基于移动GIS的地质数据采集系统的设计与实现中英文对照.docx
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基于移动GIS的地质数据采集系统的设计与实现中英文对照
本科毕业设计（论文）
中英文对照翻译
院（系部）资源环境学院
专业名称************
年级班级
学生姓名
指导老师
2013年6月12日
基于移动GIS的地质数据采集系统的设计与实现
陈华军，肖克炎
长江大学地球科学学院，中国，湖北
联系作者：
chjck@
摘要——针对目前野外地质数据采集的问题，本文将移动GIS技术应用到传统的地质数据采集中，并提供了一个新的数据采集方法的程序。
该系统使用了WindowsMobile技术和MapXMobile软件开发工具包，是建立在VC.NET平台上的新程序。
本系统可以实现移动终端的采集功能，包括采集、显示、查询、编辑等功能。
该系统提供了一个完整的地质领域数据采集的解决方案。
最后,本文对研究成果和存在的问题进行了总结,分析了未来的研究重点和发展前景。
关键词——地质数据采集；移动GIS；窗口移动；移动终端
1简介
野外地质数据的采集关键是地质学家。
主要目标是,原始数据的采集必须准确。
野外地质数据的数据量很大,多种多样,极大地受人为因素的影响，相比较而言更困难的是遥感数据和地图数据的信息化,所以几十年来野外地质数据收集一直保持手写的方式。
这种传统的方式变得越来越不适合信息时代的要求了。
传统上,采集人员使用纸质地图采集现场资料。
他们在地图集上画素描图并在记录薄上记录对应的属性信息。
带到办公室后,这些野外数据需要被数字化成电子文件或录入数据库。
通过记录表与原图形的反复比较来进行数据质量的检查。
显然,这样的空间数据采集带来了一些问题。
首先,工作流程太长,这影响了数据的更新周期和实时性；第二,过程太繁琐。
产生在每个环节的错误累加起来将大大降低数据收集的质量和准确性；第三,很难控制数据质量,这将导致质量问题；第四,频繁使用纸质地图和属性数据表不仅增加成本,也降低了数据服务生活的质量。
因此,探索一种新的方式来采集数据确实是一个十分紧急的事情。
移动GIS的出现将提供新的想法和计划解决这些问题。
移动GIS是建立在移动终端有限容量的条件下,提供移动、分布式和灵活的移动地理信息服务。
具体来说,移动GIS是基于嵌入式GIS并且集成了先进的GPS技术、GIS技术、移动通信技术、无线网络技术,以扩大和提高GIS空间信息收集、管理和分析的能力[1]。
一方面,移动GIS结合移动计算技术和无线通信技术,使基于位置的野外数据采集不受限于时间和空间,采集人员可以方便地进行现场实时数据采集、修改和提交；另一方面,移动GIS应用电子化操作来减少地图存储媒体的缺陷和许多其他方面的影响,如数字扫描的分辨率和向量化的准确性,所以GIS空间数据的质量和可用性将会改善。
相关技术的快速发展[2],移动GIS已广泛应用在这种实际工作中如矿物开发、维护、仪表读数、财产损失评估、现场调查、事故报告和调查、数据验证检查、电信服务、资产测试等等。
相关领域技术的发展,使得移动GIS已经扩大了它的应用领域,所以在GIS领域的移动GIS已成为一个热点和一个重要的研究方向。
GIS行业的领导者们积极参与到了移动GIS的研究和相关数据采集的终端产品和公共服务的市场投放上面。
世界领先的GIS供应商如ESRI、MapInfo、AutoDesk、鹰图和其他公司已经推出了自己的移动GIS平台或二次开发工具,并提供空间数据处理程序包括定位、导航、采集、分析等等。
例如,MapInfo公司通过MapXMobile、ESRI公司通过ArcPAD和ArcGIS的移动服务SDK,鹰图公司通过IntelliWhere、Autodesk公司通过AutodeskOnSite的“移动访问”建立自己的移动GIS解决方案[7]。
近年来,中国GIS软商品日益创新和成熟。
许多中国企业推出独立的GIS软件的移动设备,如:
通过北京超图信息技术有限公司的eSuperMap，中地公司的MAPGIS-EMS，北京慧图信息科技有限公司的PocketMap,武汉吉奥信息工程技术有限公司的GeoMobile,北京灵图软件技术有限公司的SmartInHand软件产品等等。
2研究理念和发展目标
野外地质数据采集系统是计算机辅助区域地质调查系统的一个重要组件，也是计算机在矿业领域的一个重要应用。
野外地质数据采集系统是结合旧的三个工具（地质锤、指南针、放大镜）和新的三个工具（笔记本电脑、GPS、数码相机）来实现多“S”集成（RS、GIS、GPS等）。
该系统可用于收集重要地质点、线和面信息和重要的地质现象并将采集的信息存储在计算机上。
野外地质数据采集系统主要收集和记录以下信息：
点信息：
点个数、点位置、点高程、点性质、点特征等；
线信息:
重要的地质边界如断层、不整合界线、断层数量、断层性质、断层方向、断层走向、两套地层边界等；
面信息：
侵入体的岩性、年代、岩石、深度等；
标本信息：
化石信息和照片信息：
输入、查询、检索和相关多媒体插图；
在研究领域野外地质数据采集系统采集地层、岩石（沉积岩、火成岩、变质岩）、构造及其他地质体并研究这些的基础地质问题如属性、形成环境、演变历史等为国土规划、矿产勘查、水文地质、工程地质、环境地质勘查、地质研究、地质教学等提供基础地质资料等。
通过分析我们可以发现野外地质工作关键在于点,因为两个地质线和面是由点构成的。
在实际工作,地质边界由多个地质点连接而成和地质体是由点和线构成的,所以点模型是野外地质数据采集系统的核心数据模型。
目前移动地质数据采集的研究主要集中在以下四个方面:
图1地质信息采集和工作流程
在移动GIS环境下研究野外地质数据采集工作流程:
应用现代移动设备和移动GIS技术改进了传统的人工记录的野外地质数据采集。
这也意味着一个改进传统工作流程的野外地质数据采集,使之更符合信息化要求的野外地质数据采集。
研究和改善的地质模型和数字地图数据模型:
研究的地质模型是系统设计的基础。
通过研究地质学家可以指导系统开发工作,指出采集什么样的地质信息。
数字地图数据模型是计算机通过移动GIS技术的应用实现地质领域的模型。
研究野外地质点空间数据和属性数据采集模型:
野外地质信息的采集存在着信息的问题。
野外地质点空间数据和属性数据采集模型正要解决这个问题。
一般来说,这些信息应该存储在一个数据库文件中。
其他方式也可以考虑,如描述性的文本和多媒体信息。
优化和设计一个基于PocketPC的输入接口:
在未来一个系统开发的成功与否及其应用价值与用户界面密切相关。
优化界面设计的目的是简化操作,使系统能够满足不同级别的用户的要求和更适合野外地质数据的采集[5]。
相关的需求分析和系统逻辑结构如上,具体的功能模块设计,如图2。
图2系统功能模块
1、数据管理模块
数据处理功能:
应用MapInfo组织需要采集的相关辅助信息,并对采集到的数据进行二次处理来满足不同客户的需求。
数据存储功能:
将采集到的数据进行存储和加工其他数据以满足现有的数据库结构。
所有的数据都存储在空间数据库里。
数据管理功能:
应用MapInfo相关产品来管理数据,同时提供系统安全性和优化性能。
2、数据采集模块
基本文档管理功能:
在应用程序的客户端打开数据,从而可以管理地图图层。
GIS的基本操作功能:
在地图应用的客户端执行基本操作,如放大、缩小、漫游等。
空间数据查询功能:
在GIS应用查询客户端提供一个通用的方法,包括几何拉框查询,、基于属性的查询和组合查询。
空间数据编辑功能:
在应用程序的客户端编辑数据,包括创建、删除、几何要素的编辑和节点的添加、删除、撤销,同时提高了编辑和修改属性数据结合查询的功能。
GPS移动定位功能:
在客户端确定采样点的空间坐标与GPS定位信息并提供现场导航服务。
3功能实现
按照上面的设计方案,野外地质数据采集系统的开发是在VC.NET2008环境下，在MapX的Mobile5.06平台上，结合微软WindowsMobile6.0。
系统功能模块的具体实现的描述如下。
3.1基本数据处理
一般来说,野外数据采集将参考一些相关的基本数据,如矢量化的行政地图,河流和山脉的地图,或相关专题地图和映射地图。
这些基本数据提供空间关系和属性信息所需采集的数据。
它们有利于数据采集人员控制数据采集的过程并提高数据采集的质量。
然而,当前采集设备,无论PPC或者台式电脑,容量和性能有很大的局限性。
此外,野外的操作环境比室内更加困难。
因此服务发布前,很有必要创建更有针对性的基本数据的采集实际操作来简化工作,提高数据采集的效率。
3.2客户端的实现
MapX移动是一个基于OLE的嵌入式GIS组件,它提供了一种简单、快速的方法将地图嵌入的手持应用程序中。
这个版本的产品支持WindowsMobile6.0操作系统和.NET的开发方法，允许开发者使用.NET的开发方法开发基于WindowsMobile移动应用程序。
没有无线连接,基于软件的MapXMobile可以单独在设备上运行并且可以兼容WindowsMobile的WindowsCE操作系统。
1、基本文档管理模块
系统基本文档管理模块对应文件菜单,主要执行基本空间数据加载和控制的管理,包括打开文件,建立新的图层,输出地图,创建项目、修改项目、关闭文件并退出系统。
MapxMobile在MapInfo格式表（Table）的基础上组织所有的基本信息。
每个表都是一组MapInfo文件,用于在地图上创建一个图层。
所有MapInfo表将有以下文件:
.tab：
这个文件描述了MapInfo的表结构。
这是一个小的文本文件描述文件包含数据的格式。
.dat（.mdb、.aid、.dbf）：
这些文件包含了表格数据。
.map：
这个文件描述了图形对象（如果表没有地图对象时将不存在）。
.Id：
这个文件是一个交叉引用文件,链接数据与对象（如果表没有地图对象时将不存在）。
.ind：
这是一个索引文件。
索引文件允许您使用对象查找功能搜索地图对象。
每个可映射的MapInfo表可以在一个地图上显示为一个层。
（1）打开文件:
这是所有操作的前提。
你必须先打开地图文件并将地图在显示图形窗口。
只有用这种方式你才能在地图上开始其他操作。
（2）创建新图层；
（3）创建新的专题地图；
（4）修改专题地图；
（5）关闭地图:
当你完成工作,你需要退出系统或使用其他映射文件,请关闭当前地图文件；
（6）退出。
2、GIS基本操作模块
GIS基本操作模块在系统中对应视图菜单,执行基本地图操作,如图层控制、显示设置、缩放、平移、中心显示等。
这些操作是原则是坐标变换。
在地图上显示的关键在于地理坐标和屏幕坐标之间的转换的实现。
缩放分层可以使图层的缩放级别属于一个预置的范围。
你可以对每一个层设置一个不同的缩放分层水平。
例如,如果你的地图包括街道图层,你会发现当用户放大的太过分时街道变得难以辨认了。
使用缩放分层,您可以设置您的地图,以便用户将视野放大显示面积大于5英里时MapX自动隐藏的街道。
一旦你设置缩放分层为一层时,无论你放大在最小还是最大缩放级别,该层都将显示在地图上。
你可以使用缩放工具或ZoomTo方法的映射对象来放大你的地图。
使用ZoomTo方法你可以指定一个缩放级别和x和y坐标到地图中心。
（1）图层控制
图层集是一个地图控制的属性和包含层内的对象。
通过MapInfo表创建的层的对象组成了地图。
每一层都包含不同的地图特征,如面、点、线或文本。
图层集有属性和用于执行操作的方法,如从图层集中添加和删除图层对象[8]。
图层集有几个方法,控制层是否在图层集内以及它们是如何显示的。
还有一个方法,可以允许用户调用图层控制对话框操纵一个层的方法和特性。
LayerDlg方法为用户提供对话框来添加层、删除图层、更改图层顺序、改变图层的属性。
如图3所示。
图3图层控制对话框
（2）显示设置:
设置图层的显示。
（3）放大:
放大:
放大地图；
缩小:
缩小地图；
平移:
拖动地图至重新居中；
中心:
点击地图使其重新居中；
关键代码:
Implementationfunction:
SetCurrentTool（）。
m_ctrlMapxSetCurrentTool（miＺoomOutTool）;
m_ctrlMapxSetCurrentTool（miＺoomlnTool）;
m_ctrlMapxSetCurrentTool（miPanTool）;
m_ctrlMapX.SetCurrentTool（miCenterTool）;
3、空间数据查询模块
空间数据查询模块对应系统的查询菜单,主要用于在地图上查找和分析各种信息。
通过对查询进行设置,在地图上找到所有匹配的对象并使其突出显示,用户可以有一个很好的观点来做决策[9]。
1）查询:
通过层或名称来搜索对象；
（2）信息显示:
点击对象时会显示其属性；
（3）测量距离:
测量两点之间的距离；
（4）测量面积:
测量多边形的面积；
（5）缓冲区分析:
根据设置分析缓冲区对象；
（6）选择工具:
点击并选择地图特征；
（7）半径选择:
拖动在半径范围内选择要素；
（8）多边形选择:
点击画一个多边形,选择多边形内的对象；
4、空间数据编辑模块
空间数据编辑模块对应系统中的编辑菜单,这是整个系统的核心。
我们可以使用这个模块完成数据采集,包括创建、删除、几何要素的编辑和添加、删除、撤销节点,同时结合结合查询功能编辑和修改属性数据。
（1）插入:
插入一个新的图层；
（2）设置样式:
设置地图的风格；
（3）添加点:
点击在插入的图层内添加一个点要素；
（4）添加线:
在插入层添加一个线要素；
（5）添加多边形：
在插入层添加一个多边形要素；
（6）编辑节点:
在插入层编辑节点；
（7）添加节点：
在选中的直线、折线、多边形上添加节点；
（8）移除:
取消选定的对象；
（9）删除:
删除选中的对象；
5、GPS移动定位模块
GPS移动定位模块是系统一个很重要的一部分,它是对应系统中的GPS菜单。
在本文中,我们采用在美国最广泛使用的GPS系统来定位。
在PDA中通过GPS定位模块，我们可以接收和提取信息,以便我们可以通过GIS地图数据发现用户的当前位置信息并向用户提供位置信息服务。
在WindowsMobile5.0中,微软给我们提供GPS中间驱动程序（GID）（GPS中间驱动程序层），来实现GPS和PDA之间的通信模式,。
我们可以使用新的GPS接口——GPS中间驱动程序层通过GPS接收器得到的位置和时间信息。
对于操作系统,GID是一个正常的驱动。
对于应用程序,GID作为中间件为用户提供访问GPS设备的接口。
在这个系统中,我们使用的GID接收GPS信号并提取关键信息。
与串口相比，GID在接收GPS信号和执行GPS功能模块主要有以下优点:
GID为应用程序提供了一个虚拟串行端口,允许多个应用程序同时访问相同的GPS装置；GID负责解析NMEAO183信息并具有很强的通用性；GID还为我们提供了一个友好的GPS接口,如GPSGetPosition[6]。
不论通过串行端口或GPS中间驱动程序层得到的GPS数据,都属于属于WGS84坐标（世界大地系统）,而在工程上使用的是国家坐标系统或独立的坐标系统。
因此,GPS定位结果在使用前需要转换。
通常有两个步骤:
首先,大地坐标的WGS84（L,B）被转换为高斯平面坐标（X84，Y84）对应于WGS84椭球体,然后做平面坐标转换,高斯平面坐标（X84,Y84）被强制转换为当地的平面坐标系统。
该模块包含以下重要功能:
（1）设置:
打开和关闭GPS
当你需要GPS的定位时,您可以打开GPS接收机接收GPS传输的信息。
同时GPS接收机可以显示GPS卫星状态和跟踪GPS卫星,以便采集人员可以确定收到GPS信号的强度,然后进行下一步的分析操作。
同样的,当你不再需要时,可以断开GPS接收机以减少硬件消耗。
（2）显示当前位置:
系统将会把当前的位置信息转换为地图坐标高亮显示在地图上。
（3）自动数据采集:
选择要采集的对象的类型后,用户可以启动GPS和接收在特定时间间隔的GPS定位信息，空间数据可以自动生成。
完成对象的信息采集后,系统会通知用户手动输入属性数据和开始下一个对象的采集工作。
当所有对象的信息被采集后,数据将被保存为一个文件,用户可以决定是否新将收集的数据作为一个新的背景图添加到图形窗口。
（4）手动数据采集:
用户可以手动在地图上添加、编辑各种点、线、面和文本并输入相应的属性信息。
图4、采集系统主界面
四结论
本文主要是基于移动GIS技术的“地质数据采集系统”原型设计和开发。
从系统开发的过程和实验来看,移动GIS技术应用到地质数据采集中似乎是可行的。
这个应用程序可以解决地质数据采集的问题,具有很好的前景。
通过研究、开发和应用的移动GIS基础地质数据采集系统,主要成果如下。
首先,应用嵌入式技术。
地理信息系统是嵌入在PDA、手持设备和行业领先的MapXMobile中作为移动终端开发工具。
实践证明,当流线型,MapXMobile需要更少的计算资源因此适用于嵌入式设备。
MapXMobile特点是速度快并可以运行在多种移动终端设备上,包括高端和低端。
该系统具有快速的数据处理能力,从而提高野外数据采集的质量和效率。
其次,系统集成了MapInfo的采集系统,能够满足企业级的需求,有效地提高野外数据采集团队工作的合作能力,减少一些采集过程和保存项目的成本。
然后,该系统结合了GIS、GPS、嵌入式技术和其他技术。
移动终端采集系统可以满足地质信息的采集、显示、查询、编辑等,可以为野外地质数据采集提供一个更完整的解决方案。
由于移动GIS是一门交叉学科发展，所以也存在一些问题。
首先，移动定位的问题。
将定位技术应用到移动GIS，不论卫星定位技术、无线网络定位技术或混合定位技术，都有自己的缺陷，特别是在在复杂的现场环境采集数据时。
目前还没有好的解决问题的办法。
其次，移动终端数据存储和硬件性能的问题。
目前在硬件上移动终端不如电脑性能。
性能和存储空间往往成为限制采集量的瓶颈。
地质信息有多源和数量使问题更加困难。
第三，数据传输的问题。
地质数据采集系统需要大量的地图数据。
许多采集环境都是在人烟稀少的地方，那里很贫困,甚至没有移动通信网络信号。
如何将采集到的数据通过无线网络实时的发送到数据库中也是一个大问题[7]。
目前世界上的移动GIS研究仍处于发展阶段。
尽管大量从事GIS研究的公司在做移动GIS的研究，但他们的应用程序仍然停留在传统的GIS行业，如数据采集、公共设施和车辆检验导航。
有各种原因导致了目前的状态，特别是技术限制和其潜在的应用没有被开发的限制。
即便如此我们可以预期嵌入式技术、无线通信技术、空间定位技术、移动数据存储技术的发展和强劲的市场需求，移动GIS技术将广泛应用于各行业，提供实时服务（4A服务），即提供服务在任何时间（anytime）在任何地方（（anywhere）对所有人（anybody）和任何事物（anything）[7]，将复杂的地理信息的充分利用。
参考文献
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TheDesignandImplementationoftheGeologicalData
AcquisitionSystemBasedonMobileGIS
HuajunChen*,KeyanXiao
SchoolofGeoscience
YangtzeUniversity
Hubei,China
*Correspondingauthor:
chjck@
Abstract—Aimingatthepresentgeologicalfielddatacollectionproblems,thepaperappliesthemobileGIStechnologytotheprocessoftraditionalgeologicaldataacquisitionandproposesanewcollectionprocessprograms.ThesystemwhichisintegratedbythenewprocessprogramsisdevelopedontheVC.NETplatform,usingWindowsMobiletechnologyandMapXMobilesoftwaredevelopmentkit.Thesystemachievesamobileterminalacquisitionsystemwhichconsistsofcollection,display,query,editionandotherfunctions.Thesystemprovidestheindustrywithacompletegeologicalfielddatacollectionsolution.Inthelastpart,thepapermakesaconclusionoftheresearchachievementsandtheproblemsandanalysestheprioritiesandprospectsforfutureresearch.
Keywords-geologicaldataacquisition;MobileGIS;WindowMobile;mobileterminal
I.INTRODUCTION
Geologicalfielddatacollectionisvitalforgeologists.Theprimaryobjectiveofdatacollectionisthattherawdatacollectedmustbeaccurate.Geologicalfielddataarealwaysnumerous,varied,greatlyaffectedbytheanthropogenicfactorsandmoredifficulttobeinformationizedcomparedwithremotesensingdataandmappingdata,
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