以文本的方式記錄數(shù)據(jù)，或者在繪圖板進(jìn)行地質(zhì)地貌素描（見圖3）。

3）可以查看和回顧小組實(shí)習(xí)路線，查看是否有遺漏實(shí)習(xí)點(diǎn)。

4）實(shí)習(xí)中遇到典型難懂的地理現(xiàn)象，可以查看模擬視頻或者典型圖片。

5）通過地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)表的錄入，采用數(shù)據(jù)字典技術(shù)和Windows Phone自適應(yīng)鍵盤輸入，加快數(shù)據(jù)錄入。

6）實(shí)習(xí)中每到一個(gè)實(shí)習(xí)點(diǎn)可以查看該實(shí)習(xí)點(diǎn)標(biāo)注,在繪圖板中快速進(jìn)行地質(zhì)地貌素描，繪制簡單的示意圖，明確該實(shí)習(xí)點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容。

在系統(tǒng)的應(yīng)用程序欄（如圖4所示）可以實(shí)現(xiàn)以下操作：定位目前所處位置、查詢實(shí)習(xí)路線、動態(tài)添加和查看實(shí)習(xí)點(diǎn)標(biāo)注、衛(wèi)星圖和道路、地形圖切換。

圖3 繪圖板

圖4 應(yīng)用程序欄模塊

2.2 數(shù)據(jù)組織

數(shù)據(jù)的獲取大部分需要在實(shí)習(xí)目的地進(jìn)行采集，從而使數(shù)據(jù)更具有現(xiàn)場性。通過文件夾的方法，把各種內(nèi)容資料分批存儲，有助于確定各種數(shù)據(jù)的完整性。整個(gè)數(shù)據(jù)內(nèi)容可以通過幾個(gè)階段來完成。第一階段是通過分析，確定數(shù)據(jù)的用途和適用范圍，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取手段，確保數(shù)據(jù)是在能夠獲取的范圍內(nèi)，從而設(shè)計(jì)出合理的總體設(shè)計(jì)方案。第二階段是收集整理數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的特性來對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、歸納和分類，必要時(shí)可對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，最終完成所有數(shù)據(jù)內(nèi)容的獲取，具體數(shù)據(jù)組織過程如圖5所示。

2.3 系統(tǒng)關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.3.1 數(shù)據(jù)庫

圖5 數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)圖

Windows Phone不支持直接操作物理文件，沿用了傳統(tǒng)Silverlight的做法，使用Isolated Storage的虛擬目錄空間，可有效防止病毒的擴(kuò)散，但也使我們操作起來不方便。Windows Phone只有本地存儲，自身不帶數(shù)據(jù)庫存儲，所以要想在Windows Phone上使用數(shù)據(jù)庫，只能通過第三方嵌入式數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)。各種第三方軟件的優(yōu)缺點(diǎn)對比情況如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)庫優(yōu)缺點(diǎn)對比

在Windows Phone中使用數(shù)據(jù)庫注意事項(xiàng)：①根據(jù)應(yīng)用的實(shí)際需要，從性能、穩(wěn)定性和占用內(nèi)存大小、許可證類型和易用性等方面來考慮具體選擇數(shù)據(jù)的存儲方式；②記住資源大小的限制；③切記釋放資源。綜上所述，本系統(tǒng)采用的是Sqlite for Windows Phone 7。

2.3.2 GPS 定位

Windows Phone 可以支持GPS，也可以支持A-GPS。GPS使用專用硬件通過衛(wèi)星定位，不過在室內(nèi)沒有信號（在本系統(tǒng)中不再考慮這個(gè)問題），而且耗電比較嚴(yán)重；A-GPS使用基站或者網(wǎng)絡(luò)來定位，相對比較靈活，但精度相比GPS較差。定位的相關(guān)技術(shù)用到的類主要是GeoCoordinateWatcher，要想使用這個(gè)類，需要引用System.Device程序集，并且使用System.Device.Location名稱空間，還要確保在WMAppManifest.xml中包含以下的權(quán)限：

GeoCoordinateWatcher構(gòu)造函數(shù)可以指定定位精度，有2個(gè)選項(xiàng)：Default和High。創(chuàng)建了GeoCoordinateWatcher對象以后，可以為它添加一個(gè)PositionChanged事件處理函數(shù)。通過GeoCoordinate參數(shù)，我們可以獲得位置的相關(guān)信息。GPS定位并在當(dāng)前地圖上以圖釘?shù)男问斤@示所在位置代碼：

watcher = new GeoCoordinateWatcher(GeoPositionA ccuracy.High);

watcher.MovementThreshold = 20;

watcher.PositionChanged += new EventHandler>(watcher_PositionChanged);

watcher.Start();

//當(dāng)定位服務(wù)已準(zhǔn)備就緒并接收數(shù)據(jù)時(shí)，它將開始引發(fā) PositionChanged 事件

void watcher_PositionChanged(object sender,GeoPosi tionChangedEventArgse) {

Location location = new Location();//實(shí)例化一個(gè)位置類的實(shí)例

//將當(dāng)前的經(jīng)緯度值賦給位置對象

location.Latitude = e.Position.Location.Latitude;

location.Longitude = e.Position.Location.Longitude;

Pushpin pushpin = new Pushpin();//實(shí)例化一個(gè)圖釘實(shí)例

pushpin.Content = "當(dāng)前位置";

pushpin.Location = location;

this.map1.Children.Add(pushpin);

2.3.3 選擇器

在開發(fā)第三方應(yīng)用程序的某些時(shí)候，我們需要調(diào)用系統(tǒng)發(fā)送短信、E-Mail等功能。在Windows Mobile的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)提供了許多的API，有時(shí)在用戶沒有察覺的情況下發(fā)送短信、郵件和撥打電話[6,7]。但是在Windows Phone上悄悄地做這些事情暫時(shí)是無法實(shí)現(xiàn)的，這是因?yàn)閃indows Phone的執(zhí)行模型把應(yīng)用程序限制在自己的隔離存儲空間內(nèi)，包括程序的執(zhí)行和文件的訪問，所以應(yīng)用程序無法直接訪問公共存儲空間（如聯(lián)系人列表），也不能直接調(diào)用其他的程序（如電話、短信程序等）。雖然Windows Phone沒有提供直接訪問這些功能的API，但是提供了間接的訪問方式，即訪問器和選擇器。通過這2個(gè)工具可以訪問系統(tǒng)中的一些功能，而且微軟已經(jīng)為用戶封裝好了，只需簡單地調(diào)用就可以實(shí)現(xiàn)。調(diào)用Launchers或者Choosers的時(shí)候，征求用戶的建議以便決定是否繼續(xù)使用。啟用Search Task的代碼如下：

SearchTask St=new SearchTask();

St.SearchQuery=txt.SearchQuery.Text;

St.Show();

2.3.4 路線計(jì)算

Bing Maps提供了一組SOAP Services，通過使用這些服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)地理位置計(jì)算、路徑計(jì)算等額外的功能。

地理編碼服務(wù)（Geocode Service）,服務(wù)地址是:http://dev.virtualearth.net/webservices/v1/geocodeservice/GeocodeService.svc。地理編碼服務(wù)可以通過搜索地名來匹配在地圖上對應(yīng)的位置(經(jīng)度和緯度),或者通過實(shí)際位置的經(jīng)度和緯度來確定對應(yīng)在地圖上的位置。

路由功能服務(wù)（Route Service）,服務(wù)的地址是:http://dev.virtualearth.net/webservices/v1/routeservice/routeservice.svc。路由功能服務(wù)可以通過計(jì)算地點(diǎn)的坐標(biāo)來顯示線路的功能，如百度地圖中常用的駕車線路功能等。

2.3.5 數(shù)字字典技術(shù)

采用數(shù)據(jù)字典技術(shù)，將地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)錄入的描述內(nèi)容做成模版[8]。當(dāng)用戶使用時(shí)，可以直接將模版上的信息調(diào)入，用戶不修改或經(jīng)過很少修改就可以快速完成地質(zhì)地貌數(shù)據(jù)錄入，同時(shí)可以規(guī)范用戶數(shù)據(jù)的錄入，避免了描述信息的混亂，有利于數(shù)據(jù)的管理。

3 結(jié) 語

地理野外實(shí)習(xí)系統(tǒng)可幫助學(xué)生擺脫單方面聽老師講解和跟隨老師完成實(shí)習(xí)的思維定式,極大地鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立自主能力。借助系統(tǒng)，實(shí)習(xí)者按沿途實(shí)習(xí)點(diǎn)的實(shí)習(xí)要求自己觀察、測量、記錄與總結(jié), 培養(yǎng)學(xué)生識圖、自主定位的能力。

[1]郭巍,薛林福.虛擬野外地質(zhì)實(shí)習(xí)系統(tǒng)(VFGTS)——野外地質(zhì)實(shí)踐教學(xué)平臺[J].世界地質(zhì),2010,29(3):523-525

[2]詹云軍,袁艷斌,黃解軍,等.地理野外綜合實(shí)習(xí)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].理工高教教育研究，2008,27(2):144-145

[3]趙榮,孫鵬.GPS技術(shù)在野外地質(zhì)實(shí)習(xí)中的應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（5）:44-45

[4]鄧峣,葉春.地理野外實(shí)習(xí)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào):工程技術(shù)版,2010,10(4):88-91

[5]程久苗,朱永恒.高師地理科學(xué)專業(yè)野外實(shí)習(xí)成績評價(jià)指標(biāo)與評價(jià)方法探討[J].安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,32(4):385-387

[6]DevDiv移動開發(fā)社區(qū).移動開發(fā)全平臺解決方案[M].北京：海洋出版社，2011

[7]Petzoi D C.Windows Phone 7程序設(shè)計(jì)[M].北京,人民郵電出版社，2012

[8]余豐華,吳沖龍,劉剛.基于移動GIS的野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2004(24):82-83