央金卓瑪，張 華

1.西藏大學 工學院，西藏 拉薩 850000；2.浙江大學 地球科學學院，浙江 杭州 310027

野外地質(zhì)實習是地質(zhì)類專業(yè)十分重要的實踐環(huán)節(jié)。通過實踐不僅能讓學生加深對書本所學知識的理解，而且能為今后步入工作崗位從事野外工作打下一定基礎(chǔ)。在當前“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，高等教育面臨著巨大的沖擊和挑戰(zhàn)。在這樣的環(huán)境下，地質(zhì)與電子信息平臺的結(jié)合，是電子信息技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域的一種新的應(yīng)用方向[1-6]。從行業(yè)角度來看，這種應(yīng)用已經(jīng)十分普遍而且成功，但從教學角度來說，野外地質(zhì)教學的信息化目前還處在探索階段。全國地質(zhì)類專業(yè)學生野外實習普遍沿用傳統(tǒng)的調(diào)查方法，將野外觀測到的地質(zhì)現(xiàn)象及相關(guān)數(shù)據(jù)等用圖表、文字的形式記錄在紙質(zhì)的野外記錄本上，這大大限制了野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集、管理的效率，同時也增加了后期數(shù)據(jù)整理和分析的工作量[7-10]。

現(xiàn)在學生獲取信息的方式發(fā)生了極大的轉(zhuǎn)變，更喜歡利用碎片化的時間來了解自己感興趣的內(nèi)容，而且?guī)缀趺课淮髮W生人手一個智能手機，如果能充分利用這一優(yōu)勢，適當改變地質(zhì)野外教學方式和手段，無疑能極大促進學生的學習興趣，達到更好的教學效果。

基于以上原因，本文采用Android開發(fā)技術(shù)，以實現(xiàn)野外地質(zhì)數(shù)據(jù)移動端數(shù)字化操作，使學生能夠在野外快速準確地采集并存儲地質(zhì)相關(guān)信息，降低后期數(shù)據(jù)錄入、轉(zhuǎn)換以及分析整理等工作量。該系統(tǒng)主要用于點位信息錄入、產(chǎn)狀測量、軌跡顯示、虛擬記錄本、常用資料查詢、系數(shù)計算、地形圖疊加及地質(zhì)現(xiàn)象點預(yù)覽、天氣查看等，具有高效、便攜和可移動的特點，它將信息的采集、存儲、查詢、導出以圖、文、聲、像的形式綜合立體展示，做到了空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)和多媒體屬性數(shù)據(jù)的一體化，軟件操作簡單、易學。

一、 技術(shù)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(shù)，通過系統(tǒng)提供的傳感器監(jiān)聽器，向用戶提供周圍環(huán)境的傳感器數(shù)據(jù)[11]。本軟件基于Android操作系統(tǒng)開發(fā)，界面友好、功能強大、操作簡便，能在手機上實現(xiàn)地圖—導航、定位、產(chǎn)狀測量、天氣查看、地質(zhì)現(xiàn)象點展示、地形圖疊加等一系列功能。其中地圖服務(wù)、天氣服務(wù)分別基于百度SDK與和風天氣SDK的調(diào)用實現(xiàn)。百度地圖SDK是為開發(fā)者免費提供的一套基于百度地圖服務(wù)的移動端應(yīng)用接口，提供基本地圖展現(xiàn)、搜索、定位、地圖縮放平移操作、疊加圖層管理、路線規(guī)劃等功能，為移動設(shè)備端的地圖應(yīng)用開發(fā)者提供便利。和風天氣SDK專為移動端設(shè)計的天氣相關(guān)數(shù)據(jù)接口，擁有API接口全部功能，服務(wù)范圍覆蓋全國，提供常規(guī)數(shù)據(jù)和高精度天氣數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、PM2.5、日出日落時間等，同時節(jié)省50%網(wǎng)絡(luò)流量，適合快速在Andorid應(yīng)用中集成天氣數(shù)據(jù)服務(wù)，有助于帶隊教師提前規(guī)劃野外作業(yè)。除這兩項功能外，本文系統(tǒng)其他功能均基于Android自帶的傳感器和系統(tǒng)調(diào)用技術(shù)實現(xiàn)，無須更多插件[12]。

二、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1．系統(tǒng)模塊劃分

本軟件在Android Studio平臺上進行開發(fā)，主要功能模塊有7個，如圖1所示。其中地圖瀏覽模塊支持在線地圖與離線地圖兩種模式，離線地圖數(shù)據(jù)默認存儲在安卓手機/sdcard/BaiduMapSDK文件夾下[13-14]。點位記錄支持圖文信息記錄，與記錄時間一一對應(yīng)，按時間先后順序存放。常用資料以圖文的形式展示地質(zhì)野外實習中可能用到的知識，學生在野外沒有把握時可隨時搜索查看。系數(shù)計算主要應(yīng)用于在野外快速獲取數(shù)據(jù)結(jié)果。如滑坡最大距離和速度計算、泥石流堆積扇面積計算等，用戶只需輸入相關(guān)地質(zhì)參數(shù)，軟件會給出最終結(jié)果，有效避免了野外手工計算的麻煩和人為操作過程中可能出現(xiàn)的錯誤。天氣查看模塊支持三日內(nèi)天氣預(yù)覽，便于野外工作計劃的提前制定。路線預(yù)覽主要包括野外地質(zhì)現(xiàn)象點預(yù)覽和地形圖疊加兩部分內(nèi)容，通過軟件可提前查看地質(zhì)現(xiàn)象點的位置及相關(guān)圖片信息。產(chǎn)狀測量主要通過手機自帶傳感器，可實現(xiàn)走向、傾向、傾角的測量。

2． 關(guān)鍵技術(shù)

本軟件采用Java語言編寫，小米6真機進行調(diào)試，其中地圖操作部分使用百度地圖SDK完成，天氣操作部分使用和風天氣SDK完成。百度地圖SDK的使用要求開發(fā)者在申請開發(fā)密鑰，將申請的密鑰輸入到安卓工程權(quán)限文件的正確位置，并在Android工程中引用lib相關(guān)文件，才可正常使用地圖功能。而和風天氣SDK的使用相對簡單，僅需要申請開發(fā)密鑰，不需要在工程中添加本地lib文件。SDK的調(diào)用可大大節(jié)約成本和時間，開發(fā)者無需訪問源碼或理解內(nèi)部工作機制的細節(jié)。

在整個開發(fā)過程中，地質(zhì)現(xiàn)象點與地形圖疊加功能的實現(xiàn)最為復(fù)雜，也最易出錯，因為通常使用WGS84坐標系記錄GPS采集的坐標經(jīng)緯度，而百度地圖的坐標系統(tǒng)存在一定偏移量，故在地圖上添加覆蓋物或需精準定位的操作時，其經(jīng)緯度均需加上一定偏移量，核心代碼如下：

//原始坐標為 LatiPoint，LongPoint，偏移量分別為LatShift，LongShift

LatLng New Point＝ newLat Lng（LatiPoint+LatShift，LongPoint+ LongShift）。

地形圖疊加功能的實現(xiàn)過程也較為復(fù)雜，首先需要估算地形圖對應(yīng)的百度地圖顯示等級，可簡單理解為百度地圖比例尺與地形圖比例尺最為接近時的顯示等級，然后通過切圖軟件將地形圖圖片切割為256256瓦片圖，本文使用軟件為TileCutter，最后實現(xiàn)地形圖的疊加顯示。

3． 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

本軟件所涉及的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要針對野外地質(zhì)現(xiàn)象點的相關(guān)信息，其結(jié)果如表1所示：

圖 1 功能模塊劃分

表 1 地質(zhì)現(xiàn)象點信息表結(jié)構(gòu)

其中時間數(shù)據(jù)在無法明確數(shù)據(jù)采集時間時可為空，其他時候默認不為空。

三、 主要功能界面

系統(tǒng)開發(fā)完成后，經(jīng)多臺Android手機實際測試，本系統(tǒng)可以順利地在小米、華為、聯(lián)想、中興、魅族、三星等手機平臺下運行，且反應(yīng)速度快，系統(tǒng)定位準確，操作簡單、可靠性強。圖2～圖4為小米6真機上測試的主要功能界面展示。

圖2所示為離線地圖及路線預(yù)覽功能界面，圖2a為離線地圖界面，本系統(tǒng)支持全國范圍離線地圖下載，因此即使在無網(wǎng)絡(luò)情況下依然可以實現(xiàn)地圖導航，這一功能在崇山峻嶺的西藏尤為適用。圖2b、圖2c為路線預(yù)覽功能界面，可實現(xiàn)自定義地形圖及點狀覆蓋物的疊加，在各地質(zhì)現(xiàn)象的點位添加了圖片覆蓋物，點擊后可查看該地質(zhì)點的圖文信息介紹，據(jù)此學生可以實現(xiàn)野外實習內(nèi)容的準確預(yù)習。

圖3所示為天氣查看及虛擬記錄本功能界面，圖3a為天氣查看界面，可以查看未來三天的天氣狀況，主要數(shù)據(jù)包括溫度、濕度、日出及日落時間等。圖3b、圖3c為虛擬記錄本功能界面，實時記錄地質(zhì)點位圖文信息，并按時間順序排序，方便查看，同時拍照功能和錄音功能可實現(xiàn)信息多元化錄入，實現(xiàn)了野外點位信息的綜合立體展示。

圖4所示為產(chǎn)狀測量及常用資料查詢功能界面，圖4a為產(chǎn)狀測量界面圖，調(diào)用安卓手機自帶的傳感器，可以實現(xiàn)傾向、傾角數(shù)據(jù)的實時測量。經(jīng)過在野外的多次實地測試，和羅盤（哈爾濱光學儀器廠dqy-1型號）實際測量的傾向誤差小于3°，傾角誤差小于5°。圖4b、圖4c為常用資料查詢功能界面，內(nèi)容包括地質(zhì)野外實習點位介紹，三大巖類野外初步鑒定方法，羅盤基本原理及使用方法、常用參數(shù)和公式,以及滑坡、崩塌、泥石流地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查表等野外可能用到的知識點，以彌補人工記憶的不確定性。除此之外，這一模塊還具有自主編輯功能，學生可根據(jù)自己的需要隨時進行內(nèi)容的增減，方便在野外快速查看。

圖2 系統(tǒng)離線地圖及路線預(yù)覽部分界面

圖 3 系統(tǒng)天氣查看及虛擬記錄本功能界面

圖 4 系統(tǒng)產(chǎn)狀測量及常用資料查詢功能部分界面

四、 應(yīng)用效果評價

2018年該系統(tǒng)成功應(yīng)用于西藏大學資源勘查工程專業(yè)地質(zhì)認識實習，通過前期的不斷測試和后續(xù)的系統(tǒng)調(diào)試，該APP在野外環(huán)境中表現(xiàn)良好，尤其是在西藏艱苦惡劣的自然環(huán)境下，天氣預(yù)報、路線導航、數(shù)據(jù)錄入和導出等各項功能運行穩(wěn)定，受到帶隊教師和學生們的一致好評。學生通過該軟件能夠隨時隨地輕松實現(xiàn)知識點的學習，極大地激發(fā)了大家學習的熱情。同時，數(shù)據(jù)的導出功能節(jié)省了學生進行數(shù)據(jù)錄入和資料整理的時間，避免了人工出現(xiàn)的低級錯誤，提高了實習效率。

五、結(jié)語

基于Android平臺研發(fā)設(shè)計的主要應(yīng)用于地質(zhì)認識實習的野外地質(zhì)教學系統(tǒng)模塊豐富，功能完善，運行穩(wěn)定。今后，在此APP基礎(chǔ)上根據(jù)需要對內(nèi)容稍作調(diào)整，則可以應(yīng)用于地質(zhì)專業(yè)其他野外實習，以及西藏大學校土木工程、交通工程等專業(yè)的地質(zhì)基礎(chǔ)實習，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。在科技的迅猛發(fā)展的今天，對于高校教學方式尤其是地質(zhì)專業(yè)等較為傳統(tǒng)的理工專業(yè)教學方式提出了巨大挑戰(zhàn)，同時也是十分難得的機遇，相信經(jīng)過幾年的發(fā)展，未來我們對VR、AI等技術(shù)在地質(zhì)課堂的普遍應(yīng)用充滿期待[15-16]。