基于移動(dòng)GIS技術(shù)的地名地址普查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 彥,徐占華,向 煜

(1.重慶數(shù)字城市科技有限公司,重慶 400020; 2.重慶市地理信息云服務(wù)企業(yè)工程技術(shù)研究中心,重慶 400020)

基于移動(dòng)GIS技術(shù)的地名地址普查系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張 彥1,2?,徐占華1,2,向 煜1,2

(1.重慶數(shù)字城市科技有限公司,重慶 400020; 2.重慶市地理信息云服務(wù)企業(yè)工程技術(shù)研究中心,重慶 400020)

介紹了基于移動(dòng)GIS技術(shù)的地名地址普查系統(tǒng)的構(gòu)建,包括移動(dòng)GIS地名地址普查系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)體系、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式和系統(tǒng)功能等。系統(tǒng)構(gòu)建的地名地址數(shù)據(jù)采集管理模式,實(shí)現(xiàn)了智慧城市地理信息公共服務(wù)共享平臺(tái)中地名地址數(shù)據(jù)層建設(shè),對(duì)促進(jìn)城市信息化的建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

移動(dòng)GIS;地名地址普查;一體化

1 引 言

地名地址是人們賦予某一特定空間位置上自然或人文地理實(shí)體的專有名稱,是人們工作、生活、交往不可缺少的工具。為了推動(dòng)智慧城市快速發(fā)展,各地紛紛開(kāi)展了地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè),其中地名地址數(shù)據(jù)作為平臺(tái)建設(shè)中的基礎(chǔ),更是受到了廣泛重視。目前,地名地址調(diào)查大多采用紙質(zhì)底圖進(jìn)行,存在采集效率低、定位錯(cuò)誤率高、項(xiàng)目保密性差、資源浪費(fèi)大、調(diào)查成果更新不及時(shí)等問(wèn)題,基于移動(dòng)GIS技術(shù)的地名地址普查系統(tǒng)解決了其中存在的各種問(wèn)題,調(diào)查數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng),采集效率高,能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)信息進(jìn)行查詢并及時(shí)反饋,并且在外出采集數(shù)據(jù)的時(shí)候,無(wú)需攜帶大的存儲(chǔ)設(shè)備,受天氣影響較小,保證了采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性,提高了采集效率[1]?；谝苿?dòng)GIS技術(shù)的地名地址普查作為一項(xiàng)新的地名地址普查方式,具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用分層式結(jié)構(gòu),基于面向服務(wù)(SOA)技術(shù),由應(yīng)用層、平臺(tái)層、數(shù)據(jù)層3層組成[2],如圖1所示。多層體系結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)與程序、數(shù)據(jù)控制與應(yīng)用邏輯分層獨(dú)立管理,能更嚴(yán)格地控制信息訪問(wèn)。數(shù)據(jù)傳遞中采用數(shù)據(jù)加密技術(shù),可進(jìn)一步減低數(shù)據(jù)失密的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 平臺(tái)框架圖

(1)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層由基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、院落門址數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)構(gòu)成,部署在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)服務(wù)器上。

(2)平臺(tái)層

在服務(wù)器端選用ArcGIS平臺(tái),采用.Net框架和SOA架構(gòu)。移動(dòng)端使用ArcGIS for Android作為基礎(chǔ)GIS平臺(tái),為上層應(yīng)用搭建基礎(chǔ)地理信息平臺(tái),通過(guò)抽象、封裝通用服務(wù)模塊,為各種應(yīng)用功能的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造便利條件。

(3)應(yīng)用層

應(yīng)用層是具體功能的實(shí)現(xiàn),包括基本地圖操作、移動(dòng)GIS采集、采集管理一體化、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、數(shù)據(jù)發(fā)布幾個(gè)子模塊,各個(gè)子模塊可單獨(dú)封裝,可實(shí)現(xiàn)重構(gòu)。

3 數(shù)據(jù)體系設(shè)計(jì)

3.1 概念模型設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)從地名地址普查的具體業(yè)務(wù)需求出發(fā),歸納出地名地址管理所需的基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、院落門址數(shù)據(jù)、輔助數(shù)據(jù)三大核心數(shù)據(jù),最后形成數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模型[3,4],如圖2所示:

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)體系設(shè)計(jì)

(1)基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)底圖,包括多種比例尺地形圖,航空、航天影像,多種比例尺的電子地圖柵格瓦片等。

(2)院落門址數(shù)據(jù)

院落門址數(shù)據(jù)為實(shí)地采集的院落和門址數(shù)據(jù),其中還包括多媒體數(shù)據(jù)。院落包括院落點(diǎn)和院落面兩種組織方式,門址點(diǎn)為對(duì)應(yīng)門牌號(hào)碼。

(3)輔助數(shù)據(jù)

輔助數(shù)據(jù)為系統(tǒng)功能運(yùn)行的數(shù)據(jù)支撐,包括拓?fù)渎肪W(wǎng)、POI、歷史數(shù)據(jù)等。其中拓?fù)渎肪W(wǎng)用于作業(yè)員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析;POI興趣點(diǎn),方便作業(yè)員識(shí)別地理位置,作業(yè)員在采集過(guò)程中可做適當(dāng)補(bǔ)充;單元格網(wǎng)為作業(yè)的工作區(qū),通常以行政區(qū)劃和小區(qū)邊界作為界限;支持?jǐn)?shù)據(jù)為用戶數(shù)據(jù)、消息歷史記錄,數(shù)據(jù)版本記錄等。

3.2 物理模型設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)方面,服務(wù)器端選用了Oracle的數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品,使用ArcSDE作為空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎,使用ArcGIS Server提供空間查詢展現(xiàn)服務(wù),數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如表1所示。在移動(dòng)端因數(shù)據(jù)量小,數(shù)據(jù)采用SQLite方式進(jìn)行存儲(chǔ)。為了方便對(duì)門址點(diǎn)進(jìn)行管理,在數(shù)據(jù)庫(kù)屬性設(shè)計(jì)中,還特別設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了雙重地址編碼結(jié)構(gòu),便于數(shù)據(jù)查詢[5～9]。

表1 數(shù)據(jù)分層結(jié)構(gòu)

續(xù)表1

4 運(yùn)行模式設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式分為移動(dòng)端、通信網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)器端4個(gè)部分。其中移動(dòng)端為一線作業(yè)人員的移動(dòng)采集設(shè)備,可為智能手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)設(shè)備,本系統(tǒng)采用平板電腦作為移動(dòng)端硬件。通信網(wǎng)絡(luò)層使用自由的2G/3G/wifi無(wú)線技術(shù),聯(lián)系移動(dòng)端和服務(wù)器端,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。在服務(wù)器端,部署了多個(gè)不同應(yīng)用的服務(wù)器,不同的應(yīng)用由不同的服務(wù)器響應(yīng),數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)由Web應(yīng)用服務(wù)器提供,GIS數(shù)據(jù)的空間查詢分析由GIS服務(wù)器提供。數(shù)據(jù)層中輔助數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上,空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在GIS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上。這種部署模式在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中進(jìn)行了數(shù)據(jù)加密,保證了信息的完整性、機(jī)密性,提升了系統(tǒng)性能。如圖3所示:

圖3 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式圖

5 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)利用嵌入式技術(shù),融合了通用的WebService標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)協(xié)議,在線地圖訪問(wèn)技術(shù),自由的2G/3G/wifi無(wú)線數(shù)據(jù)互聯(lián)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了多種媒體信息自由共享及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程訪問(wèn),形成一套產(chǎn)品化的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集解決方案—移動(dòng)GIS地名地址普查系統(tǒng)。

在功能上,系統(tǒng)通過(guò)加載在線(RESTSOAP)或離線地圖服務(wù)的形式快速訪問(wèn)多種格式和來(lái)源的地圖數(shù)據(jù);用戶操作上支持多點(diǎn)觸摸技術(shù);能使用數(shù)據(jù)捕獲設(shè)備(GPS、攝像頭等)采集新的GIS數(shù)據(jù);修改、編輯現(xiàn)有的GIS數(shù)據(jù);能進(jìn)行離線、在線、混合模式的數(shù)據(jù)同步;通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)規(guī)則單一編碼方式,全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)關(guān)聯(lián)多媒體數(shù)據(jù),不需要復(fù)雜的人工操作,便可把實(shí)時(shí)采集的多媒體數(shù)據(jù)直接上傳數(shù)據(jù)庫(kù);借助云GIS技術(shù),形成多樣化的云端應(yīng)用模式,滿足大量用戶的GIS應(yīng)用需求。

移動(dòng)GIS地名地址普查系統(tǒng)包括移動(dòng)端和服務(wù)器端兩種,兩者部署的主要功能如下:

表2 部署功能

5.1 基本地圖操作

實(shí)現(xiàn)了二維地圖的全圖顯示、地圖瀏覽、圖層控制、地圖縮放、距離量測(cè)、面積量測(cè)、疊加切換、鷹眼等功能,為采集人員提供了簡(jiǎn)單、快速的地圖瀏覽查詢工具。其中的底圖加載功能可以加載各種分辨率的航空航天影像、柵格瓦片數(shù)據(jù)、柵格矢量疊加的底圖等。同時(shí)支持在線或離線的方式進(jìn)行底圖數(shù)據(jù)的瀏覽和加載,系統(tǒng)界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)界面圖

5.2 移動(dòng)GIS采集子模塊(只部署在移動(dòng)端)

采集子模塊作為系統(tǒng)的主要功能,實(shí)現(xiàn)了外業(yè)數(shù)據(jù)即時(shí)采集,包括矢量數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)查詢、定位點(diǎn)采集、軌跡線采集幾個(gè)主要功能,能滿足外業(yè)采集地名地址點(diǎn)的需要,如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)采集圖

5.3 多媒體數(shù)據(jù)采集(只部署在移動(dòng)端)

該功能依托于采集終端的硬件配置,提供了拍照和攝像工具,在拍照后系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行編碼并與當(dāng)前門址點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián),通過(guò)較少的人工干預(yù),便可以實(shí)現(xiàn)多媒體數(shù)據(jù)采集,并在查詢的時(shí)候可聯(lián)動(dòng)顯示,如圖6所示。

圖6 多媒體數(shù)據(jù)采集

5.4 采集管理一體化子模塊

系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通,實(shí)現(xiàn)了野外采集管理一體化。管理者能及時(shí)分派作業(yè)員任務(wù),可監(jiān)控作業(yè)員的位置以及工作軌跡路線。作業(yè)員可規(guī)劃作業(yè)時(shí)間、順序及路線,向管理者上報(bào)工作情況。模塊還支持高效率的啟發(fā)式搜索算法,在嵌入式設(shè)備的資源有限條件下,通過(guò)索引搜索路徑,便于輕松簡(jiǎn)單地找到需要采集的路線。主要功能包括系統(tǒng)權(quán)限管理、采集工程管理、作業(yè)任務(wù)發(fā)放、作業(yè)員監(jiān)控、作業(yè)員工作量上報(bào)、作業(yè)員問(wèn)題反饋、最短路徑分析等。

5.5 數(shù)據(jù)質(zhì)檢子模塊

為了保證采集數(shù)據(jù)質(zhì)量,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)質(zhì)檢子模塊,包括屬性項(xiàng)檢查和空間拓?fù)潢P(guān)系檢查兩項(xiàng)功能。其中屬性項(xiàng)檢查,包括檢查屬性項(xiàng)是否為空,單個(gè)屬性重復(fù)檢查,門牌無(wú)錯(cuò)漏等功能。空間拓?fù)潢P(guān)系檢查,包括門址點(diǎn)應(yīng)落于院落內(nèi),門址點(diǎn)應(yīng)落于房屋,道路是否與院落面、房屋面相交,是否存在面重疊,院落面邊界是否穿越房屋等檢查功能。

5.6 數(shù)據(jù)發(fā)布子模塊

包括成果上傳和下載功能,提供在線/離線方式的成果上傳。成果包括采集的門址點(diǎn)、院落、道路矢量數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù),可以把移動(dòng)端的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器端。采集員如果有需要可以實(shí)時(shí)上傳采集路徑或當(dāng)前點(diǎn)位置,供管理者監(jiān)控,同時(shí)能下載實(shí)時(shí)工作底圖。

6 應(yīng)用情況

基于移動(dòng)GIS技術(shù)的地名地址普查系統(tǒng)已成功于成都市主城區(qū)的地名地址普查工作。2013年,利用移動(dòng)GIS地名地址普查系統(tǒng),順利完成了成都市主城區(qū)1.23萬(wàn)km2的地名地址普查工作,建成了地名地址云數(shù)據(jù)庫(kù)。普查過(guò)程中,錯(cuò)誤率從原來(lái)紙質(zhì)采集的3.8%降低到了1%,采集同樣面積的時(shí)間減少近一半,有效節(jié)約了建設(shè)成本和管理經(jīng)費(fèi)。實(shí)踐證明,利用本系統(tǒng)進(jìn)行地名地址普查,滿足了創(chuàng)建地理信息公共服務(wù)平臺(tái)地名地址數(shù)據(jù)層的相關(guān)技術(shù)要求,對(duì)促進(jìn)城市信息化的建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

7 結(jié) 論

本文提出的基于移動(dòng)GIS技術(shù)的地名地址普查系統(tǒng)技術(shù)體系設(shè)計(jì)合理、功能實(shí)用。系統(tǒng)將便攜式移動(dòng)GIS技術(shù)、SOA服務(wù)架構(gòu)、云數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等作為骨架技術(shù),根據(jù)實(shí)際普查工作中的需求,開(kāi)發(fā)出了移動(dòng)GIS采集子模塊、多媒體數(shù)據(jù)采集子模塊、數(shù)據(jù)質(zhì)檢子模塊、數(shù)據(jù)發(fā)布子模塊等具有較高應(yīng)用價(jià)值的系統(tǒng)功能,滿足了智慧城市地理信息公共服務(wù)共享平臺(tái)中地名地址數(shù)據(jù)建設(shè)的要求,在實(shí)際應(yīng)用中取得了豐碩的成果。

由于本次研究的時(shí)間有限,系統(tǒng)仍在較多不足,在后續(xù)研究中,將在以下幾個(gè)方面進(jìn)行更深入研究:

(1)數(shù)據(jù)質(zhì)檢工具中對(duì)數(shù)據(jù)格式要求比較固定,質(zhì)檢功能比較單一,在后續(xù)研究工作中將加以改進(jìn)。

(2)增強(qiáng)系統(tǒng)可重用性,爭(zhēng)取在更多行業(yè)中得到更為廣泛的應(yīng)用。

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Design and Implementation of Address Survey System Based on Mobile GIS

Zhang Yan1,2,Xu Zhanhua1,2,Xiang Yu1,2
(1.ChongqingCybercitySci-tech Co.,Ltd,Chongqing 400020,China; 2.Chongqing Enterprise Engineering Technology Research Center on Geographic Information Cloud Service,Chongqing 400020,China)

This article introduces theconstruction of the addresssurveysystem based on mobile GIS.It also introduces the framework,data systems,network operation mode and functions of the addresssurveysystem.The address data collection management mode,realized the construction of address data layer for geographic information public service platform.It is of great significance to promote the sustainable development of city construction and economic information.

mobile GIS;address data;integrated

2014—05—30

張彥(1983—),女,工程師,主要從事地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)工作。

重慶市科委科技人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(cstc2013kjrc-tdjs40001)