移動(dòng)GIS版地理國(guó)情外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳曉寧，劉金榜

（1.陜西省第二測(cè)繪工程院，陜西 西安 710054；2.重慶市勘測(cè)院，重慶 401121）

移動(dòng)GIS版地理國(guó)情外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳曉寧1，劉金榜2

（1.陜西省第二測(cè)繪工程院，陜西 西安 710054；2.重慶市勘測(cè)院，重慶 401121）

針對(duì)地理國(guó)情普查或監(jiān)測(cè)外業(yè)的工作內(nèi)容和要求，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套移動(dòng)GIS版外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)產(chǎn)品，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)，如地圖瓦片和緩存、嵌入式矢量數(shù)據(jù)管理和內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等技術(shù)方法進(jìn)行了研究和開發(fā)。應(yīng)用證明，本產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相比，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

地理國(guó)情普查；移動(dòng)GIS；嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

地理國(guó)情普查或監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)已經(jīng)成為我國(guó)測(cè)繪地理信息行業(yè)一項(xiàng)常態(tài)化業(yè)務(wù)。這項(xiàng)業(yè)務(wù)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)是根據(jù)地理國(guó)情普查或監(jiān)測(cè)任務(wù)技術(shù)要求，利用遙感影像和收集到的已有矢量或影像數(shù)據(jù)在野外環(huán)境進(jìn)行調(diào)繪并對(duì)比核查數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。通常的作業(yè)方法是采用紙質(zhì)的地圖或正射影像圖作為地圖。存在的問題是明顯的，如攜帶不方便，GPS坐標(biāo)難以與地圖坐標(biāo)匹配，修改編輯不方便，內(nèi)業(yè)需要重新轉(zhuǎn)繪，輔助資料難以疊加使用[1-2]。一種新的作業(yè)手段是使用移動(dòng)GIS版電子調(diào)繪系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的多數(shù)是為遙感測(cè)繪或土地調(diào)查等類似業(yè)務(wù)服務(wù)的，在應(yīng)用中存在許多不便之處。針對(duì)地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)與常規(guī)的地圖測(cè)繪和國(guó)土調(diào)查業(yè)務(wù)的區(qū)別，設(shè)計(jì)開發(fā)一種專用的地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)產(chǎn)品十分必要。

1 技術(shù)分析

在生產(chǎn)實(shí)踐中，地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)的通常作業(yè)流程是首先對(duì)地表覆蓋分類和地理國(guó)情要素內(nèi)業(yè)無(wú)法確定的類型、邊界和屬性進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，其次是對(duì)內(nèi)業(yè)處理的成果進(jìn)行正確性核查，然后對(duì)調(diào)查和核查過(guò)程有關(guān)信息，如類型、屬性、解譯樣本和核查軌跡等進(jìn)行記錄。最后將外業(yè)成果導(dǎo)入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行整合和更新編輯。其數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)流程可以概括為7個(gè)階段，如圖1所示。

首先進(jìn)行地理國(guó)情普查與監(jiān)測(cè)前期的準(zhǔn)備，然后根據(jù)一定的判繪經(jīng)驗(yàn)和前期準(zhǔn)備的樣本數(shù)據(jù)集進(jìn)行內(nèi)業(yè)解譯；內(nèi)業(yè)解譯完成后，制作外業(yè)調(diào)繪的底圖和外業(yè)調(diào)繪采用的初始數(shù)據(jù)庫(kù)；外業(yè)解譯調(diào)繪完成后，需要將外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為內(nèi)業(yè)解譯軟件能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)格式，進(jìn)行清繪和內(nèi)外業(yè)整合；內(nèi)外業(yè)整合完成后經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢查形成階段普查成果。經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)核準(zhǔn)和質(zhì)量檢查后就可以成果入庫(kù)。

圖1 地理國(guó)情普查生產(chǎn)技術(shù)流程

就整個(gè)生產(chǎn)流程而言，有3部分需要大量時(shí)間：①內(nèi)業(yè)采集。需要采用人機(jī)交互的方式對(duì)地表覆蓋分類進(jìn)行解譯，對(duì)地理國(guó)情要素進(jìn)行分類采集，需要大量的時(shí)間。②外業(yè)調(diào)繪。外業(yè)調(diào)繪的過(guò)程中需要對(duì)內(nèi)業(yè)不確定的要素進(jìn)行調(diào)查，確定的進(jìn)行一定程度的核查，收集資料、采集樣本等。③內(nèi)外業(yè)整合。需要根據(jù)外業(yè)調(diào)繪結(jié)果對(duì)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和修改，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、接邊并進(jìn)行元數(shù)據(jù)的制作。

本文結(jié)合地理國(guó)情普查生產(chǎn)技術(shù)流程、任務(wù)內(nèi)容、特點(diǎn)和需求，提出了基于移動(dòng)GIS技術(shù)的內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)方案，如圖2所示。

圖2 內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)方案

本技術(shù)方案對(duì)整個(gè)流程實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化處理，內(nèi)業(yè)前期數(shù)據(jù)處理的結(jié)果可以直接導(dǎo)入平板電腦系統(tǒng)，外業(yè)調(diào)查和核查后的數(shù)據(jù)成果可以直接轉(zhuǎn)換為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)格式，供內(nèi)業(yè)人員進(jìn)一步數(shù)據(jù)處理。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

本文根據(jù)所提出的內(nèi)外業(yè)一體化技術(shù)方案，基于安卓平板電腦平臺(tái)，采用離線移動(dòng)GIS的C/S體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了由硬件支持層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層和表示層構(gòu)成的系統(tǒng)4層架構(gòu)，如圖3所示。

2.2 數(shù)據(jù)圖層設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基于SQLite和Spatialite技術(shù)，用于對(duì)外業(yè)調(diào)繪所涉及的影像解譯的地表覆蓋數(shù)據(jù)、國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)、補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)、樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)、GPS軌跡數(shù)據(jù)、作業(yè)員信息數(shù)據(jù)等進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)圖層設(shè)計(jì)如表1所示。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)圖層設(shè)計(jì)

2.3 屬性表設(shè)計(jì)

SQLite關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)支持的數(shù)據(jù)類型有NULL、INTEGER、REAL、TEXT和BLOB 5種數(shù)據(jù)字段類型。根據(jù)外業(yè)調(diào)繪的數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫(kù)屬性表的設(shè)計(jì)如表2所示。屬性數(shù)據(jù)使用Spatialite_GUI工具進(jìn)行輸入。

表2 屬性表設(shè)計(jì)

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)外業(yè)調(diào)繪的工作需求，系統(tǒng)的主要功能包括4大類，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

2.5 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的主要功能是基于Android4．1．2和ArcGIS for Android API 10．1．1開發(fā)的。系統(tǒng)功能操作界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)界面

數(shù)據(jù)加載功能主要用于向系統(tǒng)導(dǎo)入內(nèi)業(yè)前期處理的底圖數(shù)據(jù)，其加載過(guò)程如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)加載流程

定位圖幅功能是為了定位當(dāng)前位置屬于哪個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖幅所涉及的自動(dòng)減災(zāi)底圖數(shù)據(jù)的功能，如圖7所示。

圖7 定位圖幅流程

GPS功能主要包括GPS定位、GPS采集和GPS軌跡等信號(hào)的接收和處理以及數(shù)據(jù)的記錄。其功能流程如圖8所示。調(diào)繪功能是系統(tǒng)的核心功能，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)繪過(guò)程產(chǎn)生的幾何和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。功能流程如圖9所示。

圖8 GPS功能流程

3 關(guān)鍵技術(shù)

移動(dòng)GIS平臺(tái)集成了GIS、移動(dòng)定位、無(wú)線通訊、嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、陀螺儀、感應(yīng)器等多種前沿技術(shù)，并通過(guò)接口和開放的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)和桌面系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和共享，為用戶提供實(shí)時(shí)定位、信息查詢、路徑導(dǎo)航等功能。但移動(dòng)GIS終端設(shè)備的資源有限性和使用環(huán)境的復(fù)雜性等缺陷也是明顯的，如在處理速度、存儲(chǔ)容量、內(nèi)存和顯示等方面能力有限。針對(duì)這些問題，本文研究解決了一些關(guān)鍵技術(shù)問題。

圖9 調(diào)繪功能流程

3.1 地圖瓦片和緩存設(shè)計(jì)

地圖瓦片是一種靜態(tài)的地圖切片和地圖預(yù)緩存組成的技術(shù)，是金字塔結(jié)構(gòu)的變分辨率圖形圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示技術(shù)[3]。本文根據(jù)系統(tǒng)的具體使用特點(diǎn)和要求，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)性地設(shè)計(jì)了瓦片分割和緩存方案。對(duì)原點(diǎn)、分級(jí)、瓦片大小、格式、分割方法等進(jìn)行了具體設(shè)置。采用了ArcGIS 10支持的緊湊型瓦片緩存文件格式，將切片數(shù)據(jù)和索引數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在bundle和bundlx文件中。

3.2 嵌入式矢量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在本文中，采用Spatialite進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和操作。SQLite是一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，Spatialite是SQLite的一個(gè)空間擴(kuò)展，提供了豐富的矢量數(shù)據(jù)庫(kù)管理和操作功能，是SQLite的空間數(shù)據(jù)引擎。SpatiaLite支持OGC的SFS（簡(jiǎn)單要素獲取規(guī)范：Simple Feature Access）規(guī)范[4]，作為一個(gè)單一的二進(jìn)制文件也被用來(lái)作為GIS矢量地理空間數(shù)據(jù)交換格式。數(shù)據(jù)索引采用R-tree索引方法。

3.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法

外業(yè)調(diào)繪成果需要將Spatialite數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為桌面GIS軟件支持的數(shù)據(jù)格式，本文的轉(zhuǎn)換方法是轉(zhuǎn)換為ArcGIS的Personal Geodatabase或File Geodatabase格式。其技術(shù)流程如圖10所示。

圖10 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

采用符合OGC標(biāo)準(zhǔn)的WKT和WKB空間數(shù)據(jù)格式作為轉(zhuǎn)換的中間格式是實(shí)現(xiàn)2種數(shù)據(jù)文件格式換換的關(guān)鍵。Spatialite是以內(nèi)置的二進(jìn)制大對(duì)象存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)。先將Spatialite的這種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為WKT和WKB空間數(shù)據(jù)格式，然后再轉(zhuǎn)換為ArcGIS的Geodatabase格式。具體方法是分別將WKT和WKB的PIONT、LineString和Polygon轉(zhuǎn)換為ArcGIS定義的點(diǎn)、線、面等要素類型。然后存儲(chǔ)到相應(yīng)的轉(zhuǎn)換后的圖層。技術(shù)流程如圖11所示。

圖11 轉(zhuǎn)換技術(shù)過(guò)程

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)地理國(guó)情普查外業(yè)調(diào)繪的具體業(yè)務(wù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)的移動(dòng)GIS版調(diào)繪系統(tǒng)具有針對(duì)性，經(jīng)實(shí)際工作試用，與同類產(chǎn)品相比具有一定技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在緩存技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等方面具有一定的技術(shù)特色。但也存在一些不足，如編輯功能不夠完善、批量修改功能較弱等，需要進(jìn)一步完善。

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B

1672-4623（2016）06-0041-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.014

陳曉寧，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿z影測(cè)量與遙感。

2016-04-07。

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家測(cè)繪地理信息局資助項(xiàng)目（2016KJ0301）。