基于Windows Mobile的森林资源连续清查软件研发

曹健 ，卢云辉，余晓波

(1.大连市勘察测绘研究院有限公司，辽宁 大连 116061; 2.宜昌市测绘大队，湖北 宜昌 443000)

1 背 景

森林资源连续清查是以掌握宏观森林资源现状及动态为目的，以省(区、市)为单位，以抽样理论为基础，利用固定样地为主进行定期复查的森林资源调查［1］。传统的调查模式工作量大，很多调查因子都需要手工计算，调查效率低;个别不负责任的调查人员根本不到实地，编造数据，造成调查成果的质量低。随着我国森林资源连续清查体系的日臻完善，调查内容不断丰富，对野外数据采集的效率和准确性提出了更高要求，如何能使野外数据采集更加省时省力，提高野外数据采集质量和技术水平，减轻野外调查人员和计算机操作人员的劳动强度已成为林业信息技术领域的研究热点。无纸化外业数据采集成为一种发展趋势，将PDA 与地理信息系统、全球定位系统等技术集成的森林资源数据采集系统已经在国内外广泛应用［2］。

但是由于硬件本身的限制，现有的移动采集软件也存在一些问题:移动采集设备内存小，CPU 处理能力弱。在森林资源连续清查中，当数据量大时会明显降低移动采集设备的反应速度，甚至有死机情况出现，造成未备份的数据全部丢失的现象［2～4］。

基于此，我们在Windows Mobile 平台下，利用C#开发了一套森林资源连续清查软件，解决了传统调查模式中存在的数据采集精度和效率低、调查成果质量低的问题;采取措施提高移动采集软件的效率和保证数据的安全性，解决了移动设备硬件配置低带来的问题，实现了从外业数据采集到内业数据汇总的一体化解决方案。

2 系统开发环境及平台选择

微软公司的桌面操作系统在全世界范围内占据主流，其研制的移动操作系统Windows CE ．Net 在嵌入式操作系统领域也占有一席之地，是一款比较成熟稳定的解决方案，Windows Mobile 6.0 采用了Windows CE ．Net 的内核。

鉴于某些Windows Mobile 设备硬件配置的原因，本软件没有选择占用内存比较高的Microsoft SQL Server for Mobile Edition 和DataGrid 进行数据的存储和数据的展示，以提高运行的效率，如表1所示。

表1 系统开发环境及平台列表

3 软件设计

3.1 架构设计

森林资源连续清查软件采用3 层架构设计(3 －tier architecture)，将整个业务应用划分为:表现层(UI)、业务逻辑层(BLL)、数据访问层(DAL)层，以达到程序维护的简单性、程序运行的高效性的目的，如图1所示。

图1 软件逻辑架构图

3.2 系统功能设计

根据森林资源连续清查软件的需求，本软件包含3 大主要功能模块:GPS 导航模块、数据采集模块、数据管理模块。

GPS 导航模块主要根据调查人员设定的样地中心点的坐标，由野外采集设备进行导航，便于调查人员快速、准确的找到调查的样地。数据采集模块主要包括样地和样木各种调查因子的采集，由调查人员直接在野外采集设备上填写，并且一般由用户进行选择，减少出现手误的几率，并提高工作效率。数据管理模块主要包括数据的逻辑关系检查、某些调查因子(如平均胸径等)的自动计算以及数据汇总统计等，如图2所示。

图2 系统功能设计

3.3 数据表设计

森林资源连续清查软件调查项较多，在此不再赘述，具体参照《国家森林资源连续清查技术规定》及补充规定，第八次全国森林资源连续清查(内蒙古大兴安岭林区第七次清查)操作细则［7，8］。

4 关键技术

4.1 GPS 定位实时坐标转换技术

GPS 技术已经成熟地应用于各行各业，如野外数据采集、导航等领域。本软件调用移动终端中的内置的GPS 模块，获得点的WGS84 坐标，利用该区域的已知或者解算求得的坐标转换三参数或者七参数［6］，通过开发坐标转换模块实时转换成调查需要的坐标系下(如西安80 坐标系，北京54 坐标系)的三维坐标。利用7 参数:3 个轴的旋转角(rx，ry，rz)、3 个坐标增量(△X，△Y，△Z)和1 个尺度因子(s)，将在WGS84 坐标按照以下公式进行坐标转换，即可求得在新坐标系统下的坐标，七参数坐标转换公式如下:

4.2 序列化及反序列化技术

前面我们提到，由于Windows Mobile 移动终端的硬件配置问题，为了提高软件的运行效率，该软件没有采用占用内存比较高的Microsoft SQL Server for Mobile Edition，而是采用可扩展标记语言(XML)来进行数据存储。

XML 是指用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。其简单使其易于在任何应用程序中读写数据。

序列化是将对象状态转换为可保持或传输的格式的过程。与序列化相对的是反序列化，它将流转换为对象。这两个过程结合起来，可以轻松地存储和传输数据。

5 软件开发

根据《森林资源连续清查软件需求分析说明书》及《森林资源连续清查软件设计说明书》，进行软件的开发，图3～图6为软件的部分界面截图:

图3 样地因子调查记录1

图4 样地因子调查记录2

图5 样木检尺记录

图6 样木位置示意图

5.1 GPS 导航

本软件利用GPS 定位模块，利用该地的七参数或者三参数，通过GPS 坐标转换模块进行导航，完成样地的查找与定位。森林资源连续清查每5年调查一次，各个固定样地都在前期设置有固定标志并记录有样地中心桩的地理坐标，软件能根据上期样地中心桩的地理坐标进行导航，为调查人员寻找样地提供了很大地方便。

5.2 野外数据采集

〛根据软件设计，数据存储采用XML 文件。调查人员主要采用下拉式列表点击录入，实现各项调查因子的快速选择、输入和实时计算，防止数据采集时的缺漏情况出现，在移动采集设备上完成各项调查。填写调查因子后，软件通过序列化及反序列化来存储和传输数据，将调查因子存储到XML 数据文件中，来完成野外数据的采集。

在采集样地中心点坐标时，由设备直接定位并存储样地中心点坐标，用户不能进行修改，从而大大减小编造数据的可能性，进而提高调查人员的责任心。

5.3 数据双备份

在该软件中，实行数据双备份机制，数据将同时保存在机身内存和SD 卡中。野外采集的数据如果发生丢失或者损坏，将会产生灾难性的后果，因此数据的安全性就显得极为重要。数据双备份，保证数据的安全性，避免出现返工的问题。

5.4 数据计算及逻辑检查

森林资源连续清查软件中有些调查因子是调查员录入的，如树高、胸径、样地类别等;而有些因子是软件根据某些因子自动填写的，如平均胸径是根据优势树种、样木的胸径等调查因子求得。在该软件中自动计算这些因子，不需要调查员计算输入，减小调查人员的工作量和出错的几率。

森林资源连续清查的调查因子众多，在数据录入时难免填写错误。各因子之间相互联系相互影响，很多因子都受其他因子的影响和制约，还有一些因子是必须填写或是有限制的，但在实际中也可能疏漏或填错。因此，软件根据这些逻辑关系进行调查数据的验证和逻辑检查，在出现这些错误时能够及时给调查人员提示，保证了调查成果的质量。

软件根据文献［1］、文献［5］、文献［7］、文献［8］中规定的各因子的逻辑关系，自动计算不需要调查人员计算的调查因子，进行逻辑关系检查。

5.5 数据汇总

在Visual Studio 中，利用C#开发语言，开发C/S数据汇总客户端，读取所有的XML 格式的野外采集数据，完成外业采集的数据的汇总。调查成果可以保存为多种主流数据格式，如Access(．mdb)、Excel(．xls)及一些关系型数据库格式等，便于下一步的统计分析。

6 结 论

(1)笔者针对传统森林资源调查模式以及当前利用移动采集设备进行数据采集的过程中存在的一些问题，在Visual Studio 中，基于Windows Mobile 平台开发了一套森林资源连续清查软件。该软件解决了传统调查模式中存在的数据采集效率低、调查成果质量低的问题;该软件通过XML 文件通过序列化和反序列化技术进行数据读写和数据存储，在一定程度上解决了移动设备配置较低引起的现有调查软件处理效率低的问题。

(2)该软件已在内蒙古大兴安岭林区成功应用，在野外数据采集、内业汇总等方面，减轻了工作量，提高了工作效率和成果质量，取得了很好的效果。

［1］林资发(2004)25 号．国家森林资源连续清查技术规定［R］．2004．

［2］陈兴钢，兆刚，刘盛．浅谈PDA 在林业一类清查中的应用［J］．中国高新技术企业，2009 (21):55 ～56．

［3］任方喜，吴可，王森林．PDA 在山东省森林资源连续清查中的应用［J］．山东林业科技，2012(3):88 ～89．

［4］吴国欣，邓成，李春等．PDA 掌上电脑在广西森林资源一类调查中的应用［J］．林业调查规划，2011(1):5 ～7．

［5］第八次全国森林资源连续清查(内蒙古大兴安岭林区第七次清查)操作细则［R］．2013．

［6］曹健，王晏彬，卢云辉．基于七参数的AutoCAD 数据坐标系统转换方案研究［J］．城市勘测2012(5):109 ～111．

［7］第八次全国森林资源连续清查内蒙古自治区工作方案与技术方案［R］．2012．

［8］第八次全国森林资源连续清查内蒙古大兴安岭林区工作方案与技术方案［R］．2012．