2024年5月6日发(作者：)
现代园艺2023年第16期
基于移动GIS技术的林业巡护系统设计
杨丽艳
甘肃卓尼
（甘肃省洮河国家级自然保护区管护中心大峪保护站，747600）
以提高林区巡护工作的效率和信息化水平，
摘要
院
本研究旨在设计一种基于移动GIS技术的林业巡护系统，该系统通过利用移动
位置采集和记录、森林资源展示及林区风险事件预警等核心功能。系统的设计考虑了实时
设备和GIS技术，实现巡护路径规划与导航、
高效性和易维护性，以确保系统的可靠性和稳定性。通过进一步研究与设计基于移动
GIS性、便捷性、并进行了系统测试和兼容性测试，
实现了对林业巡护工作的全面支持和优化，提高了林业巡护工作的效率和资源管理的水平。
技术的林业巡护系统，
关键词
院
GIS技术；系统设计；林业巡护
随着人们环境保护意识的提高和对森林资源的重
林业巡护成为保护森林、
视，维护生态平衡的重要工作
之一。但传统的巡护方式存在效率低下、信息获取滞
后、数据整合困难等问题，无法满足现代化巡护需求。
为提升林业巡护工作的效率和信息化水平，研究和设
计一种基于移动GIS技术的林业巡护系统，可便于林
业工作人员充分利用移动终端设备进行巡护任务的执
重点关注巡护
行和管理
[1]
。考虑到林业巡护的特殊需求，
路径规划与导航、位置采集和记录、森林资源展示及林
区风险事件预警等核心功能，通过坐标转换技术，实现
提高数据的可用
不同坐标系下数据的转换和统一管理，
性
[2]
。最后，通过实施系统测试，成功验证了系统的功能
及兼容性，确保该系统在实际应用中具备一定的可靠性
和稳定性。通过设计该系统，以期为林业工作人员提供
强大的辅助工具，推动林业巡护工作的现代化和信息化
进程，进一步保护和管理宝贵的森林资源。
另一种坐标系，以实现数据的一致性和统一性。根据巡
护任务和地理空间数据，服务端可生成最优的巡护路
以便巡护人员高效地执行巡护任务。此外，后台管理
径，
系统通过采集和记录位置信息，可获取巡护人员的准确
当报警条件满足时，
位置信息，并与巡护任务产生关联，
并向相关人员发送警报
报警处理系统会触发报警机制，
通知。
2基于移动GIS技术的林业巡护系统功能算法
与实现
2.1巡护系统坐标转换
椭球体参
由于不同的地理数据采用的大地水准面、
数或投影参数坐标系统不同
[3]
，因而，针对林区不同地理
使其在同
参数，需将各项数据转换为一致的坐标系统，
分析和集成
[4]
。一地理参考框架下进行比较、该系统使用
（
Seven-parametertransformation）七参数转换对林业巡
护系统坐标进行转换，将坐标源系统的坐标值转换为另
一个坐标系统的坐标。其适用于林区不同大地水准面、
林区二维坐标转换
椭球体参数或投影参数的坐标转换。
（
1）
（
2）公式见式；林区三维坐标转换见式。
X'=s(X-R
z
×Y+R
y
×Z)+T
x
Y'=s(R
z
×X+Y-R
x
×Z)+T
y
X'=s(X-R
z
×Y+R
y
×Z)+T
x
Y'=s(R
z
×X+Y-R
x
×Z)+T
y
Z'=s(-R
y
×X+R
x
×Y+Z)+T
y
上式中，s表示比例尺参数；T
x
、T
y
、T
z
为平移参数、
R
x
、R
y
、R
z
为旋转参数；X、Y、Z为源坐标系统坐标值，
（X'、Y'、Z'）是转换后的目标坐标系统坐标值，以上参数
描述了源坐标系统与目标坐标系统之间的平移、旋转和
可以将源坐
缩放关系。使用七参数转换的步骤和公式，
标系统的坐标值转换为目标坐标系统的坐标值，这种转
换可用于将设备采集到的原始坐标转换为巡护系统所
需的标准坐标，以便进行后续的分析、可视化或数据集
成等操作，转换后的坐标数值可在客户端进行显示，便
（2）
（1）
1基于移动GIS技术的林业巡护系统架构设计
基于移动GIS技术的林业巡护系统是一款基于
Android移动平台的林业巡护系统，用于满足林业工作
人员巡护工作实际需求，其具备实时、便捷、高效和易于
维护等特点，并支持功能扩展。基于移动GIS技术的林
业巡护系统架构见图1。
图1基于移动GIS技术的林业巡护系统架构图
该系统主要由移动终端、网络、服务端组成，移动终
端用于实现林区工作人员在林业巡护过程中巡护坐标
显示、巡护路径导航、森林资源展示及林区风险预警等
需求。服务端将采集到的巡护数据从一种坐标系转换为
作者简介
院杨丽艳
（
1973-）
大专，工程师，研究方
，女，汉族，河北玉田人，
向：林业。
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于林业工作人员了解巡护工作重点坐标位置。
2.2巡护路径规划与导航
结合巡护任务的要求以
根据巡护区域的地图数据，
可生成巡护
及巡护资源的分布规律，采用路径规划算法，
路线，并将路线以图形和文本的方式呈现在移动终端
[5]
。
该系统采用
Dijkstra算法对其进行基于最短路径思想，
将图中顶点集合
实现。
设
G=（V，E）是一个带权有向图，
V分成两组：已知最短路径的顶点集合S和未知最短路
径的顶点集合V-S。初始时，S中只有源点v，将V-S中
S与有连边的顶点v的距离（路径长度）设置为式（3）。
dis（v）=w（v）（3）
式（3）中，w（v）为（v，w）边的权重；在V-S中选择距
离最小的顶点u加入S，然后调整V-S中各个顶点到源
对每个顶点
v检查是否存在一点v的距离（路径长度），
条路径从源点v经过并到达u，使得该路径长度小于当
则
前已知的从源点到达该点的最短路径长度。如果是，
更新该顶点的距离值，即dis（v）=mindis（v），dis（u）+w
（u，v），直到所有顶点都被加入S中。最终，可得出从源
并根据路径长度
点v到其它各个顶点的最短路径长度，
获取具体路径。
2.3位置采集和记录
结合采集到的坐标值，在系统中新建一个点图层，
可通过服务器对其进行数
并将该坐标点添加到图层后，
可
据编辑。林业巡护人员通过获取两个点之间的距离，
明确巡护范围及边界。设点p
1
和点p
2
的坐标分别为
（x
1
，y
1
，z
1
）和（x
2
，y
2
，z
2
），则两点之间的空间距离见式（4）。
（
x
1
，式（4）中，d表示两点之间的距离，y
1
，z
1
）和（x
2
，
y
2
，z
2
）分别为两个点的坐标，该公式是勾股定理的推广，
可以从平面直角三角形的勾股定理扩展到三维空间中，
最
通过求出两点在x、y、z三个方向上的距离差平方和，
后开方即可得到两点之间的距离值。通过对添加到图层
中的点作出记录时间、巡护员姓名、巡护路线等相关信
息属性填写，可将编辑后的数据保存到数据库中，用于
林业工作人员查询和分析后续数据。
2.4森林资源展示
空
通过从数据集中选择和提取有代表性的属性值、
可更全面地描述地理特
间坐标、地理属性和统计特征，
征和资源分布情况。这些特征可包括林区的植被类型、
降雨量等。在选择了适
土地利用情况、海拔高度、坡度、
（
Euclideandistance）
计算
当特征后，采用欧几里德距离
方式，可在多维空间中计算实际度量。欧几里德距离公
（
5）式见式。
22
d=sqrt{（x
2
-x
1
）+（y
2
-y
1
）}（5）
（
5）
（
x
1
，式中，y
1
）和（x
2
，y
2
）表示2个点的坐标，d表
d=
姨
（x
2
-x
1
）+（y
2
-y
1
）+（z
2
-z
1
）
222
可计算得到距
示它们之间的距离。将坐标代入公式中，
较大的距离表示
离值。较小的距离表示较高的相似度，
较大的差异或距离。根据计算得到的距离值，采用
K-means算法进行森林资源聚类操作，将样本分配到距
离最近的簇，然后更新聚类中心为每个簇内样本的均
值，并使用聚类结果发现具有相似森林资源特征的区域
或簇，进行进一步的数据分析和解释。待得出森林资源
通过地图
API将林区地理数据转换为相应聚类结果后，
的地图图层或图表，实现在移动应用程序中展示。基于
移动GIS技术的林业巡护系统森林资源展示流程见图
2。
图2基于移动GIS技术的林业巡护系统森林资源展示
流程图
（4）
（点、线、面）和属性信息，
根据地理数据的几何类型
使用地图GoogleMapsAPI提供的绘制功能可创建相应
的地图图层或图表，地图图层选择不同的符号化样式表
饼图、气泡图
示不同的特征或属性，图表以创建柱状图、
等形式分别表示森林的资源分布、密度和其他统计信
便于用户直观体验。利用地图
API提供的接口和方息，
法，可将地图显示在移动端应用程序界面上，并与其他
应用程序功能进行交互。
2.5林区风险事件预警
能够监测和分析林
通过设定风险因素和事件规则，
区数据，并触发预警和事件报告。根据林区的特点和需
求，明确定义温度、湿度、风速、降雨量等相关风险因素，
超过或低于
对于每个风险因素，设定相应的阈值范围，
目标变
阈值即视为潜在风险。在林区风险事件预警中，
量可以是风险级别、潜在危害程度或其他与风险事件相
可以根据输入的特征变
关的指标。通过线性回归模型，
预测目标变量的值，从而
量温度、湿度、风速、降雨量等，
（
6）评估林区风险的程度。线性回归模型公式见式。
y=β
0
+β
1
x
1
+β
2
x
2
+...+β
n
x
n
（6）
（
6）式中，y是目标变量，x
1
，x
2
，...x
n
是特征变量，β
0
，
β
1
，β
2
，...，β
0
是模型系数。通过分析系数的大小和正
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负方向，可以了解不同特征变量对风险事件的贡献程
并
度，有助于确定哪些特征变量在预警中具有重要性，
（
MSE）为风险管理提供指导。使用平方误差损失函数，
可以度量预测值与实际值之间的差异。其计算公式见式
（7）。
MSE=
1
n
軇
（y-y）
移
2
i
i
则标记为
致，说明该部分测试通过；如果有差异或问题，
测试失败并记录具体问题。
3.2测试结果
测试结果见表
2。根据给定的测试用例，
表2
测试用例编号
TC001
TC002
TC003
TC004
TC005
TC006
TC007
主界面布局测试和地图显示测试结果
实际结果
应用成功启动，并显示主界面
主界面布局合理，各个功能模块和按钮
呈现正常
地图模块正常显示
地图能够根据手势缩放，并保持地图图
层的清晰度
地图能够根据手势平移，并保持地图图
层的位置
地图上的覆盖层能够正常显示，并与地
图背景相互配合
点击功能模块和按钮后，系统能够正确
响应，并执行相应操作
测试结果
通过
通过
通过
通过
通过
通过
通过
（7）
軇
y
式（7）中，y
i
是实际值，n是样本数量。
i
是预测值，
在模型训练过程中，通过最小化MSE来调整模型的系
使得预测值与实际值尽可能接近。这样可以提高预
数，
测的准确性和可靠性，进一步支持风险事件预警的准确
性和及时性。通过线性回归模型和平方误差损失函数，
建立预测模
可以利用已知的特征变量和目标变量数据，
分析特征变
型并进行预测，便于评估风险事件的程度、
量的影响以及优化预警系统，提高林区风险事件预警的
效果和准确性。
3系统测试
3.1测试准备
为保证基于移动GIS技术的林业巡护系统在实际
应用中性能良好，需要进行主界面布局测试和地图显示
测试测试，以确保系统在Android操作系统版本下能够
测试选取
HuaweiP40Pro移动设备进正常运行和显示。
行测试，通过判定其界面元素是否布局合理以满足测试
编写主
要求。根据系统的主界面设计和地图模块功能，
测试用例设计见表
界面布局测试和地图显示测试用例。
1。
表1主界面布局测试和地图显示测试用例
测试用例编号
TC001
TC002
TC003
TC004
TC005
TC006
TC007
测试步骤预期结果
打开林业巡护系统
应用成功启动，并显示主界面
应用
检查主界面布局
点击地图模块
进行地图缩放操作
进行地图平移操作
主界面布局合理，各个功能模块
和按钮呈现正常
地图模块正常显示
地图能够根据手势缩放，并保持
地图图层的清晰度
地图能够根据手势平移，并保持
地图图层的位置
经测试，该系统在HuaweiP40Pro上的主界面布局
布局合
完全符合预期，各个功能模块和按钮呈现正常，
理。地图模块在HuaweiP40Pro的屏幕上能够正常显
示，并能够根据用户的操作进行缩放、平移等操作，各个
该系统能够正常显示
功能模块和按钮均能够正常呈现，
并根据用户操作进行响应。
4结语
基于移动GIS技术的林业巡护系统在提升林业管
其能够实现
理水平、保护森林资源方面具有重要意义，
实时数据采集和上传，提供精确的导航和路径规划，展
示丰富的森林资源信息，实现对林区风险事件的及时预
对地
警。研究设计基于移动GIS技术的林业巡护系统，
能为林业工作人
图数据进行转换、分析和可视化操作，
有助于提升林业巡
员提供全面的巡护支持和决策依据，
护工作的效率、准确性及安全性，促进林业管理的科学
化和可持续发展。
（收稿：2023-06-02）
参考文献：
吴艳，等.基于移动
GIS技术的森林资源调查与督查系[1]张丽楠，张粉粉，
统[J].现代农业科技，2023（7）：120-123.
左海龙.基于北斗卫星导航系统的旅行团管理定位系统设计研
[2]李红阳，
，
究[J].信息与电脑（
理论版）
2023，35（2）：14-17.
[3]陈天喜.基于GIS技术的遥感测绘数据集成处理系统设计[J].经纬天地，
2022（6）：31-33.
卢楠，等.林草智慧巡护管理系统设计与应用[J].林业资源管
[4]汪帅，郑红，
理，2022（6）：145-150.
[5]孙小涛.基于Skyline的森林防火指挥三维系统设计与应用[J].北京测
绘，2020，34（12）：1767-1771.
测试地图覆盖层的地图上的覆盖层能够正常显示，
显示并与地图背景相互配合
点击功能模块和按点击功能模块和按钮后，系统能
钮够正确响应，并执行相应操作
将设备HuaweiP40Pro连接到测试环境中安装并
并记录
运行，按照测试用例中步骤逐一对其执行测试，
每个测试用例实际结果。如果实际结果与预期结果一
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