智能化中药资源数据采集系统的设计与实现

孙成忠，陈国岭，张 锐，陈 澍，郭志勇，郝振国

(中国测绘科学研究院，北京100039)

一、引 言

进入21世纪，计算机技术、空间信息技术及网络技术进入快速发展时期，信息化建设在国家的各个领域正逐步加快，基于信息技术的智能化数据采集系统在我国资源调查中得到广泛应用［1］。中药资源作为我国战略资源，历史上开展了3次资源普查，但外业数据采集方式仍停留在传统的纸质记录方式，由于记录内容随意、记录格式不规范、野外使用不方便等将对所采集数据造成极大的人为误差;加上很多数据的重复性，导致野外手工记录工作量增加，大大影响野外工作的效率。而且以纸质的方式记录，结果不易保存，如果外业累计的纸质数据量增大，将对后期的内业整理工作增加相当的难度和复杂度，严重影响数据的使用。更进一步的是，获得的数据主要是文本和数字型的，缺少了重要的空间图形信息，这种传统的中药资源数据获取方式已经不能满足现代中药行业对空间信息的需要［2-4］。

3S技术是20世纪60年代兴起的一门新兴技术，主要包括全球卫星定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和遥感(RS)，在广义上也被称为“空间信息科学”。在中药资源外业调查工作中，不仅仅需要调查中药的属性信息，更重要的是获取中药资源的位置信息，通过手持接收机GPS，可以很方便地获取位置信息。因GIS固有的优势，中药资源野外数据获取和处理工作完全可以借助GIS技术来管理［5］。

本文基于GPS和GIS的技术特点，依据《第四次中药资源普查试点工作规范》，结合中药资源的特点，提出了一套符合中药资源外业调查智能化数据获取和处理的系统，期望解决目前中药数据获取和处理的技术难点，为中药资源外业数据获取和内业数据处理提出一套解决方案。

二、系统设计与实现

1．系统组成

中药资源外业调查不仅需调查中药资源相关的属性信息，而且还包括其空间位置信息。外业数据采集实现主要是在移动GPS终端上完成，采集好的数据经内业数据编辑系统编辑即完成整个数据采集工作。智能化中药资源数据采集系统包括了两部分:外业数据采集系统和内业数据处理系统。外业数据采集系统借助硬件平台手持GPS来进行，内业数据处理系统借助硬件平台PC机进行。如图1所示。

图1 系统组成

2．系统设计

智能化中药资源数据采集系统集成了GPS定位模块、嵌入式GIS软件、数据库系统，并根据实际需要开发了中药资源业务流的数据采集记录的软件系统。借助于GPS存储卡，调查底图以数字化的形式进行存储，并通过GIS模块进行显示［6］，因此无须再携带纸质的调查用图，大大提高了野外工作效率与工作强度。通过GPS模块与GIS模块的集成，调查人员可以实时了解自己当前的位置，并在GPS导航下快速到达样地，从而加快了调查速度。借助于调查记录软件，各种调查结果被现场记录在调查数据库中，通过内业简单整理，可以直接传输到台式机中，借助内业处理软件进一步处理，剔除或修改相关的数据，保证了数据的精确性。无须再次对数据进行录入和校验。通过内置的数据库系统，可以对调查样地的情况进行实时查询，避免了重复调查的问题［7］。

3．外业数据采集系统设计

外业数据采集系统(GCField v4．0)设计实现的功能主要有:

1)显示位置信息和采集的数据。

2)获取位置信息，填写相关的中药属性信息，并存入数据库。

3)植入中药名称数据库字典，植入基本的环境因子字典(地貌类型、土地利用类型、坡度、破位等)，方便用户操作。

4)软件使用要方便、快捷、稳定、省时、人性化。

4．内业数据处理系统设计

内业数据处理系统(GCTool v4．0)设计实现的功能主要有:

1)与外业采集的数据通信，无缝接合。

2)对外业采集的数据进行浏览;同时可以加载基础的地理信息数据，辅助浏览和领导决策。

3)对外业采集的数据进行校验、统计、报表输出。

4)对外业采集的数据进行修改，同时保持与外业采集的数据同步。

5)对数据进行输出。

6)软件使用要方便、快捷、稳定、人性化。

5．系统技术架构

智能化中药资源数据采集系统采用的是面向对象的二次开发技术进行设计，考虑多源、多尺度数据间的逻辑联系，顾及系统的功能需求、持续发展、维护管理与数据更新等方面的要求，结合计算机技术、GIS技术、软件工程技术，通过基于GIS组件的功能定制开发［7］，力求使系统总体设计满足中药资源数据采集、显示和管理的需要。结合地图综合工具，保证系统性能稳定、功能实用，使系统达到业务需求设计目标。系统的技术路线如图2所示。

图2 系统技术路线图

6．系统研发

(1)外业数据采集系统

外业数据采集系统研发是在手持GPS端实现。操作系统采用Windows Mobile 6．0，Windows Mobile 6．0构建于Windows CE 5．0，具有标准的微软操作系统界面，配以Windows Mobile 6 SDK开发包，即可实现嵌入式应用程序的快速开发，现已成为GPS主流操作平台［8］。手持GPS与PC机之间可以通过软件同步更新或通信。开发平台及软件框架集采用．NET Compact Framework 3．5、Windows Mobile 6 SDK，开发语言为C#。

(2)内业数据处理系统

内业数据处理软件研发采用Windows 7或更高版本的操作系统。借助开源控件，采用组件式二次开发技术，直接将GIS功能无缝集成到系统中。采用开源式组件开发一方面可以降低用户购买软件的成本，另一方面使系统开发人员专注于系统的功能，使系统更人性化、更易使用。开发语言为C#。

三、系统主要功能

根据外业数据采集业务需求分析，系统主要满足两个方面的业务需求:一是完成中药资源外业数据采集工作;二是完成内业数据处理工作。因此，系统在总体模块功能划分上分为两个系统:外业数据采集系统和内业数据处理系统，并根据不同的工作内容侧重，为每个系统设置了相应的功能模块。

1．外业数据采集系统主要功能

外业数据采集系统主要功能模块如图3所示。

图3 外业数据采集

(1)地图浏览功能

系统可加载基础地理信息数据作为辅助调查的图层，并协助定位。对加载的图层，可以进行放大、缩小、平移等操作。同时对采集的样方数据，也可以在地图上浏览，如4所示。

图4 地图浏览

(2)样方数据采集功能

样方数据采集是中药资源外业的主要工作，软件功能直接决定着外业工作的效率。在软件中这部分工作实现了下拉式菜单选项添加及现场填写结合的方式。过程是首先定位样方的中心点位置，并录入样方的相关属性信息，之后依次填写小方内的中药植物信息。样方采集的公用属性项提前植入到系统中，在提高野外工作效率的同时，也统一了数据格式，规范数据录入，为后期的数据处理、整理、统计等打好基础。样方采集功能模块如图5、图6所示。

(3)系统配置功能

系统配置主要是为了方便数据采集而设置的。采集之前，提前配置相关选项，如采集人、采集地、底图等，可以在采集时大大方便属性项的录入，减少重复项录入，提高工作效率，如图7所示。

图5 样方编号生成及属性信息录入

图6 小样方及采集植物录入

图7 属性项配置

2．内业数据处理系统主要功能

内业数据处理系统功能模块如图8所示。

(1)信息浏览功能

系统对样方内采集的中药植物名录按县、代表区域、样地等进行浏览，对采集的中药植物进行统计。

(2)样方数据浏览功能

对外业采集的数据，通过内业整理软件查看每一个样方信息。在浏览的同时，还可以对样方数据进行检索、编辑，对样方中小样方内的植物进行查看、检索和编辑。样方数据可以输出为Excel格式。

(3)样方统计功能

样方统计以县为单位，统计该县有多少个代表区域，每个代表区域有多少个样地，以及每个样地下有多少个样方。样方统计可以打印输出。

(4)报表输出功能

对外业采集的数据可以形成报表。报表类型包括代表区域报表、样方报表、药用植物数量报表等。

图8 内业数据处理

四、结束语

空间信息技术、计算机技术、通信技术和网络技术的发展，极大地促进了空间信息获取与应用相关学科的交叉和融合，空间信息技术应用服务范围正在不断扩大到与空间信息有关的各个领域。中药资源的信息化是中药资源现代化发展的需要，新的工作模式取代传统工作方式是技术进步的特征。基于GPS与GIS技术的智能化中药资源数据采集系统在实际应用中主要有几方面的优点:①规范中药外业调查数据，保证数据的统一性，减少人为误差;②加入空间信息，以图形管理属性，所见即所得，直观性强;③数据以图形挂接属性的方式存入GPS中，安全性更高;④减少野外工作量，提高工作效率;⑤为内业整理提供便利，数据统计的准确性、精确性更高;⑥内业整理好的数据可直接与国家数据库对接。

基于GPS与GIS技术的智能化中药资源数据采集系统已经获得了两项国家计算机软件著作权登记。此系统通过调查试点单位新疆维吾尔自治区与陕西省的使用证明，其实用可靠，外业与内业的工作模式实现了彻底改变，效率得到大大提高。

［1］ 尤淑撑，刘顺喜．GPS在土地变更调查中的应用研究［J］．测绘通报，2002(5):2-3．

［2］ 孙成忠，陈士林，赵润怀．地理信息系统与中药资源信息化建设［C］∥全国第9届天然药物资源学术研讨会．［S．l．］:［s．n．］，2010:88-93．

［3］ 李勤文，岳彩荣，李永和，等．基于移动GIS的森林资源野外信息采集与发布［J］．林业调查规划，2007，32(3):10-13．

［4］ 黄璐琦，陆建伟，郭兰萍，等．第四次全国中药资源普查方案设计与实施［J］．中国中药杂志，2013，38(5):625-631．

［5］ 王云波，王岩，王永．移动GIS在林业数据采集系统的应用［J］．吉林农业:学术版，2012(2):150．

［6］ 李德仁，郭炳轩，王密，等．基于GPS与GIS集成的车辆导航系统设计与实现［J］．武汉测绘科技大学学报，2000，25(3):209-211．

［7］ 张宝钢．时空数据的可视化表达研究［J］．北京测绘，2006(3):7-9．

［8］ 程新文，陈性义．手持式GPS定位精度研究［J］．测绘通报，2004(9):20-22．