基于eSuperMap的自然地理实习数据采集与导航系统

李恒凯，刘小生，冯晓东

(江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州341000)

基于eSuperMap的自然地理实习数据采集与导航系统

李恒凯，刘小生，冯晓东

(江西理工大学建筑与测绘工程学院，江西赣州341000)

针对传统自然地理实习技术手段落后、效率低下、数据采集困难等问题，利用eSuperMap嵌入式开发技术，结合自然地理实习的实际情况，开发出运行于智能终端的自然地理实习数据采集与导航系统，为自然地理实习中的数据采集与导航提供有效的辅助手段。应用实践表明，该系统能够提高实习质量，具有应用推广价值。

GIS;自然地理实习;数据采集;导航

一、引 言

自然地理实习是高校地理学相关专业重要的实践环节，在培养学生解决实际问题和提高创新与实践能力的过程中起着积极作用。然而，由于实习经费、教学时间、实验性质等因素的制约，限制了野外实习在实践教学中作用的发挥。一些学者积极探索利用信息技术(如GIS)来建立地理实习辅助系统，以提高实习质量，并取得了一定效果。但由于这些系统均基于桌面系统开发，在实际实习应用中，携带不便，只能用于实习前和实习后的管理，而无法应用于实习过程中的数据采集与导航。随着近年来掌上电脑、智能手机、PDA等移动设备的飞速发展，加之嵌入式技术、GPS技术和无线通信技术的支撑，还有超图推出的基于移动设备的解决方案eSuperMap，使得利用移动设备扩展地理实习辅助功能具备了技术可行性，一些学者的基于移动GIS的其他应用研究也为此提供了可以借鉴的方法。因此，本文针对笔者所在院校庐山自然地理实习情况，将移动GIS引入实习系统中，利用eSuperMap平台，建立了自然地理实习的数据采集与导航系统，为庐山自然地理现场实习提供了有效的过程管理与辅助手段。

二、实习流程与功能开发

本系统需要重点解决以下几个问题:① 移动GIS支持下的自然地理实习流程设计;②实习过程中的数据采集，包括实习点数据采集及学生的实习表现数据采集;③实习过程中线路的实时导航及遇到突发事件的导航功能;④实习点信息的查询与周边兴趣点搜索浏览。

1.实习流程

本系统可以作为一个独立的系统运行于智能手机、PDA或掌上电脑等智能终端上，并可利用GIS桌面软件处理其数据库中的数据，该系统与桌面GIS软件采用离线的方式传递和更新数据。此外，本系统还可以作为某个自然地理实习系统的一个子系统，与实习系统的其他子系统相互配合。而其他子系统采用桌面开发或者WebGIS开发，运行于PC机上，主要完成实习前和实习后的管理工作，如最佳实习线路生成、实习点信息更新、实习名单导入、实习成绩管理等。本系统则运行于智能终端上，完成实习过程中的数据采集与导航。本系统与运行于PC机上的辅助系统可以通过在线或者离线的方式传递数据，考虑到野外自然地理实习通常在山区，无线信号较弱，多选择以离线方式传递数据。本系统实习流程如图1所示。

在图1中，实习前，首先根据实习的要求和目的，利用桌面GIS软件或者其他地理实习辅助软件确定若干条实习线路，并将实习线路保存在实习地理数据库中的实习线路图层中。同时，对实习线路中涉及的实习点信息根据实习要求进行补充和完善，导入实习名单，确定住地，并将这些信息保存到该系统的实习地理数据库中。实习过程中，系统运行于智能终端上，调用之前保存到实习地理数据库中的数据，完成导航和数据采集功能。其中，数据采集主要包括实习点数据采集和学生考勤数据采集，实习点数据采集可以采集实现点现场的照片及相关信息;学生考勤数据则主要是教师根据每个实习点学生实习情况对学生表现进行评价，以便给出学生平时成绩，这些信息都保存在智能终端上，以离线或在线方式传输到地理数据库中。实习后，主要是对采集到的数据进行整理，并针对学生在各个实习点的表现，根据一定的评分标准给出学生平时成绩，以实现实习中的过程管理。

图1 实习流程图

2.数据组织

本系统使用的数据统一采用eSuperMap的嵌入式数据格式，数据源的格式是PM2，该格式支持编辑，工作空间的格式则是PMW。在PM2数据源里面主要包括3个方面的数据:

1)庐山的基础地理数据，包括一些河流、湖泊、岛屿、建筑物、景点、宾馆、医院等地物的空间信息和地理实习相关的属性信息。

2)利用道路网和实习路线建立的网络数据集，可以用来进行路径分析。

3)建立的实习点和实习路线数据。实习点存储在实习点图层上，其部分属性信息如表1所示，实习路线数据存储在实习路线图层上。

所有的数据均可以利用超图桌面软件或者相关的实习辅助系统进行处理，可通过超图提供的转换工具，将SDB格式的数据转换成PM2的格式，然后在eSuperMap Viewer里面新建一个工作空间，将PM2数据源加载进去，生成地图。

表1 实习点信息表

3.功能设计

结合图1实习过程中所需要完成的任务需求，确定系统的主要功能为:

(1)GPS定位功能

当前位置是由通过集成在智能终端的GPS接收装置获取 GPS信号，并由系统软件通过调用eSuperMap的GPS类库对其信号进行解析而获得的。GPS接收的NMEA格式数据为WGS-84坐标系下的大地坐标，智能设备的电子地图通常使用的是直角坐标系。因此，在不考虑高程参与转换的前提下，通过坐标转换实现坐标系的统一。通过获取GPS的位置信息，得到的经纬度是WGS-84坐标系的，而地图使用的是普通平面坐标系，所以要先转换坐标系，新建一个点，将点的坐标设置成转换后的坐标，然后添加到跟踪层，控制它闪烁，从而实现定位。

(2)实习点数据采集、存储、编辑

可以通过GPS定位功能，获取当前地理位置，然后采集当前实习点的图片及相关属性信息，把属性信息录入智能终端并存储。eSuperMap提供两种数据存储格式，即PMF和PMR。PM2是PMF文件的第二代数据文件，它将工作环境信息记录在工作空间中，然后再通过工作空间实现数据源、地图和资源的管理;PMR在数据的组织方面适合只读方式使用。本系统中采用PM2对实习点数据进行存储，实习点的编辑包括添加一个新的实习点信息和对已有实习点信息进行修改。

(3)路径分析功能

PathAnalyst是eSuperMap中路径分析的基类，它实现了路径分析的基本方法，可以进行最短路径分析。在具体的工程项目中，可以从PathAnalyst派生出一个自定义路径分析类，然后在该方法中根据具体的规则求出记录集中当前记录的正向距离和反向距离，即可模拟道路真实状况，或者根据具体的需要设定最优分析的属性字段和权重规则，以完成最优路径分析。

(4)GPS导航功能

PathNavigator是eSuperMap中自导航类，它提供了在行进中的自导航功能，可在路径分析的基础上，按指定路径行进过程中，判断GPS点与路径和路径上节点的关系，并根据当前位置给出恰当的提示。对GPS的误差问题，它还可以自动纠正，使行动目标不偏离道路。

(5)实习人员考勤

在实习过程中每个环节都需要记录实习人员的出勤，以及在每个实习点的表现，还有回答问题时的情况等，并由此给出实习人员的平时成绩。

4.系统实现

根据以上功能设计，以超图公司的eSuperMap作为GIS软件平台，以C#2008作为编程语言，以庐山地理实习数据为例，对系统进行了编程实现，开发了基于eSuperMap的庐山自然地理实习数据采集与导航系统，系统实现主界面如图2所示。

图2 系统主界面

三、系统应用实践

为了验证系统的实用性，将本系统应用于2011年我校某专业庐山自然地理实习中。

1)实习前，利用超图桌面软件对实习数据进行整理，确定出几条实习线路，然后通过超图的转换工具将桌面软件的SDB数据格式转换成PM2数据格式，并将数据导入智能设备中。

2)实习过程中，开启GPS导航功能，按照确定的实习线路进行自主导航，以确保任何时候都不至于迷路。到达实习点后，实习教师利用系统提供的考勤功能对学生进行点名，实习学生对该实习点进行信息查询，了解实习点相关情况及实习任务和实习注意事项，完成实习要求，同时可以对实习点进行数据采集。实习点信息查询与采集界面如图3、图4所示。

图3 实习点管理界面

图4 实习点的采集

在实习过程中，如果遇到道路损坏、实习点破坏、恶劣天气等意外而临时改变实习路线的情况，可以通过系统提供的周边兴趣点搜索功能，搜索周边感兴趣的实习点，并进行最佳路径分析与实时导航。

3)完成实习后，将实习点数据和人员考勤表的文件导入电脑，利用桌面软件进行查看。对每年的各实习点数据都进行存储，从而可得到每个实习点多年来的时序数据，并可作为地理变化研究的依据。人员出勤表则可作为此次实习的评分标准，方便老师给定平时成绩。

四、结束语

长期以来，自然地理实习存在资料缺乏、实习手段落后、效率低下等问题。本系统结合笔者所在院校庐山实习的实际情况，利用eSuperMap嵌入式开发技术，开发了庐山自然地理实习数据采集与导航系统，为自然地理的野外实习探索了新的技术手段。本系统可运行于智能终端，携带方便、可操作性强，不仅提供实习过程中的导航、数据采集、实习点信息查询浏览等服务，还能提供全程的学生实习监控管理，从而实现了实习中的过程控制，保证了实习质量。应用实践表明，本系统具有很强的实用性，具有应用推广价值。

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Data Acquisition and Navigation System of Physical Geography Practice Based on eSuperMap

LI Hengkai，LIU Xiaosheng，FENG Xiaodong

0494-0911(2012)06-0068-03

P208

B

2011-06-30

国家自然科学基金(41061041);江西省教育厅科技研究项目(GJJ11472)

李恒凯(1980—)，男，湖北孝感人，讲师，主要从事地理信息的开发应用工作。