报告[1]。地理国情信息普查是获取国情国力信息的重要手段，是掌握自然资源、生态环境以及人类活动基本情况的综合性、基础性工作。目的是全面获取各类地理国情信息，并进行综合统计分析，揭示经济社会发展和自然资源环境的空间分布及内在关系，实现地理国情信息对政府、企业和公众的服务。
测绘技术的发展促使测绘作业方式发生巨大变化，传统的航测调绘方法逐渐被数字化的作业模式所取代，数字化航测调绘作为一种新兴的调绘方法，已经被广泛应用于生产[2]。特别是平板电脑的出现及其硬件性能的飞速发展，为数字化航测调绘提供了一种新型的硬件平台，为此本文基于ArcGIS for Android平台设计并实现了地理国情普查外业调绘系统，详细阐述了离线矢量、影像数据存储、SQLite空间数据库的加载与显示等关键技术，并对系统的功能模块进行了设计与实现。
2 ArcGIS for Android简介
Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统，主要使用于移动设备，如智能手机和平板电脑，由Google公司和开放手机联盟领导及开发[3]。目前，Android、IOS和Windows Phone 8是主流的三大智能手机操作系统，Android系统由于其平台开放性，提供给第三方开发商一个十分宽泛、自由的环境，基于Android平台的软件和硬件有着丰富的选择。ArcGIS是Esri公司一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力。它不但支持桌面环境，还支持移动平台。ArcGIS for Android 是ArcGIS基于Android系统的移动端平台，它将GIS的适用范围从内业扩展到外业。ArcGIS for Android 包括ArcGIS API for Android，供 Java 开发者构建专门适用于Android设备的具备GIS功能的业务应用程序。
3 关键技术设计
3.1 离线数据存储设计
移动GIS中，数据通常分为Basemap layer和Operational layer两类。Basemap layer称为底层数据，是指漫游或导航时起参考作用的图层，这些图层内容通常不会变化，只起到视觉辅助作用；Operational layer称为业务图层，是指存储GIS数据的图层，比如可通过这些图层来提供属性、空间查询操作，或者对其内容进行编辑，然后与服务器端进行同步。在地理国情信息普查外业调绘中，主要利用高分辨率的影像资料，叠加内业信息分类与判译成果，对内业分类与判译工作中无法确定边界和属性的地理要素实体，以及无法准确确定类型的图斑，开展实地核实确认和补调[4]。在外业调绘的过程中，底图图层为高分辨率的影像资料，业务图层为内业预判的矢量数据；为了确保数据安全性，在外业调绘的过程中，需要采用离线数据存储的方式。
目前，ArcGIS for Android移动平台针对底图数据可采用ArcGIS Server对栅格影像进行缓存切片，置于SdCard存储器中，用ArcGISLocalTiledLayer进行读取。而针对业务数据，ArcGIS for Android并没有离线缓存格式，完全依赖于ArcGIS Server的REST服务，包括显示地图，都需要用到ArcGIS Server发布的各种服务；为了实现业务数据的离线存储，系统采用了Spatialite数据库。Spatialite是基于Sqlite的一个C语言库，支持空间数据操作的单文件数据库（类似于Postgresql+PostGIS），支持WKT，WKB和自己的三种空间数据格式，此外通过PROJ.4支持动态投影，还支持Buffer，Union等空间操作，是移动平台上空间数据存储的理想选择[5]。
3.2 Spatialite数据库的加载与编辑
Spatialite数据库是移动端平台上的空间数据格式，但是ArcGIS for Android平台本身不支持Spatialite数据库，因此，存储在Spatialite数据库中的数据需要通过转换才能在Map控件中加载。在线数据是通过FeatureLayer+FeatureService的方式来实现数据加载，而离线数据由于没有FeatureService的支持，主要通过GraphicsLayer实现数据在Map控件中的加载。其实现流程如下：Spatialite数据库中存储矢量要素数据，是将空间要素几何转换为点或点集，再按照WKT格式转换字符串并储存到事先创建好的数据库中，要素的属性也直接存储到创建的表中。空间数据存储如下，点：point （10 20），线：linestring （（10 20，20 30）），面：polygon（（10 10， 10 20， 20 20，20 15，10 10））[5]。显示数据时，可以将数据库的数据通过SQL语句查询出来，将查询的每条记录生成空间要素对象属性，将上面拼凑的字符串反解析生成空间要素对象，也就是将WKT数据格式解析成为一个空间要素对象，并加载到Map控件中的Graphics Layer。
编辑和采集依然通过GraphicsLayer和Editor类来完成，而数据的获取和提交则仍需要做转换工作。
3.3 GPS定位与轨迹记录
地理国情普查外业调绘成果包括外业调绘人员行走的GPS轨迹。按传统的调绘方式，需携带专门的GPS轨迹记录仪。在此系统设计中采用Android平板，大部分民用或工业级平板电脑，硬件设备中都集成了GPS定位导航模块。通过投影GPS定位坐标（WGS_1984经纬度坐标系统）到地图坐标系，在地图上实时显示外业调绘人员实地位置。轨迹记录将GPS定位点按时间间隔或位移距离按时间顺序进行存储，通过Android界面设计，可以选择按照时间线将GPS点连接起来，从而实现轨迹显示。
程序设计中，通过Android API中的GPS接口：Location Manager.requestLocationUpdates，设置监听设备，时间间隔或距离间隔，和监听触发事件。当GPS位置发生变化时，触发事件onLocationChanged，将经纬度坐标转换为地理坐标，并在地图上实时定位；同时将GPS点坐标和时间等信息写入数据库，用作轨迹元数据。
3.4 采集照片，获取姿态与地理位置信息
在地理国情普查项目中，需要采集实地自然景观的照片并记录相对应的文字说明，相机的拍摄姿态，地理坐标信息等，以数据库表格方式存储。传统的作业模式，通常需要手持GPS，带有电子罗盘的照相机等多种设备辅助完成，记录的照片需要在内业花费大量的人力物力去做整理。而在此系统设计中，结合平板硬件设备中的照相机，并辅以GPS定位系统、电子罗盘、陀螺仪，能顺利获取各项数据信息，完成此项工作。设计中充分考虑深山丛林里没有GPS信号，通过在地图上标记定位点获取经纬度信息；通过样本点位置自动计算距离和方位角等。
在程序设计中，除了监听GPS接口以获取地理信息坐标，还要实时监听姿态传感器的信息。通过Android API中的传感器接口SensorManager，获取加速度（TYPE_ACCELEROMETER）和磁场（TYPE_MAGNETIC_FIELD）传感数据，从而实时获得平板的方位角、俯仰角和横滚角等姿态信息。
4 系统实现
地理国情普查外业调绘系统基于ArcGIS API for Android平台，利用Eclipse软件开发实现。其主要目的是为地理国情信息普查提供外业调绘的软件支持，简化外业调绘的工作流程，提高外业调绘工作效率。系统功能结构如图1所示。
（1）地图操作。利用Android平台的多点触控消息机制和手势实现了地图的放大、缩小、平移、量算等基本的地图操作功能。地图锁定功能将显示在设备上的地图进行位置锁定，锁定后地图不能进行平移。由于移动设备触控精度的问题，在地图未锁定的情况下，触控点和实际点位会有漂移，通过地图锁定功能，解决触控点位漂移问题，提高外业调绘定位精度。
（2）调绘工具。针对地理国情普查外业调绘工作的需求，实现了针对地表覆盖、道路、水体、构筑物和地理单元等地理要素点、线和面的新增、删除、几何和属性编辑功能，并提供撤销操作等功能。为提高外业调绘效率，提供快速的标注和涂鸦功能。
（3）辅助工具。导航定位功能集成硬件设备的GPS导航功能，在地图上实时显示外业调绘人员实地位置；轨迹记录功能全程记录外业调绘人员作业路线，外业调绘人员可据此区分已调绘区域和未调绘区域，同时也为质检人员提供辅助质检依据；样本采集实现采集实地自然景观照片，并存储拍摄姿态和当前地理信息。
调绘系统在平板电脑上的界面如图2所示。
5 结语
随着软硬件技术的不断发展，利用移动端开展外业调绘的需求会越来越旺盛。本文在对移动端离线数据存储与加载显示技术的研究基础上，针对地理国情普查外业调绘实际工作的需要，提出了基于Android平台开发地理国情普查调绘系统的设计思路，并基于该设计，通过Java语言和ArcGIS API for Android实现了地理国情信息普查调绘系统，基本满足了外业调绘需求，实现了从传统调绘到数字化调绘的转变，提高了作业效率，为基于移动端的外业调绘提供了一种解决方案。
参考文献
[1]徐德明.监测地理国情，服务科学发展[J].中国测绘，2012，（4）：4-5.
[2]张永贵.数字化航测调绘关键环节技术探讨[J].测绘与空间地理信息，2012，（2）：208-210.
[3]张俊杰，张海燕，罗锐.基于Android平台的移动GIS研究与实现[J].计算机工程与设计，2013，（9）：3322-3326.
[4]地理国情普查试点方案.中国测绘科学研究院，2013，（4）.
[5]李玲，王庆，王慧青.基于Spatialite轻量级空间数据库的GIS数据管理[J].地理信息世界，2010，（4）：71-75.
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