Android平台架构下农业领域野外统计数值采集软件的开发与实现

【摘要】 本论文对农业统计相关业务进行了解，重点针对农业统计农作物对地调查部分进行综合系统的分析和研究，结合移动GIS的关键技术，基于Android平台开发了一套适用于农业统计农作物对地调查的野外采集软件系统，该系统包括项目管理、野外数据采集、野外数据上传三大块内容。并且农作物对地调查中报表制度研发了一套基于报表制作的系统即表格制定软件，该软件解决了农业统计调查中报表制度难以实现的问题，也为农作物对地调查数据准备的一部分。表格制定软件在自主研发的桌面GIS底层上面进行拓展，用勾画矢量地块的思想来制定表格，使表格矢量化。在移动端将表式数据像解析矢量地图一样解析并且展现在屏幕上，这样就实现了农业统计中报表制度的流程。农业统计农作物对地调查野外数据采集包括空间数据采集和属性数据采集两大部分。在野外数据采集中空间数据的采集主要是对调查地块进行勾画，即对所要调查的田地矢量化，勾画出的地块会自动计算地块的面积，作为属性数据填入属性表。属性数据采集又分为常规属性数据采集和多媒体属性信息的采集。在农作物对地调查野外采集中，根据统计业务流程要分调查期进行调查。本系统中的调查期与空间数据绑定，通过选择不同的底图图层来区分调查期。数据上传是为了将调查信息实时的传回指挥中心的服务器，一方面为了方便指挥中心对调查进度进行监控和调度，解决了移动设备存储空间有限的问题。另一方面是能够将数据及时的传回缩短了调查后数据处理的时间，提高了农业统计野外调查的效率。论文最后提出程序设计的一些结论和展望。
 
【关键词】 Android； 农业统计； 野外数据； GIS； 表式数据；

1. 绪论

1.1 研究背景
随着社会、经济的发展，人口的增长。全社会对生态资源的总量及分布越来越重视，生态资源调查工作越来越重要。特别是我国，一个拥有14亿人口的农业大国，农业在我国历来被认为是安天下，稳民心的战略产业之一，并且我们创下了以不足世界9%的耕地养活世界近21%的人口的奇迹。因此农业是关系国民生计的重要依据之一，因此农业统计成为国家统计部门的重要工作之一。所以我国农作物对地调查作为农业统计重要一项有比较久的历史， 积累了丰富的经验。早在1962年经国务院批准在全国建立一支集中统一的人数达一千人的调查队。最初，科技不发达的阶段农业统计农作物对地调查的方式比较传统，都是由调查人员携带各种纸质化的资料例如: 基础地理图、各种调查报表、导航设备等到实地进行农作物的对地调查。所采集的各种信息都在纸质的报表上面，而且数据量较大，导致野外调查工作完成后数据整理和统计比较麻烦，要分省份的将数据电子化，然后再对数据分析统计生产结果。最后才能得到统计结果。近年来，为满足新形势下对农业统计提出的新要求，国家一直致力于新技术在农业统计中的应用，尤其是以遥感、地理信息系统、定位导航系统为代表的空间信息技术的应用。“十一五”期间，国家深入研究空间信息技术在统计业务，特别是主要粮食作物统计中应用的关键技术，完成了业务化应用的多项标准与规范，积累了丰富的理论知识和实践经验。实现调查方法和调查手段上的革命性转变，实现农业统计调查体系的更新换代，从而全面提升农业统计调查产品的应用和服务水平。因此，传统的农作物对地调查的方法就不能适应新时期农业统计的需求。
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1.2 研究现状
现在社会的需求随着现代信息技术和数字通信技术不断的提升和变化着，基于 Android 平台的移动野外信息采集系统越来越多的被各行各业所采纳。 特别是“3S”技术的广泛应用，基于 Android 平台的移动野外信息采集系不仅提高了野外信息采集的工作效率，同时在数据的及时上报和精确方面也取得了飞速的进步，为农业对地调查野外信息采集数据的共享提供了基础保证。因此国内外对Android 平台下的移动 GIS 的研究都有了显著的成效。自20世纪90年代中期以后，以为3S核心的移动GIS逐步走上了历史的舞台。与WebGIS和桌面GIS一样，移动GIS实现了所有GIS领域的功能，也充分的满足了人们对GIS的不同需求，让GIS在各个行业都发挥了举足轻重的作用。随着移动GIS的发展，使得移动GIS涉及范围更加广泛，各种与移动计算相关的行业都利用移动GIS实现移动办公。随着无线通讯技术、移动计算机技术和GPS技术的发展，移动GIS技术迅猛发展。目前国外领先的厂商，如ESRI公司一直处于移动技术的前沿，都纷纷推出了自己的基于Android平台的移动GIS平台或者二次开发工具，提供导航定位、数据采集、数据分析等空间数据处理方案。ESRI公司成立于1969年，同时它也是世界上最大的地理信息技术提供商。是地理信息技术的领军企业。近些年随Android平台的发展，公司也推出了移动数据采集平台ArcGISAPI for Android 。可以让开发者使用这个API构建多种应用程序，这些应用程序可以运用Arc GISAPI for Android提供的强大制图、地理编码、地理处理和自定义功能实现复杂的业务功能应将它部署到设备上。
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2. 农业统计业务需求及软件框架设计

2.1 农业统计业务调查业务
目前，国家农业统计调查业务分为农产量、畜牧业、农产品价格、主要农产品中间消耗及县域统计 5 个专业，业务流程各异，但也存在共性。伴随统计理论的发展演进，业务体系也不断的深入和优化，并导致业务系统不断的升级改版，无法满足业务快速发展的需要。因此，需要科学的方式将复杂业务分解成可灵活组装、方便扩展并易于部署的模块，以满足行灵活构建业务的需要。由此，借鉴软件工程中面向对象的设计思想，将各业务模块拆分重组，实现业务节点工作的“高内聚”和各业务环节之间的“松耦合”。拆分过后的农业统计业务体系如图 2-1 所示: 国家统计局农村司主要负责建立、维护各专业抽样框，抽选、维护调查样本；收集、审核原始调查数据，对调查总队推算及汇总结果进行评估，汇总出全国数据，并反馈分省数据，制作并发布综合数据；各省调查队基于样本框或国家规定的统计区域调查样本网点，抽选样本村、样本户，农作物调查工作相对复杂，在大县调查中，还需要在县域内编制面积框，抽选面积调查的样本；汇总市、县调查队上报的数据，上报国家统计局。县调查队抽选单产调查最终样本，实施单产样本调查，上报调查结果；定期调查面积、单产样本、样本散养户、规模户、生产单位的养殖情况，上报调查结果。省统计局收集农业经营单位的数据，综合填报；审核下级上报的综合结果。市、县统计局收集乡镇、村及部门的统计资料，部分非重点品种的农作物、畜牧业综合填报，综合填报。审核下级上报的综合结果。全国农业统计工作需要各级地方政府的配合，考虑到在调查过程中会有很多的信息数据交互，所以在业务系统设计时会结合各个专业的具体业务环节提供合理的数据交换接口。
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2.2 对统计制度的理解
报表制度中规定了调查工作的各个相关单位，界定了统计调查的对象，明确了填报指标的标准，提供了统计调查中设计的公式、方法及业务流程，并以表式的形式将上述各要素以其内在联系综合呈现出来，提供给各个调查单位填报。制度中统计对象与统计单位、指标、时间、是针对统计调查工作中具体环节的调查细节规范。统计调查方法、分组、分类目录、公式为各统计机构提供了业务流程与方法。以上这些可以归属为统计，基础要素。基础表与综合表是上述各要素的综合。以统计目标、业务流程为框架，整理出各环节的调查主题，以此为纲将上述基础要素分别组织到不同的表式中，更有逻辑性的体现出了统计业务与各个调查指标间得关系。如图 2-3 所示，为统计制度之间的关系。表式将农业调查中各种基础要素有机的组合起来，为承载各项指标所对应的具体统计数据信息，给各个专业提供了一套即统一有又具个性的调查统计机制。根据表式作用目的、调查对象、填报方式的区别可以分为两大类——“基层表”与“综合表”。在野外调查中主要针对基层表进行调查统计，野外调查的基层表进行汇总到综合表后再上报。

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3. Android 体系架构 ...... 23 
3.1  系统架构 ...... 23 
3.2  Android 平台下 GPS 定位服务 ...... 26 
3.3  Android 平台下地图加载原理 ........ 28 
3.4  Android 平台下地图符号化机制 ......... 29 

3.5  Android 平台下数据通信机制 ........ 30
3.6  开发环境基本介绍 ........ 31 
3.7  本章小结 ...... 32 
4. 采集软件主要功能模块开发 ....... 33 
4.1  项目管理模块 .... 34 
4.2  基础 GIS 操作模块 ........ 34 
4.3  导航定位模块 .... 36 
4.4  空间采集模块 .... 38
4.5  属性数据采集模块 ........ 41 
4.6  统计表单模块 .... 47 
4.7  数据上传模块 .... 48 
4.8  本章小结 ...... 49 
5. 农作物对地调查工程应用 ..... 50 
5.1  调查报表数据准备 ........ 50 
5.2  项目管理 ...... 52 
5.3  农作物对地调查——播种面积调查 ..... 52 
5.4  本章小结 ...... 58

5. 农作物对地调查工程应用

针对系统的功能模块，进行合理的组合建立起一个基于农业统计农作物对地调查的野外采集系统，野外调查系统主要针对上级下达的野外采集任务，进行实地勘测，获取测区的空间及属性信息。其强大空间数据采集，实现矢量基础编辑及高级编辑功能，灵活的纸质表式填报方式，支持各种属性信息的填报，提升了数据的可视化角度。农业统计调查中农作物产量调查中的一项重要的任务就是对地块信息进行统计，调查抽样统计的地块信息，首先对地块进行勾画确定地块的面积以及种植的作物信息，其次对该地块的位置信息，地块类型、耕种人员信息进行调查。确保在后续的农作为产量调查中能够准确的找到指定的地块。根据地块调查的需求将上一章节中的各个模块进行组合成为一个正的地块调查系统，主要包括项目管理、目标导航、空间采集、属性采集、地块上传五大模块。将集成的野外采集系统应用于实际的调查中，以河北省廊坊市为例，对该市的农作物进行对地调查。数据采用 0.5 米级的无人机拍摄的高分变率影像数据。并且根据调查制度制作调查中用到的报表数据。然后分调查期进行实地调查。
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结论

针对农业统计农作物对地调查野外数据采集的需求，调用已建立的功能模块设计软件。在农业统计农作物对地调查中空间矢量数据的野外采集以采集点为基础，由各个采集的点位连接成线，在通过闭合的线连接成多边形。野外采集过程中点位通过接收定位信息来获取，所以系统提供了定位获取点位信息，并将其显示在地图上的功能。但某些地点野外工作人员无法到达但又必须采集，针对该情况，本软件提供了“屏幕取点”功能，即野外采集人员通过在屏幕上画点的方式，得到需要采集的点位的空间坐标信息。基于野外采集时硬件的冲击、电池突然断电、采集人员忘记保存等等突发事件造成的数据丢失情况，本系统采用自动保存已经采集的点位信息的模式。为了减轻野外采集人员的工作强度，降低其工作量，本系统采用采集点后自动连线的方式获得线数据，线数据也同样采用即得即存的模式。采用选取已有闭合的线组合的方式构建多边形，该模式不但很好的减轻了建立矢量数据的拓扑关系的工作量，也减小了野外采集人员的工作量。针对野外采集时会出现的各种误操作，建立了编辑工具模块，提供点、线、多边形的修改操作，并以矢量数据的拓扑关系为基础在修改过程中提供点线多边形的联动。野外采集除了需要记录空间信息，还需要记录相应点位区域的属性信息，为了减轻野外工作者的工作量，空间数据的属性信息也提供一部分的联动，如: 点位和自然地块的省份编码和省份名称会自动添加到数据的相应字段下，如果在某个点位或区域照了相片或录音记录了描述信息，该信息也会自动添加到相应的属性字段下予以记录保存。
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