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使用开源技术开发用于空间数据收集的移动映射解决方案
摘要
信息技术和体育资源有助于转变政府组织服务的潜力，并分别为可持续社区发挥重要作用。结合用户友好和定制数据交互（表格，制图，媒体支持）的低成本工具仍处于早期阶段。认识到莫桑比克青年和体育部长（MJD）能够实现采用低成本数据收集解决方案所带来的效率，效益和公民接近度本文描述了地理空间信息系统（GIS）制图应用程序的开发和实施（应用程序）m-SportGIS在开源（OS）技术下，定制渐进式和增量式方法。该应用程序开发采用移动网络技术和应用程序编程接口（API）（例如Sencha Touch（ST），Apache Cordova）的组合来部署本机到设备（运行Android OS 4.0的三星Galaxy Tab 2）应用程序，利用设备功能（例如文件系统，地理定位，相机）。除了集成的网络地图服务（WMS）之外，还开展了一个平铺缓存过程，以生成一个关于莫桑比克几个地区的IT基础设施局限性的独立于网络（离线）的瓦片地图服务（TMS）。
m-SportGIS目前正在被莫桑比克政府工作人员利用来清点所有类型的体育设施，这些体育设施为管理莫桑比克体育资源提供了一个WebGIS平台。
关键词：移动测绘，空间数据采集，混合软件开发，MVC，地图服务，Sencha Touch，Apache Cordova
1 介绍
政府组织提供有关国家人口，经济，服务和资源的关键数据。这些机构面临越来越大的社会和金融压力，在其内部和周边开发和实施信息和通信技术（ICT），为社会和现代化提供新的范式，致力于电子公共服务。在过去的这些年里，在手持移动电脑（智能手机，平板电脑，个人数字助理和笔记本电脑）的使用方面取得的显着成功已经引起了各个领域的数据收集工作的注意。数据收集被认为是任何数据库存项目中最耗时，最昂贵和最容易出错的任务之一。手持式计算机具有减少纸质数据采集方法的逻辑负担，成本和错误率的潜力;但是缺乏合适的，定制的和技术性的低成本解决方案。信息系统（IS）行业的显着持续增长为有趣的软件应用开发和实现创造了机遇和挑战。从这个意义上说，地理信息系统（GIS）和电子公共管理服务进入了一个共同的领域。 GIS数据系统可以轻松存储和操纵，组合和相互关联空间真实世界对象（例如政治边界，道路，设施位置）。与其他数据源相关联的空间数据为利用空间维度的社会经济活动的许多方面提供了有效的规划，决策和管理手段。
技术（ITs）是特别低成本解决方案的类别。 移动计算系统和硬件正在通过将GIS从桌面移动到用户手中来改变移动测绘技术的使用方式，提供数据采集，数据准确性和完整性的灵活性 - 实时验证，减少错误和处理成本 - 更多信息 只需要更少的时间和精力，更快的通信协议和高生产力，从而使移动成为GIS的诱人方面。
集成了基于位置的服务，数字定位，无线通信和传感技术的平板电脑成为能够将地理空间数据直接收集到数字环境中的低成本硬件解决方案，以更快捷和更实用的方式促进现场数据收集，并改进数据处理和可用性，包括其在数据库中的转移和存储，具有一系列科学背景。移动Web开发依赖于一系列技术，这些技术正在向计算主流开放，允许编写Web应用程序（通过浏览器访问），这些应用程序视觉上丰富，能够作为所谓的本地应用程序。移动设备最新趋势的优势之一是可以使用功能丰富且完全符合标准的移动网络浏览器（例如Chrome，Safari），支持HTML5，Cascading Style Sheets（CSS），Javacript （JS）以及其他标准技术，如离线存储，网络连接和多媒体[8]。任何移动网络应用程序的成功取决于两个因素：设计和性能。为了获得更好的性能，技术应该受益于脱机功能（存储，缓存），UI上的动画以及通过RESTful或Web Socket端点检索和发送数据的后端服务。每个网络连接经常会遇到与在线服务（后端服务）的限制，因此在离线工作时会考虑到移动开发特性。集成web映射的解决方案如果放置离线地图服务会更有优势;这种方法基于缓存技术，该技术使用地图服务器（例如MapServer，GeoServer）工具来预先渲染图块以响应用户请求。利用Web存储（又名本地存储或DOM存储）将对象存储在后台可以产生另一种更好的UX（用户体验） - 双重概念：在客户端可以完成的功能越多，网络和更好的UX提供。客户端存储依赖于传递给浏览器存储API的数据，该数据存储在本地设备上，依赖于任何JS对象的简单键 - 值对（项）结构。新的应用程序依赖于某种持久行为的数据存储，以便有用，并通过服务器端数据库或HTML5存储容量来处理它：Web存储，Web SQL数据库，索引数据库和文件访问。客户端存储安全依赖于同源原则（Web的安全模型） - 存储与创建它的站点（域/子域）的起源绑定，因此它不能被任何其他来源访问。商店和起源相关联1：N，其中N是由当前浏览器/来源表示的不同存储机制的数量。
应用程序的力量来自人们贡献和创造内容的能力。 管理数据并在使用用户界面（UI）框架小部件的移动屏幕上显示它是用户与数据交互的主要方式。 优化移动标签意味着利用新的输入类型，属性和掩码，使移动输入比以往更容易，为顺序，非线性和上下文形式选择方便的布局，并使用移动设备调整输入字段（例如表单） 设备功能。
2.企业软件应用开发的背景
信息管理对于企业环境中的创新至关重要，它代表了创建，存储和共享信息和知识以改善组织和业务绩效，专业知识和竞争情报的过程。 根据项目任务的范围，企业软件开发及其质量控制评估潜力巨大，因此建立适当的软件开发，测试和维护环境对成功至关重要。 如果没有适当的框架，架构和软件模型，软件开发可能非常复杂。 有用的实现方法可以使软件开发人员与用户/利益相关者进行交流，在开始开发之前整合设计，进行更好的需求分析，优化生产成本，加速开发并使代码具有灵活性/可重用性。
组织鼓励信息系统开发方法（ISDM）构建，规划和控制开发新软件的过程。在IS开发中采用了多种方法变体，软件工程师努力选择一个适用于所有开发情形的方法。尽管如此，他们仍然依靠可行性研究，系统调查，系统分析，系统设计，实施以及审查和维护保持基本结构（图1）。方法是循序渐进的程序，在系统开发生命周期（SDLC）的不同阶段进行开发活动，组织一套连贯的行为和技术行为，规定如何解决具有所需功能和质量的开发问题。原型和敏捷方法论基于这样的想法，即规划所有需求和意外事件，除了微不足道的系统开发是不可能的;预先实施的系统分析（全部建议系统所需的特定功能）可能无法涵盖所有相关要求，并且当系统设计得更详细并且实施良好时，这些分析最终会出现，从而导致更高的项目成本。通过加速开发过程的工具，开发人员可以快速创建伪工作模型（小规模版本），以收集利益相关者对系统设计，功能的反馈意见，用户界面（UI）等。图2描绘了这里提到的主要软件开发哲学之间的广泛比较。 n信息系统开发（ISD）实施应包括社会技术分析，以确定哪种模式和方法学最有效满足项目要求
3.地理信息系统绘图：相关工作
现代移动测绘设备的潜力已经在多个领域的电子地理空间信息收集中得到了解决，然而它仍处于早期阶段，而且将直观定制和丰富的orm与地图相结合的低成本解决方案尚未普及。
移动GIS的例子在生物学（例如流行病学，生态学）和环境监测（例如EpiCollect1，Magpi2）中被注意到;研究人员和公共卫生医师利用手机来盘点和管理土壤污染场地，动植物物种等数据，并通过互联网服务直接提交数据库或统计软件包，这些数据库或统计软件包可进一步与地理信息相关联，进行空间分析和规划。IBM Almaden研究中心设计了一款iPhone应用程序 Creek Watch3来监控流域;使用手机GPS功能的用户可以拍照并根据观察结果提交关键数据[40]。加利福尼亚大学洛杉矶分校的嵌入式网络传感中心（CENS）也开发了一个Android应用程序，通过制作带有地理标签的观察和拍摄照片，研究栖息地破坏的传播，以在圣莫尼卡山区定位入侵物种入侵植物和动物（What Invasive）。
华盛顿大学的计算机科学家已经推出了一个Android应用程序Ultra MobileField GIS来获取公共设施（例如自行车停车场和他们的容量，停车场以及非法垃圾场）的地理参考数据，以帮助管理员维护校园土地披肩并管理学生设施。将特殊传感器与手机对接也已经在澳大利亚城市空间中运行以环境为中心的应用程序（例如Haze Watch4）这些“移动站”负责进行空气质量监测，收集环境参数，作为与空气质量或噪音污染有关的地理数据。移动台收集的测量结果不如定点台站准确，但能够识别移动的不可预知事件。英格兰沿海地区管理研究的现场工作人员采用空间数据采集技术，包括媒体信息 - 数字照片以提供研究区域的视觉记录 - 随时间推移确定海岸线移动（侵蚀）。由于空气污染软件应用程序，结合GIS现场工具和因特网，美国环境保护署和加利福尼亚环境保护局，已经建立了关于空气污染物和温室气体排放的空气质量管理系统，以生产基于GIS的排放清单。为了收集原始数据的准确性，地质学家和地球科学用户（石油和采矿工业）采用移动GIS进行地质现场测绘（地层，岩石和结构信息），为国土规划，矿产勘查，和工程地质学。在涉及大量数据的传统数据测量和处理方法需要高强度劳动力的森林管理清单中，林业科学工作者密切关注与遥感图像，矢量地图和栅格地图相结合的移动测绘。移动GIS支持现代电子政府林业服务 - 电子林业 - 集成自动测绘和仓储。在参与式规划项目（如国家空间数据基础设施（SDI））的背景下，美国公民利用手机登记，绘制和跟踪几乎所有与空间分析相关性都可想象的事物;移动设备被视为“网络移动个人测量工具”。
4.开发m-SportGIS
关于基于移动网络的项目特征的性质，如规模和功能方面的不断发展的需求，演化和增量软件开发方法被认为是m-SportGIS开发的经济实惠的解决方案; 然而，基于[50]的考虑，由于政府组织的行为，人们认为需要一定量的方法调整，以便利用任何方法，或者实际上是几种方法的组合。 同样，确定大多数公司采用混合或定制方法作为系统设计中最常采用的方法，其次是传统SDLC和快速应用程序开发（RAD）或敏捷开发方法。
为了继续为MJD部署定制的低成本移动GIS解决方案，我们开发了一款基于OS和混合（本地到设备）技术的应用程序，提供用户友好的布局，集成了定制数据（150个表单域分解为现场技术人员，体育设施，体育活动，技术规格和一般特征信息）和地图界面（坐标以及在线和离线地图服务）。技术人员直接在客户端平台中输入数据，并通过模型进行验证，并将其主要存储在本地（HTML5 Web Storage：LocalStorage）。保存的数据适合使用通信技术（异步JavaScript和XML（Ajax））发送到中央空间数据库（服务器端）。在服务器端实施的空间数据库与WebGIS平台 - “Atlas Desportivo Nacional deMoccedil;ambique”进行通信 - 试图对数据进行可视化，查询和分析，并创建体育设施和服务的统计数据和报告。 WebGIS是在一个后处理项目中进行的，该项目体现了Sport SDI的概念。完整的集成系统如图3所示分解。
第一个大型项目阶段考虑了结构化系统分析和设计方法（SSADM）（一种基于瀑布的方法）方法的原则，考虑基础软件实施分析来设置需求和计划IT策略。该分析考虑了实施软件解决方案所需的硬性和软性技能，最终用户的类型，成本估算以及应用程序开发生命周期中涉及的风险。利益相关者（莫桑比克政府）和软件开发人员和管理人员（ISEGI）之间举行会议，讨论和规划主要项目指导方针。此外，根据利益相关者反馈的结果和当前可用的低成本ICT（移动和网络技术）进行了技术分析，以便有效实现目标（图4）。第二个重要阶段根据原型模型（RAD和敏捷方法）设计了一个关注所定义规格的应用程序模型，以便获得有关客户反馈的低成本和快速产品功能。它启动了一个迭代操作，包括构建拟建应用程序（模型驱动）的模型（使用OS铅笔项目），以最终产品的总体功能呈现合适的展望，最大限度地减少不完整或不足的风险的问题。下一个重要阶段的重点是创建完整的应用程序，由最后一个模型驱动的解决方案驱动，使用基于Web和移动技术的OS资源以及Web地图服务。考虑到用户在使用过程中可能遇到的基础设施和环境（设备：Samsung Galaxy Tab 2 7“和10.1”;操作系统： Android版本4.0）。还编写了技术文件（手册），用户培训在莫桑比克进行。后来，在莫桑比克政府平台上推出了一个精致的官方应用程序版本（图5）及其文档。目前正在进行维护期，用户支持，技术更正，更新（例如新功能）和改进，以增加产品的价值。
4.1 m-sportGIS部署的技术
4.1.1 编码方法
诸如Android平板电脑的移动设备今天构成了具有移动性和情境感测能力的方便的客户端计算设备。针对移动领域的设计迫使开发人员接受这些限制（例如，小屏幕尺寸，轻型内存，网络条件的变化），以及在网络浏览器上支持新功能的创新移动体验的创造[27,53]。移动渠道引导我们提出诸如哪些代码方法可以被占用，哪些测试平台，库和资源支持可以用于适当的开发[8]等问题。决定因素最终是用户对移动解决方案的需求和期望，开发人员的能力，项目规格，可用于管理和安全问题，预算，时间线和长期目标。本地基于代码的应用程序“本地”运行，以授予对设备功能（例如相机，文件系统）的最佳访问权限，以确保最佳用户体验。尽管如此，开发人员在为另一个设备构建应用程序时，无法重新使用UX的设备;他们需要具体移动供应商SKD和IDE中的专家的技能来处理其用户期望的惯例（例如Apple的iOS要求Objective-C; Google的Android依赖于Java）。从用户的角度来看，移动网络基本上落在从移动设备访问的网页内容中;从开发者的角度来看，移动网络是一组最佳实践，设计模式和新代码。现代手机
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