Mobile GIS技术在灾害数据采集中的应用＊

徐锡珍

1）成都理工大学信息工程学院，成都 610059

2）北京大学数字中国研究院，北京 100871

Mobile GIS技术在灾害数据采集中的应用＊

徐锡珍1，2）

1）成都理工大学信息工程学院，成都 610059

2）北京大学数字中国研究院，北京 100871

以Mobile GIS相关关键技术为基础，在Windows Mobile 5.0系统下设计开发了“应急通”灾害数据采集软件。采集数据包括文字、图片、音频、视频、xml表单。系统通过通讯网络及时向后台服务器发回所采集的数据，满足基本灾害数据采集需求，能够为灾害应急管理提供决策支持。

Mobile GIS；Windows Mobile；灾害；应急

引言

近年来全球自然灾害频发。2004年的印度洋海啸、2005年的“卡特里娜”飓风、2007年南亚多国特大洪灾、2008年中国汶川地震、2010年的海地地震，以及刚刚于2011年3月11日发生的日本9级大地震及其引发的海啸和核电站大范围核泄漏事故，所有这些灾害无不给人们生命、财产造成巨大损失。

我国近年来也发生了多起重大自然灾害，如2008年大雪灾、汶川大地震、2010年的西南干旱、青海玉树地震、全国多地洪涝灾害、甘肃舟曲等多地的泥石流灾害等。除自然灾害外，多种人为因素引起的灾害也极大威胁着我们生存的环境，如福建紫金矿业污染事件、大连输油管爆炸事件等。

频发灾害事件的应急管理对灾害数据采集提出了更多更高的要求，如要求采集数据及时、准确、附带地理位置信息并能实时传输回后台指挥中心等。移动地理信息系统（Mobile GIS）技术［1］综合运用了GPS的精确定位技术、便携移动设备（如Pocket PC、智能手机）、移动通讯技术和GIS的空间信息处理能力，使得系统能够实时地获取、存储、处理、分析和显示地理相关信息。基于Mobile GIS技术的灾害数据采集能够快速采集灾情数据，为灾害应急管理提供第一手数据资料，支持决策。

1 灾害数据采集需求

灾害是指给人类和人类赖以生存的环境造成破坏性影响的事物的总称，根据灾害发生的原因不同可分为自然灾害和人为灾害。自然灾害又可分为地震、滑坡、旱灾、洪涝灾害、农作物生物灾害、森林生物灾害、海洋灾害、气象灾害等［2］。灾害信息需要采集的一些共性资料包括：灾害类型、受灾地点和区域、受灾人数以及灾害发生时间等。

但各种自然或者人为灾害，其对应灾害应急管理需要采集的数据也各有不同的要求。如地震后灾害数据采集要求采集房屋倒塌情况、人员伤亡情况，而旱涝灾害需要采集水源情况、饮水措施等。以往某种特定的灾害数据采集终端或终端软件只能适用于一种或几种设计的灾害类型数据采集［3－4］，不能使用于或者不能快速方便地修改以适用于其他灾害情况。各级应急管理部门、民政救灾部门，急切需要一种能适用于多种灾害情况的移动终端采集软件。

2 Mobile GIS相关关键技术

2.1 嵌入式操作系统［5］

嵌入式操作系统的发展很快。近年来随着智能手机的普及，人们对嵌入式操作系统的了解也越来越深入。其中微软公司的Windows Mobile系统、诺基亚公司的Symbian系统、苹果公司的iOS系统、Google公司的Android系统以及加拿大RIM公司的Blackberry OS系统是比较流行的为民众所熟知的嵌入式系统。以下列举几种适合开发Mobile GIS软件的嵌入式操作系统。

嵌入式Linux系统，是将开源Linux操作系统进行适当裁剪，适用于嵌入式设备的一种开源操作系统。

OpenMoKo系统［6］，是一个开源的移动通讯平台，它支持AGPS、触屏和GSM数据传输等技术。

Windows CE系统，是微软公司嵌入式、移动计算平台的基础，采用授权许可给OEM商，OEM商可适当修改、创建第三方应用的形式进行开发。

本文中论述的试验系统采用的是Windows Mobile 5.0操作系统，是一款基于Windows CE 5.0内核的适用于智能手机的操作系统。

2.2 嵌入式GIS核心

嵌入式GIS核心是实现Mobile GIS应用的核心。我国目前在应用的主要商业应用软件有：超图公司的eSuperMap和ESRI公司的ArcPad。嵌入式GIS核心提供了移动端GIS二次开发的必要功能组件，是一个GIS基本功能操作的移动端核心库。

本文中论述的“应急通”终端软件试验系统并未采用上述商业软件，而是采用实验小组研发的GIS核心底库作为基础。自主开发的GIS核心库主要实现的功能有矢量格式地图加载（目前实现shp格式数据加载，正在研发兼容其它数据格式）、数据图层管理（图层加载、删减、是否可视可修改等操作）以及工作空间管理等。图1所示为“应急通”终端软件GIS核心类框架图。

图1 GIS核心类框架图

2.3 移动通讯技术

移动通讯技术的发展经历了第一代模拟式技术、第二代数字式技术，目前正迈入第三代移动通讯技术，支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，国际电联称之为“IMT—2000”［7］，而民众和媒体则大都笼统地称之为“3G”。目前第三代移动通讯技术存在的4种标准分别是CDMA2000、WCDMA、TD－SCDMA、WiMAX。综合考虑了多种通讯技术在应用面、传输速率、开发技术难度等情况后，本文论述的“应急通”终端软件试验系统暂未采用第三代移动通讯技术，而是采用了目前相对技术最成熟、应用最广泛的第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间的通用无线分组服务技术（GPRS，常被描述为2.5G）作为数据传输的通道，并对需要传输的较大数据量的文件进行了分包形式的处理。

随着第三代移动通讯技术的发展，其数据传输速率将达到兆/秒级别，将有效支持目前的语音通话及多媒体数据传输，应用于灾害数据采集软件将极大提高数据传输的速率及时效性，实现大型矢量栅格图像数据传输等功能。

2.4 定位技术

基于移动通讯网络的定位技术主要有：Cell－ID定位技术、基于到达角（AOA）定位技术、基于到达时间（TOA）的定位技术、基于到达时间差（TDOA）的定位技术、基于增强观测时间差（E－OTD）定位技术以及AGPS定位技术［8］。

卫星定位具有不基于移动网络的自定位功能，只要求移动设备终端集成卫星定位模块。目前的全球导航卫星系统GNSS（Global Navigation Satellite System）包括有美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的Galileo系统以及中国的北斗（Compass）系统，它是一个综合的卫星星座系统。其中由于GPS系统技术成熟、发展最早、性能稳定以及价格等因素而得到最普遍的应用。综合考虑各种定位技术的开发难度、经济成本等因素，本文论述的“应急通”终端软件试验系统采用了GPS定位技术，以智能手机自带GPS模块为基础，利用Windows Mobile 5.0SDK提供的GPSID接口来调用GPS数据。

3 系统设计与实现

3.1 系统体系设计

整个“应急通”终端软件试验系统设计为3层：基础层、功能层和应用层。基础层主要包括GIS核心、GPS功能、系统设置、通讯管理等模块。功能层主要包括图层控制、数据管理、文本、图片、音频、视频、xml表单数据采集等模块。应用层包括任务管理、用户界面、系统管理等模块。图2描述了系统的主要功能及整个菜单操作流程。

3.2 数据采集模块设计

在“应急通”终端软件系统中可以采集的数据包括：表单、文本、图片、音频、视频，分别用NavTable、NavText、NavPhoto、NavRecord、NavVideo来表示（如表1所示）。这些数据类型具有两个公共的属性：GPS位置和系统时间，它记录了数据在被采集时的空间和时间信息。

采用用户自定义xml表单形式，允许用户根据采集内容在服务器端定制各种表单模板，导入终端软件后，在实际数据采集中依此模板快速采集所需数据，以适用于多种灾害数据的不同采集需求。

3.3 系统实现效果

北京大学数字中国研究院实验小组依据以上设计框架设计开发了“应急通”终端软件试验系统。该系统主要应用于灾害数据的野外移动采集与上报，能够很好地适用于地震、干旱、洪涝等灾害灾情数据采集。图3所示为系统数据采集界面，模拟了西南某地发生旱灾后的灾区现场信息采集调查。

图2 系统菜单操作流程

表1 “应急通”软件的数据类型

4 结语和建议

基于Mobile GIS技术，尝试设计了一种Windows Mobile系统下的灾情数据采集终端软件，实现包括文本、图片、音频、xml表单等多种格式的灾害数据采集，并且基于自定义xml表单数据，可实现多种灾害类型的数据采集要求。

数据的发送方式暂时采用了GPRS技术，基本满足传输速率要求。目前3G应用发展很快，结合应用3G网络提高数据传输速率将更有利于灾害数据采集，并可实现大数据量的视频或栅格影像传输。

大型灾害往往带来极大的破坏性，很可能造成灾区各种管网设施的瘫痪，包括供水管网、供电管网以及有线、无线通讯网络。在汶川地震中就暴露了这方面问题。我国的北斗卫星短报文系统在当时发挥了很好的作用，灾害数据采集终端的开发若能集成类似卫星通讯功能，将在大灾大难后起到关键性作用。

图3 系统数据采集界面

GNSS卫星定位技术和基于移动通讯网络的定位技术迅速发展，而且也出现了一些集成定位技术的定位模块，定位精度、效果要比单一技术形式更加优化和可靠。当然这样也可能造成定位模块经济成本高、体积增大等情况，需要综合考虑各方面需求权衡。但集成多种定位技术的发展必定会帮助移动灾害数据采集终端实现更加精确、稳定的定位效果。

本试验系统出于试验目的所用终端为普通的Windows Mobile智能手机，实际灾害数据采集终端应该经过特别设计，在硬件方面要满足防水、抗摔等要求，才更适用于野外条件。

（作者电子信箱，徐锡珍：xuxizhen＠gmail.com）

［1］张海涛.移动GIS的地理空间信息分发和可视化.计算机工程与应用，2010，46（3）：67－68

［2］马宗晋.自然灾害与减灾600问答.北京：地震出版社，1990

［3］余丰华，夏跃珍，杨克红，等.移动GIS技术在地质灾害数据采集领域的应用研究.中国地质灾害与防治学报，2006，17（2）：102－106

［4］吴雨光，何琳.Mobile GIS在林火应急管理系统中的应用研究.林业调查规划，2010，35（3）：15－18

［5］Mobile Solutions［EB/OL］.http：∥wiki.osgeo.org/wiki/Mobile＿Solutions

［6］Openmoko［EB/OL］.http：∥www.openmoko.com

［7］曹淑敏.IMT－2000技术与标准化动向.世界电信，1999，12（4）：20－24

［8］董振宁.无线移动位置服务平台的构架与应用.地理信息世界，2003，1（3）：19－23

Application of Mobile GIS technology to disaster data collection

Xu Xizhen1，2）
1）College of Information Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China
2）Institute of Digital China，Peking University，Beijing 100871，China

The“Navtong”disaster data collection software is designed and developed in Windows Mobile 5.0system，based on the related technologies of Mobile GIS.The collected data include texts，images，audio data，videos and xml forms.The system uses communication networks to send back the collected data to the server.It can basically meet the needs of disaster data collection and provide supports for disaster and emergency management decision－making.

Mobile GIS；Windows Mobile；disaster；emergenc y

PX4，TP319；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.05.008

2011－03－29；

2011－04－13。