李延杰 李世龍 張 震

（安徽理工大學(xué)空間信息與測繪工程學(xué)院，安徽 淮南 232001）

0 引言

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及對學(xué)生知識水平和專業(yè)素養(yǎng)要求的提高，未來地理野外實習會被更多高校所接受和引進。地理野外實習不僅能培養(yǎng)學(xué)生對地理知識的興趣，還可根據(jù)現(xiàn)場的實物為學(xué)生講解課堂上不易理解的概念，寓教于樂。

鑒于野外實習的重要性，越來越多的高校都開設(shè)了野外實習課程。然而，在野外實習過程中，在考慮人員安全的同時，還要考慮人員舟車勞頓的問題。在實習過程時，由于缺乏及時正確的引導(dǎo)，學(xué)生對實習的態(tài)度也會由前期的興致高昂變成后期的草草了事。所以，一個具有豐富功能的野外實習平臺是不可或缺的，其在保障學(xué)生安全的同時，也可完成老師與學(xué)生的實時溝通與任務(wù)的實時跟進。目前，國內(nèi)學(xué)生野外實習平臺的建設(shè)還處于起步階段，無法滿足人才培養(yǎng)的需求，因此對其從形式到內(nèi)容進行徹底的改革已迫在眉睫［1］。

1 需求分析

在系統(tǒng)設(shè)計過程中要先進行需求分析，要了解用戶對該系統(tǒng)有什么樣的需求，從而根據(jù)用戶需求進行系統(tǒng)功能設(shè)計。廬山地理野外實習主要是在廬山地區(qū)開展的，持續(xù)時間為14 d，包含多條實習路線，涉及地質(zhì)、地貌、植被、土壤、氣象等多個專題內(nèi)容。實習過程可分為三部分，分別是實習前的準備階段（包括思想準備、實習內(nèi)容介紹和實習物資的準備）、實習過程的教學(xué)階段，以及實習后的室內(nèi)資料整理、學(xué)生編寫報告、教師批改報告階段。結(jié)合實習開展的流程以及綜合考慮的注意事項，初步形成三方面需求［2］。

1.1 實習數(shù)據(jù)的組織管理需求

在傳統(tǒng)的野外實習過程中，資料一般是記在特定的本子上，保存起來比較麻煩，還容易丟失，且所有人的資料難以有效地整合起來，無法建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，難以滿足實習資源的交流與共享。

1.2 實習人員的安全管理需求

安全管理一直是野外實習的重要內(nèi)容，廬山地理野外實習輔助APP可對實習過程進行監(jiān)管，帶隊教師可通過手機直接查詢學(xué)生的實時位置，保障實習能夠安全順利地展開。

1.3 實習人員的實時交流需求

在野外實習過程中，除了要進行基本的地理知識學(xué)習外，還應(yīng)構(gòu)建一個具有在線聊天互動、知識分享功能的平臺。師生可在此平臺發(fā)表個人對實習的見解和看法，遇到問題時還可通過聊天平臺進行答疑，通過共同探討來促進學(xué)生對知識的深入理解［2］。

2 可行性分析

2.1 技術(shù)可行性

本研究以Android Studio為開發(fā)工具，以ESRI公司提供的ArcGIS Runtime API for Android功能開發(fā)包作為開發(fā)工具包，對地理實習輔助系統(tǒng)的功能進行開發(fā)，運用Java、SQL、XML等開發(fā)語言，以SQL Server 2008R2為后臺數(shù)據(jù)庫，來實現(xiàn)系統(tǒng)的相關(guān)功能。從技術(shù)方面來看，廬山地理野外實習輔助APP開發(fā)過程中存在的技術(shù)問題并不多。

2.2 經(jīng)濟可行性

廬山地理野外實習輔助APP的邏輯架構(gòu)相對簡單，且開發(fā)周期較短，可在普通手機上運行。開發(fā)該APP對計算機的配置要求較低，一般性能的計算機就可完成對該APP的開發(fā)。在APP開發(fā)及運行過程中僅需要支付少量的開發(fā)成本、服務(wù)器架設(shè)成本和服務(wù)器運行維護成本。

2.3 操作可行性

以廬山實習區(qū)域為對象的地理實習輔助APP是結(jié)合實際工作需求進行開發(fā)的，符合實際情況。同時，技術(shù)實現(xiàn)的可操作性非常大，從而系統(tǒng)的操作是可行的，能滿足用戶的需求。此外，利用C/S開發(fā)模式的輕便性和可封裝性的特點，使該APP的開發(fā)具有復(fù)用性。

3 設(shè)計方案

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3.1.1 地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計。實習地和實習地周邊信息以及其他各類信息是由空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)構(gòu)成的?？臻g數(shù)據(jù)對應(yīng)著空間實體的地理編碼，如實習點的分布、空間地理位置等，其還包含空間實體的地理坐標。野外實習點的空間數(shù)據(jù)以.shp的格式進行保存，并通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，將其統(tǒng)一存儲在SQL Server 2008R2數(shù)據(jù)庫中。

3.1.2 屬性數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

①用戶信息表。用戶信息是用來區(qū)別每個注冊用戶的身份。每個用戶都有ID（學(xué)號）、密碼、用戶昵稱、頭像、班級、聯(lián)系方式等信息。學(xué)生可在系統(tǒng)中查看注冊的個人信息、本人及同群組成員的位置信息；教師可在系統(tǒng)中查看其管理的參與野外實習學(xué)生的實時位置和歷史記錄，可在系統(tǒng)中查看實習期間所有學(xué)生的位置和安全狀態(tài)等，并發(fā)布任務(wù)與測試信息。

②用戶位置信息表。用戶位置信息記錄的是每個野外實習用戶在實習期間上傳的位置信息，將該信息上傳給系統(tǒng)，并在前端電子地圖上顯示，包括用戶ID（學(xué)生學(xué)號或教師工號）、經(jīng)度、緯度、上傳時間等。教師可查看學(xué)生的歷史位置信息以及系統(tǒng)繪制出的運動軌跡圖。

③任務(wù)信息表。任務(wù)信息表記錄的是此次野外實習的任務(wù)，包括任務(wù)ID、教師ID（教師工號）、任務(wù)內(nèi)容、學(xué)生提交時間、應(yīng)得分數(shù)等。在實習過程中，教師可隨時發(fā)布一些小測試，學(xué)生可直接在線提交成果，且教師可實時對測試進行批改。

④測試結(jié)果表。所有學(xué)生提交的答案信息都存儲在該表內(nèi)，教師在批改打分后，也會把評價和分數(shù)存儲在該表內(nèi)。當統(tǒng)計分數(shù)時，就可根據(jù)該表內(nèi)的分數(shù)進行統(tǒng)計。

⑤實習點信息表。實習點信息實體及其屬性可用于查詢地圖上地物點屬性，包括點名稱、編號、圖片、屬性、詳細信息等屬性。通過查詢地物點名稱可找到該點的屬性信息，其中屬性表示該點的地貌屬性（石灰?guī)r、沉積巖、溶蝕洞地貌等），圖片表示該點圖片的儲存地址。

3.2 功能設(shè)計

廬山野外地理實習輔助APP分為四個功能模塊，分別為地圖模塊、實習任務(wù)模塊、聊天模塊以及用戶模塊，如圖1所示。

圖1 功能模塊圖

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 地圖模塊

地圖模塊包括所有與地圖相關(guān)的功能，包括實時搜索實習點、查看位置、路線規(guī)劃、搜附近等功能。用戶在輸入框中輸入關(guān)鍵字，然后點擊查詢按鈕，系統(tǒng)會將匹配到的地物在地圖上進行定位，并在屏幕中心通過高亮放大的形式進行顯示。通過ArcGIS Server的地圖服務(wù)功能來查詢空間位置，根據(jù)圖層屬性字段可查詢對應(yīng)點名。同時，APP首頁面會彈出該實習點的“詳細信息介紹”及“搜附近與到這去”的按鈕。其中，詳細信息頁面有來源于SQL數(shù)據(jù)庫的實習點詳細信息?！八迅浇笔且栽擖c為中心，搜尋緩沖距離為1 500 m范圍內(nèi)的地物點（如超市、實習點等），“到這去”是根據(jù)ArcGIS發(fā)布的網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)，對實習點之間的路徑進行規(guī)劃。

4.2 任務(wù)模塊

實習模塊主要包括任務(wù)和測試兩大部分（一個賬號，不管是教師還是學(xué)生，同一時間只能參加一個實習任務(wù)），見圖2。實習測試是指在實習過程中，教師可發(fā)布一些小測試來檢查學(xué)生的學(xué)習效果，由于是野外實習，所以測試內(nèi)容比較簡單，主要是讓學(xué)生們在實習區(qū)域內(nèi)尋找某一特定景觀或其他實物并拍照上傳等，有點類似于考試中的簡答題，沒有固定的答案。一個實習任務(wù)可包含多個實習測試。該模塊主要分為教師發(fā)布新的實習任務(wù)、任務(wù)管理、教師編輯發(fā)布新的測試、測試管理、學(xué)生提交測試答案、教師批改測試答案并打分、統(tǒng)計實習任務(wù)中每位同學(xué)的得分以及推送等。

圖2 任務(wù)模塊圖

4.3 聊天模塊

考慮到實習任務(wù)是以班級為單位開展的，學(xué)生彼此之間都認識，所以就沒有設(shè)置驗證功能，即任何人都可在不加為好友的情況下向別人發(fā)送信息。該系統(tǒng)有3種情況可跳轉(zhuǎn)到聊天界面：①點擊會話列表中的會話信息進入聊天界面（沒有聊過天的兩個人之間沒有會話信息，若刪除兩人之間所有的聊天記錄也會默認刪除會話信息）；②在地圖界面點擊“聯(lián)系他”進入聊天界面，若進入聊天界面后不發(fā)送信息就退出來，也不會創(chuàng)建會話信息；③點擊用戶搜索結(jié)果列表，可進入聊天界面，在進入后不發(fā)送信息就退出來，同樣不會創(chuàng)建會話信息。聊天模式采用環(huán)信開源工具包，每個賬號和密碼都綁定著一個環(huán)信賬號和密碼，所有的聊天記錄和會話信息都保存在環(huán)信服務(wù)器上。

5 結(jié)語

本研究以廬山野外地理實習為例，采用Java、XML和SQL開發(fā)語言，基于ArcGIS Server10.2.2、ArcMap10.2.2、Android Studio4.1.2開發(fā)工具，根據(jù)師生野外實習需求和實際情況，設(shè)計并開發(fā)出廬山野外地理實習輔助APP，其具有一定的可行性、實用性和可操作性。該APP能充分發(fā)揮移動GIS的便捷性、良好的用戶交互性和地理位置依賴性［3］，為前往廬山地區(qū)進行野外地理實習的師生提供了一定的便捷性和決策輔助。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，廬山野外實習輔助APP要面臨著新的要求和挑戰(zhàn)，如多源異構(gòu)地理實習數(shù)據(jù)的融合問題、專題實習的內(nèi)容深化與應(yīng)用提升問題、實習過程的線上線下結(jié)合問題，APP開發(fā)組要緊跟廬山地理野外實習的新形勢，進一步研究和完善APP功能，從而提高廬山地理野外實習輔助APP的規(guī)范化、人性化和智能化。