渔业电子海图手持终端的设计与实现

1引言

海洋地理空间信息、鱼类生物资源信息和社会经济信息是现代海洋渔业的基础信息。从保障中国海洋经济的可持续发展,维护国家海洋渔业权益,到海况预报、鱼群探测,渔船导航和海上生产作业实时指挥等,再到研究渔业生物资源分布与环境的关系及其空间变化特征,合理开发、管理和保护海洋渔业资源,都离不开海洋地理空间信息的支持。

近年来,移动智能设备和技术的迅猛发展改变了地理信息存储、发布、应用和服务模式,也为海洋渔业综合信息的互通互联,海洋渔业信息化建设来了新的契机。针对中、近海渔业生产的需求,制定了“渔业信息云服务平台解决方案”,通过研发“渔业电子海图手持终端系统”等系列化产品,实现了向广大渔业生产用户提供包含海洋地理空间信息在内的多元化、个性化、多点化、动态化的综合信息服务,提高了渔业生产和管理的效率。

2手持终端的开发环境

渔业电子海图手持终端由硬件设备、软件系统和(海图、渔业)数据构成,是“渔业信息云服务平台”的一个(节点)单元,能够向用户实时传输海洋地理空间信息、海况信息、渔汛和市场等信息。

2.1硬件设备

手持终端以移动地理信息系统(MobileGIS)常用的智能手机、平板电脑等作为基本硬件设备。这些智能移动设备具有良好的通用性,内部集成了辅助全球定位系统(assistedGPS,AGPS)。在基地台的服务范围内,它们较之传统的GPS系统具有更强的抗遮蔽性、更快的定位速度和更高的精度,并且支持视频、语音、图像、图形和文本等形式的信息传输。

2.2软件开发

环境手持终端选用具有强大的图形和多媒体功能Android操作系统,支持本地或在线两种工作模式,是目前智能手机和平板电脑等的主流操作系统之一。

软件开发环境采用ESRI的ArcGISAPIforAndroid开发组件和Java编程语言环境。ArcGISAPIforAndroid是近年推出的面向智能移动终端软件开发的组件,包含Eclipse集成环境、开发工具及技术文档等,支持Java语言编程接口,以及地理数据处理、编码和自定义部署,可通过编程、调用组件封装的类及接口,快速实现海图浏览、导航定位、统计产量和查询等功能。同时,由于Java支持多线程、跨平台的多操作系统,所以手持终端可便捷地利用网络数据链实现海洋渔业综合信息的互通互联。

2.3渔业电子海图的数据模型

渔业海图是一类供渔业船舶渔场作业和海上航行使用的专用海图,既含有保障海洋渔业生产活动安全的海洋地理空间信息,又含有渔业生物资源、海洋环境以及海洋开发和管理等多元专题信息。目前,美国等海洋渔业发达国家虽然已经开展了这方面的研究工作,但迄今为止尚没有一个较好的方案,我国也没有制订渔业电子海图的国家规范标准。

(1)渔业电子海图数据的分层模型

根据在西非、中西太平洋(主要远洋渔场)及近海(舟山等)渔场的生产实践经验,确定了渔业电子海图的基本内容,并定义了数据分层模型(表1)。该模型共包括21个逻辑图层,33个物理图层,可同时满足近、远海渔业生产活动需要,又能够减少智能手机或平板电脑等移动设备的运算量,降低系统资源的占用,从而保证终端系统设计的科学性、实用性和应用的稳定性。

2)渔业电子海图数据的存储模型

渔业电子海图数据的存储采用Geodatabase数据存储模型。该模型可支持多种地理空间数据对象,除了支持表格数据、切片缓存外,还支持海图分层数据、影像数据和3D地形数据。在Geodatabase封装的数据包中,可定义子类、域、属性规则、连接规则、拓扑规则等,能够支持网络数据集的地理编码、最短路径等多种空间分析计算,保证所有基础海洋地理空间信息具有统一的坐标和投影参照系,便于在手持终端上完整地加载、切换、更新和发布信息,灵活地实现查询及导航等应用。

2.4渔业综合数据的组织

渔业综合数据包括:渔业法规、资源探捕、海况、生物学、生产作业统计等五类。

其中,渔业法规信息主要有中国及国际渔业法规规定的渔获量、网目尺寸、捕捞季节、捕捞权、捕捞配额、总许可渔获量等;资源探捕信息有渔船呼号,渔船名称,登船日期和时间,离船日期和时间,探捕人员单位、探捕人员姓名、洋区、登船港口、离船港口、开始探捕时间、结束探捕时间、作业经纬度范围和作业方式等内容;海况信息有海水透明度、水色、盐度、气温、风速、风向、海表叶绿素含量、水温、海流流速、海流流向、浪高、浪级、能见度级别、总云量和浮冰量等;生物学信息有海洋鱼类、哺乳动物、浮游生物、头足类、贝类、摄食等级、性别和成熟期等;生产作业信息主要有鱼种、尾数、重量、渔获量和捕捞努力量等内容。

渔业综合数据均采用CSV文本文件格式存储。每一行是一条数据记录,以半角“,”分割不同的字段。以生产作业信息为例:“年份,月份,捕鱼区,收获量,经度坐标,纬度坐标”等项数据,存储为“2013,7,1351,2000,125.25,33.75”。

3软件功能的设计与实现

手持终端的软件系统是基于Windows操作系统开发的,需要预先安装和部署EclipseIDE集成开发环境,搭建Android操作系统环境,便于模拟、调试和运行软件系统。

3.1软件系统的结构

软件系统的功能是通过Java语言编程,调用ArcGISAPIforAndroid组件的地理信息表达、处理及应用接口和类等来实现的。

如图1所示,软件系统包含Activity(行为)、View(界面)、Service(服务)等三个基本类。含一个MapBase行为(Activity)及BrowserView、FishView、NavigationView等多个界面。系统通过对触摸屏的事件侦听,调用(句柄),实现用户与屏幕界面之间的事件(消息)交互响应,进而加载和显示基础海图数据和海洋渔业综合服务(Service)信息。

3.2功能模块的设计

ActivityMapBase用于定义手持终端软件系统(屏幕菜单,显示海图、渔情信息、查询、导航等选项)的基本行为。BrowserView、FishView、NavigationView等界面是继承ActivityMapBase行为的子类模块,通过应用ArcGISAPIforAndroid的接口和类(表2),分别实现了“浏览模式”、“渔业模式”、“导航模式”、“工具与设置”和“退出”等系统功能。


3.3基本功能的实现

(1)主界面

触摸屏设备兼有输入和输出功能。在默认的浏览模式(图2)下,屏幕显示小比例尺的“太平洋北西部”海图,可通过手指滑动操作实现海图放大、缩小、漫游、查询和换图等功能,也可点击屏幕(或者软键盘操作),选择主菜单的各项系统功能。

当某海区放大到一定比例尺时,如果还有较大比例尺海图,系统将自动提示并切换较大比例尺的海图,见图3。

(2)渔业模式

在该模式下,渔区代号、作业位置、渔获量等海洋渔业综合信息叠加在海图上显示,并可按年月等时间条件遍历检索、查询数据库信息。

如图4所示,首先通过“+”、“-”屏幕按钮,选择年份、月份;再点击屏幕上的捕捞点(“鱼形”图标),查询地理位置、渔区和收获量等信息。


(3)导航模式

进入导航模式后,用户可制订渔船计划航线,或者进行渔船作业导航。手持终端系统将自动启动内置的AGPS系统,确定当前位置,记录经纬度信息及渔船航迹。

4结束语

渔业电子海图手持终端是构成海洋渔业信息数据链的基本用户单元,能够高效、精准地为渔业生产、管理和决策提供海洋地理空间、海洋环境、海洋资源等多元信息服务支持。由于海洋渔业信息现势性强、更新快,又缺少统一的渔业信息规范化,加之我们信息服务网络平台建设面临一些技术、政策方面的问题,所以渔业电子海图手持终端目前只能在中、近海为渔船提供在线(或离线)式信息服务。随着国产渔业信息化技术装备的创新和发展,将实现语音、视频、数据等方式的互联互通,全面提升海洋渔业信息化的水平。