森林资源二类调查是以县级行政区域为调查单位, 以满足森林经营、编制森林经营方案、总体设计、林业区划与规划设计需要而进行的森林资源清查。通过二类调查, 把主要森林资源数据和各类土地面积按小班落实到山头地块, 以便建立森林资源档案、搞好资源管理、进行合理经营、实现永续利用, 为制定林业方针政策、编制发展规划、落实森林经营措施等提供较为可靠的依据¹⁾。

1) 北京市林业勘察设计院.2004.北京市森林资源规划设计调查操作技术细则

采用手工作业进行野外数据调查和更新存在以下问题(许等平, 2005; 聂祥永等, 2002): 1)野外画草图的精度不高, 如果对地形不了解, 很难进行位置的确认; 2)野外人工卡片填写工作量较大, 很不方便; 3)对调查数据的完整性和调查因子之间的逻辑错误等问题得不到有效控制和及时解决; 4)室内数据录入可能出现错误; 5)批量数据录入工作量大, 时间长; 6)不同人员、不同地域小班调绘, 往往会出现边界重叠或缝隙。

基于此, 需要寻找一种新的方法或技术来代替传统的手工作业方式, 这种技术不仅要能够减轻劳动量, 而且要能提高效率, 经济上也要可行。嵌入式GIS在其他行业的成功应用(冯宝红等, 2003)为林业二类清查提供了思路和借鉴, 本文即从这方面进行探讨和研究。

1 系统设计 1.1 系统用户需求调研

二类调查一般要充分利用上期调查成果和小班经营档案, 以提高小班调查精度和效率, 保持调查的连续性。从2方面入手:一方面调查空间数据如居民点、小班界线的变动状况等信息的采集; 另一方面要进行小班调查因子记载、林网、四旁树调查以及散生木调查等。

结合嵌入式GIS应用的一些特点, 提出基于嵌入式GIS二类调查的用户需求:能够实现林业二类点、线、面空间数据的采集; 能够实现与上述点线面相对应的属性数据的采集; 能对地图数据进行管理和简单操作; 能够实现用数据库来记录小班的各个调查因子; 能通过GPS对所调查地区进行定位和导航。

1.2 系统的总体架构

本系统包括基于移动端的“二类数据调查系统”和桌面端“森林资源管理系统”2大块, 以二类调查数据为纽带, 相互支持, 从而完成数据的采集和更新。系统的总体框架如图 1所示。

1.3 系统的功能设计

功能模块是二类调查系统功能的执行单元, 彼此之间相对独立。通过对林业二类调查数据的流程和用户的需求分析, 设计出了系统的功能结构, 如图 2所示。

1.4 系统运行环境

系统运行的硬件环境掌控着嵌入式系统的强大功能如运算能力、存储功能、扩充功能等, 一个好的嵌入式GIS系统都需要事先完整的硬件规划才可能具备达到所需的功能条件。对于运行系统的设备而言, 可以添加SD存储卡, 将数据存储到卡中, 但相对于SD卡而言, 地图数据还是比较大的, 须考虑矢量数据的组织问题。

在本系统中, 运行环境配置如下: 1)硬件环境: HP2210 PDA, CF卡式GPS, SD存储卡; 2)操作系统: WinCE; 3)运行程序: ArcPad。

2 基于ArcPad的功能开发 2.1 系统界面的开发

根据界面设计要求, 在ArcPad Studio中创建存储为ArcPad XML格式的ArcPad.apx文件来完成系统界面的定制。ArcPad启动时根据.apx文件中的配置自动装载。

在本系统中, 界面包括工具条、菜单、显示区、状态栏等。

2.2 系统功能的开发

系统功能的开发实现由2部分完成:一部分由ArcPad Builder提供的内置功能模块来完成; 另一部分是由Arcpad提供的Applet技术、对象模型及相关的脚本语言来完成的。

2.2.1 内置功能的开发

在ArcPad中, 提供一些内置的功能模块, 只要根据功能设计中的内容, 通过ArcpadBuilder的开发发环境, 可完成相应的功能。

根据二类调查外业移动系统功能设计的要求, 功能实现如下: 1)地图的管理功能主要有增加数据、图层新建、打开地图、保存地图、图层设置以及退出等功能; 2)地图操作功能主要完成放大、缩小、漫游、放大到指定图层、下一屏显示、上一屏显示、全屏显示等; 3)图形编辑功能主要完成增加点、增加线、增加面、徙手画、徙手量测功能; 4) GPS管理功能主要完成GPS激活、GPS测试、GPS选择、GPS流数据、GPS日志轨迹等功能。

2.2.2 自定义功能的实现

在森林资源二类调查中, 往往要用到一些特殊的功能, 它是针对应用和数据的, 故需要开发自己的程序来实现某一应用。根据不同的应用, 可完成非常丰富的内容。

3 系统的应用实例 3.1 二类调查数据的准备

对于存储在数据库中的数据, 可以使用ArcGIS Desktop的Arcpad工具条进行检出保存为供ArcPad外业调查使用的数据文件。本文只从库中调出与二类调查相关的数据如部分基础数据、前期二类成果数据、航片数据、地形图数据等。

3.2 PDA空间数据的组织管理

由于PDA的CPU运算速度、存储空间和屏幕显示等因素的限制, 在空间数据相对较大时数据的启动和显示将很慢, 因此采用如下方法对数据进行了处理:第一, 对航片、扫描地形图进行分块管理, 并在减少信息损失的情况下进行压缩, 如图 3; 第二, 对基础数据(如河流、水系、道路、居民点)、林相数据、扫描地形图等进行图层比例控制显示, 以取得较好显示效果和较快的运行速度。如: 1)在启动二类调查系统时, 只显示行政区界、道路、河流、山峰点等数据, 如图 4; 2)根据要调查地点, 在GPS的辅助下, 进行数据的显示, 如图 5; 3)调查地点背景数据的显示, 如图 6。

3.3 二类外业调查

对于从ArcGIS桌面软件中检出的要调查的二类数据, 使用同步软件将其拷贝到PDA的存储卡中, 使用ArcPad软件进行数据采集工作。

在外业调查中, 根据GPS导航定位到调查地点, 然后进行二类数据的调查。如: 1)空间数据的采集, 如边界的修改, 如图 7; 2)小班数据的采集, 如调查因子的输入, 如图 8。

3.4 二类数据的入库

当完成二类数据收集后, 需要把检出的数据入库。入库时需要在桌面系统中预先启动编辑, 检入按钮就会激活, 进而完成数据的入库和更新。

4 结论

实现基于PDA二类调查数据的组织、管理及操作, 通过对底图的管理, 提供背景数据, 有助于新的数据的采集;

集成GPS, 实现二类调查时外业导航功能, 使二类用户清楚身在何处进行数据采集;

在底图的基础上和GPS的辅助下, 实现小班界线现地的编辑和修改, 从而实现数据采集的正确性;

通过可视窗口界面、使二类小班属性数据录入方便, 提高效率, 降低度出错率;

通过同步软件与室内数据库连接, 实现了数据库的及时更新;

已调查过数据进行标注, 使二类野外调查的检查验收工作更加简便。