基于智能手机的嵌入式空间数据采集系统是嵌入式 GIS网络通讯GPS等多种技术的综合集成^[9]。作为信息采集的基础平台, 该系统集成GPS模块并构筑于智能手机上。首先获取 GPS 定位信息和地物的空间信息, 同时读取传感器上的测量数据, 将二者结合记录于GIS系统中; 然后对数据进行预处理(包括绘图和属性录入等), 形成一个完整的数据包; 最后对数据进行保存或通过无线网络、蓝牙设备传输至GIS数据监控中心, 从而完成野外数据的快速获取。系统总体框架如图 1所示。

图1

Fig.1

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	图1 系统总体框架Fig.1 General framework of system

嵌入式GIS空间数据采集系统集成在智能手机上, 因此, 装有该系统的智能手机除了自身的移动通讯功能外, 还应具有野外空间数据采集功能, 实现空间数据采集涉及的空间数据获取、属性录入、数据预处理、数据显示、查询分析、数据存储及数据传输等。此外, 受智能手机的软硬件条件限制, 嵌入式 GIS空间数据采集系统应尽可能精炼, 以适宜在资源紧缺的智能移动设备上使用。为此, 本系统主要设计了以下功能:电子地图的动态显示、GPS实时接收与定位、数据采集(即图形与属性的操作)、坐标转换、数据存储、数据的无线或有线传输(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 系统功能模块设计Fig.2 System function module design

一般应用程序中, 用户首先接触的不是功能, 而是系统的界面。嵌入式GIS的界面主要用于地图的浏览和显示, 包括地图显示、缩放、刷新和平移等。采用地图缓存与地图综合方式, 确保系统内核的精简和地图浏览的快速。由于智能手机自身条件的限制(主频、核数、内存及屏幕大小等因素), 界面设计时应考虑2个方面的因素: ①地图区域与非地图区域的比例(本文区域比为7:1); ②菜单栏简易性, 由于地图屏幕的限制, 设计了4个常用菜单, 即坐标转换、当前位置、数据采集和系统退出, 如图3所示。

图3

Fig.3

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	图3 系统界面Fig.3 System interface

2.2.1 GPS定位

该模块主要设计了GPS定位、图标显示及数据输出功能。在GPS定位前, 需要导入一张电子地图作为底图。该底图可利用已有的地形图或电子地图, 也可在线获取。当智能手机获取底图后, 通过手机内置的GPS和无线网络获取当前位置的基本信息, 然后将获取的位置信息与地图匹配, 最后通过系统设计的自动平移功能, 在地图上用图标显示当前所在位置。

在GPS定位中, 为保证系统的稳定性及健壮性, 防止在未开启GPS前程序运行的错误, 需先判断是否已开启GPS模块。若未开启, 该程序则跳至智能手机的GPS设置界面; 若已开启GPS, 该程序直接进入下一步。在ArcGIS for Android中进行GPS开发, 涉及3个核心类, 即LocationManager, LocationProvider和Location。详细实现过程如图4所示。

图4

Fig.4

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	图4 GPS模块流程图Fig.4 GPS modules flow diagram

系统实现了功能设计中常见的GPS功能, 成果见图5。将定位出的经纬度输入至Google Earth中, 在图5(c)中可判断其定位准确性。

图5

Fig.5

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	图5 GPS定位结果Fig.5 Results of GPS positioning

2.2.2 坐标转换

该模块主要实现了我国测绘行业常用西安80坐标系和北京54坐标系的转换。参考大地测量学中高斯正算方法^[10], 实现过程分2步进行:

1)获取定位的经纬度信息, 并将其传至坐标转换模块中;

2)通过高斯正算公式转换坐标, 为防止Y为负值, 需对Y轴原点向西平移500 km, 统一至我国坐标系统(X, Y)下, 计算结果如图6所示。

图6

Fig.6

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	图6 坐标转换结果Fig.6 Results of coordinate transformation

2.2.3 数据采集

根据实际需求, 系统设计了不同类型的采集方法:基于定位参考的点线面采集、人性化的操作点线面采集及特殊要素层的数据采集, 实现菜单如图7所示。

图7

Fig.7

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	图7 菜单工具及实现效果Fig.7 Menu tools and implementation effect

首先获取相应的地图服务, 然后采用GraphicsLayer方法实现手持端数据采集, 最后实现在线数据保存。其关键步骤有: ①监听屏幕点击事件; ②设置相关符号。其实现流程如图8所示, 部分空间数据采集成果见图9。

图8

Fig.8

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	图8 数据采集模块流程图Fig.8 Flow diagram of data acquisition module

图9

Fig.9

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	图9 空间数据采集成果图Fig.9 Result map of spatial data acquisition

2.2.4 数据保存与传输

由于智能手机自身存储能力较小, 本系统采用2种方式对采集的数据进行存储。一方面, 可采用Android系统中的输出流方式, 以文件模式将数据保存至SD卡中(图10); 另一方面, 由于野外采集的数据量非常大, 为节约3G手机内存, 还可对采集成

果进行基于URL网络的在线数据保存。

图10

Fig.10

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	图10 基于文件的数据存储Fig.10 Data storage based on the file

采用不同方式存储数据时, 智能手机内存(即本地SD卡)中也新建了一个数据缓存(如图11所示)。该数据可在SQLiteManager数据库中打开, 用于二次加载地图或数据编辑, 图12为打开数据显示的结果。

图11

Fig.11

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	图11 本地数据缓存Fig.11 Local data-caching

图12

Fig.12

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	图12 SQLite数据缓存解析Fig.12 SQLite data-caching analysis