曹健 ，盧云輝，余曉波

(1.大連市勘察測繪研究院有限公司，遼寧 大連 116061; 2.宜昌市測繪大隊(duì)，湖北 宜昌 443000)

1 背 景

森林資源連續(xù)清查是以掌握宏觀森林資源現(xiàn)狀及動態(tài)為目的，以省(區(qū)、市)為單位，以抽樣理論為基礎(chǔ)，利用固定樣地為主進(jìn)行定期復(fù)查的森林資源調(diào)查［1］。傳統(tǒng)的調(diào)查模式工作量大，很多調(diào)查因子都需要手工計(jì)算，調(diào)查效率低;個(gè)別不負(fù)責(zé)任的調(diào)查人員根本不到實(shí)地，編造數(shù)據(jù)，造成調(diào)查成果的質(zhì)量低。隨著我國森林資源連續(xù)清查體系的日臻完善，調(diào)查內(nèi)容不斷豐富，對野外數(shù)據(jù)采集的效率和準(zhǔn)確性提出了更高要求，如何能使野外數(shù)據(jù)采集更加省時(shí)省力，提高野外數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和技術(shù)水平，減輕野外調(diào)查人員和計(jì)算機(jī)操作人員的勞動強(qiáng)度已成為林業(yè)信息技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。無紙化外業(yè)數(shù)據(jù)采集成為一種發(fā)展趨勢，將PDA 與地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等技術(shù)集成的森林資源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用［2］。

但是由于硬件本身的限制，現(xiàn)有的移動采集軟件也存在一些問題:移動采集設(shè)備內(nèi)存小，CPU 處理能力弱。在森林資源連續(xù)清查中，當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)會明顯降低移動采集設(shè)備的反應(yīng)速度，甚至有死機(jī)情況出現(xiàn)，造成未備份的數(shù)據(jù)全部丟失的現(xiàn)象［2～4］。

基于此，我們在Windows Mobile 平臺下，利用C#開發(fā)了一套森林資源連續(xù)清查軟件，解決了傳統(tǒng)調(diào)查模式中存在的數(shù)據(jù)采集精度和效率低、調(diào)查成果質(zhì)量低的問題;采取措施提高移動采集軟件的效率和保證數(shù)據(jù)的安全性，解決了移動設(shè)備硬件配置低帶來的問題，實(shí)現(xiàn)了從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)匯總的一體化解決方案。

2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及平臺選擇

微軟公司的桌面操作系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)占據(jù)主流，其研制的移動操作系統(tǒng)Windows CE ．Net 在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域也占有一席之地，是一款比較成熟穩(wěn)定的解決方案，Windows Mobile 6.0 采用了Windows CE ．Net 的內(nèi)核。

鑒于某些Windows Mobile 設(shè)備硬件配置的原因，本軟件沒有選擇占用內(nèi)存比較高的Microsoft SQL Server for Mobile Edition 和DataGrid 進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲和數(shù)據(jù)的展示，以提高運(yùn)行的效率，如表1所示。

表1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境及平臺列表

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

森林資源連續(xù)清查軟件采用3 層架構(gòu)設(shè)計(jì)(3 －tier architecture)，將整個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用劃分為:表現(xiàn)層(UI)、業(yè)務(wù)邏輯層(BLL)、數(shù)據(jù)訪問層(DAL)層，以達(dá)到程序維護(hù)的簡單性、程序運(yùn)行的高效性的目的，如圖1所示。

圖1 軟件邏輯架構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)森林資源連續(xù)清查軟件的需求，本軟件包含3 大主要功能模塊:GPS 導(dǎo)航模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊。

GPS 導(dǎo)航模塊主要根據(jù)調(diào)查人員設(shè)定的樣地中心點(diǎn)的坐標(biāo)，由野外采集設(shè)備進(jìn)行導(dǎo)航，便于調(diào)查人員快速、準(zhǔn)確的找到調(diào)查的樣地。數(shù)據(jù)采集模塊主要包括樣地和樣木各種調(diào)查因子的采集，由調(diào)查人員直接在野外采集設(shè)備上填寫，并且一般由用戶進(jìn)行選擇，減少出現(xiàn)手誤的幾率，并提高工作效率。數(shù)據(jù)管理模塊主要包括數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系檢查、某些調(diào)查因子(如平均胸徑等)的自動計(jì)算以及數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)等，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.3 數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)

森林資源連續(xù)清查軟件調(diào)查項(xiàng)較多，在此不再贅述，具體參照《國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定》及補(bǔ)充規(guī)定，第八次全國森林資源連續(xù)清查(內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)第七次清查)操作細(xì)則［7，8］。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 GPS 定位實(shí)時(shí)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)

GPS 技術(shù)已經(jīng)成熟地應(yīng)用于各行各業(yè)，如野外數(shù)據(jù)采集、導(dǎo)航等領(lǐng)域。本軟件調(diào)用移動終端中的內(nèi)置的GPS 模塊，獲得點(diǎn)的WGS84 坐標(biāo)，利用該區(qū)域的已知或者解算求得的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三參數(shù)或者七參數(shù)［6］，通過開發(fā)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成調(diào)查需要的坐標(biāo)系下(如西安80 坐標(biāo)系，北京54 坐標(biāo)系)的三維坐標(biāo)。利用7 參數(shù):3 個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)角(rx，ry，rz)、3 個(gè)坐標(biāo)增量(△X，△Y，△Z)和1 個(gè)尺度因子(s)，將在WGS84 坐標(biāo)按照以下公式進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即可求得在新坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)，七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式如下:

4.2 序列化及反序列化技術(shù)

前面我們提到，由于Windows Mobile 移動終端的硬件配置問題，為了提高軟件的運(yùn)行效率，該軟件沒有采用占用內(nèi)存比較高的Microsoft SQL Server for Mobile Edition，而是采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)來進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。

XML 是指用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語言，可以用來標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，是一種允許用戶對自己的標(biāo)記語言進(jìn)行定義的源語言。其簡單使其易于在任何應(yīng)用程序中讀寫數(shù)據(jù)。

序列化是將對象狀態(tài)轉(zhuǎn)換為可保持或傳輸?shù)母袷降倪^程。與序列化相對的是反序列化，它將流轉(zhuǎn)換為對象。這兩個(gè)過程結(jié)合起來，可以輕松地存儲和傳輸數(shù)據(jù)。

5 軟件開發(fā)

根據(jù)《森林資源連續(xù)清查軟件需求分析說明書》及《森林資源連續(xù)清查軟件設(shè)計(jì)說明書》，進(jìn)行軟件的開發(fā)，圖3～圖6為軟件的部分界面截圖:

圖3 樣地因子調(diào)查記錄1

圖4 樣地因子調(diào)查記錄2

圖5 樣木檢尺記錄

圖6 樣木位置示意圖

5.1 GPS 導(dǎo)航

本軟件利用GPS 定位模塊，利用該地的七參數(shù)或者三參數(shù)，通過GPS 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行導(dǎo)航，完成樣地的查找與定位。森林資源連續(xù)清查每5年調(diào)查一次，各個(gè)固定樣地都在前期設(shè)置有固定標(biāo)志并記錄有樣地中心樁的地理坐標(biāo)，軟件能根據(jù)上期樣地中心樁的地理坐標(biāo)進(jìn)行導(dǎo)航，為調(diào)查人員尋找樣地提供了很大地方便。

5.2 野外數(shù)據(jù)采集

?根據(jù)軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)存儲采用XML 文件。調(diào)查人員主要采用下拉式列表點(diǎn)擊錄入，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)調(diào)查因子的快速選擇、輸入和實(shí)時(shí)計(jì)算，防止數(shù)據(jù)采集時(shí)的缺漏情況出現(xiàn)，在移動采集設(shè)備上完成各項(xiàng)調(diào)查。填寫調(diào)查因子后，軟件通過序列化及反序列化來存儲和傳輸數(shù)據(jù)，將調(diào)查因子存儲到XML 數(shù)據(jù)文件中，來完成野外數(shù)據(jù)的采集。

在采集樣地中心點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，由設(shè)備直接定位并存儲樣地中心點(diǎn)坐標(biāo)，用戶不能進(jìn)行修改，從而大大減小編造數(shù)據(jù)的可能性，進(jìn)而提高調(diào)查人員的責(zé)任心。

5.3 數(shù)據(jù)雙備份

在該軟件中，實(shí)行數(shù)據(jù)雙備份機(jī)制，數(shù)據(jù)將同時(shí)保存在機(jī)身內(nèi)存和SD 卡中。野外采集的數(shù)據(jù)如果發(fā)生丟失或者損壞，將會產(chǎn)生災(zāi)難性的后果，因此數(shù)據(jù)的安全性就顯得極為重要。數(shù)據(jù)雙備份，保證數(shù)據(jù)的安全性，避免出現(xiàn)返工的問題。

5.4 數(shù)據(jù)計(jì)算及邏輯檢查

森林資源連續(xù)清查軟件中有些調(diào)查因子是調(diào)查員錄入的，如樹高、胸徑、樣地類別等;而有些因子是軟件根據(jù)某些因子自動填寫的，如平均胸徑是根據(jù)優(yōu)勢樹種、樣木的胸徑等調(diào)查因子求得。在該軟件中自動計(jì)算這些因子，不需要調(diào)查員計(jì)算輸入，減小調(diào)查人員的工作量和出錯(cuò)的幾率。

森林資源連續(xù)清查的調(diào)查因子眾多，在數(shù)據(jù)錄入時(shí)難免填寫錯(cuò)誤。各因子之間相互聯(lián)系相互影響，很多因子都受其他因子的影響和制約，還有一些因子是必須填寫或是有限制的，但在實(shí)際中也可能疏漏或填錯(cuò)。因此，軟件根據(jù)這些邏輯關(guān)系進(jìn)行調(diào)查數(shù)據(jù)的驗(yàn)證和邏輯檢查，在出現(xiàn)這些錯(cuò)誤時(shí)能夠及時(shí)給調(diào)查人員提示，保證了調(diào)查成果的質(zhì)量。

軟件根據(jù)文獻(xiàn)［1］、文獻(xiàn)［5］、文獻(xiàn)［7］、文獻(xiàn)［8］中規(guī)定的各因子的邏輯關(guān)系，自動計(jì)算不需要調(diào)查人員計(jì)算的調(diào)查因子，進(jìn)行邏輯關(guān)系檢查。

5.5 數(shù)據(jù)匯總

在Visual Studio 中，利用C#開發(fā)語言，開發(fā)C/S數(shù)據(jù)匯總客戶端，讀取所有的XML 格式的野外采集數(shù)據(jù)，完成外業(yè)采集的數(shù)據(jù)的匯總。調(diào)查成果可以保存為多種主流數(shù)據(jù)格式，如Access(．mdb)、Excel(．xls)及一些關(guān)系型數(shù)據(jù)庫格式等，便于下一步的統(tǒng)計(jì)分析。

6 結(jié) 論

(1)筆者針對傳統(tǒng)森林資源調(diào)查模式以及當(dāng)前利用移動采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中存在的一些問題，在Visual Studio 中，基于Windows Mobile 平臺開發(fā)了一套森林資源連續(xù)清查軟件。該軟件解決了傳統(tǒng)調(diào)查模式中存在的數(shù)據(jù)采集效率低、調(diào)查成果質(zhì)量低的問題;該軟件通過XML 文件通過序列化和反序列化技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫和數(shù)據(jù)存儲，在一定程度上解決了移動設(shè)備配置較低引起的現(xiàn)有調(diào)查軟件處理效率低的問題。

(2)該軟件已在內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)成功應(yīng)用，在野外數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)匯總等方面，減輕了工作量，提高了工作效率和成果質(zhì)量，取得了很好的效果。

［1］林資發(fā)(2004)25 號．國家森林資源連續(xù)清查技術(shù)規(guī)定［R］．2004．

［2］陳興鋼，兆剛，劉盛．淺談PDA 在林業(yè)一類清查中的應(yīng)用［J］．中國高新技術(shù)企業(yè)，2009 (21):55 ～56．

［3］任方喜，吳可，王森林．PDA 在山東省森林資源連續(xù)清查中的應(yīng)用［J］．山東林業(yè)科技，2012(3):88 ～89．

［4］吳國欣，鄧成，李春等．PDA 掌上電腦在廣西森林資源一類調(diào)查中的應(yīng)用［J］．林業(yè)調(diào)查規(guī)劃，2011(1):5 ～7．

［5］第八次全國森林資源連續(xù)清查(內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)第七次清查)操作細(xì)則［R］．2013．

［6］曹健，王晏彬，盧云輝．基于七參數(shù)的AutoCAD 數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換方案研究［J］．城市勘測2012(5):109 ～111．

［7］第八次全國森林資源連續(xù)清查內(nèi)蒙古自治區(qū)工作方案與技術(shù)方案［R］．2012．

［8］第八次全國森林資源連續(xù)清查內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)工作方案與技術(shù)方案［R］．2012．