測繪地理信息移動采集與管理服務平臺研究與應用

周旺輝，蔡東健，王 濤

(蘇州工業(yè)園區(qū)測繪地理信息有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

在傳統(tǒng)測繪作業(yè)方式中，首先，分析、收集任務的影像、地形圖，制成紙質地圖、影像及表格；然后，在紙質地圖、影像上標繪采集信息，紙質表格中記錄采集相關屬性信息，并使用GPS、全站儀等數(shù)據(jù)采集設備獲取目標位置并記錄；最后，回到辦公室將采集的數(shù)據(jù)展至成圖平臺，參考紙質地圖的標繪信息進行數(shù)字化成圖，同時把與其相關聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫。這種數(shù)據(jù)采集方法偏重于空間位置測量，忽略了其他屬性信息，比如采集時間、照片信息等。這種作業(yè)方式主要存在數(shù)據(jù)采集成本高、效率低、時效性差、易出錯等不足[1-3]。測繪作業(yè)管理主要基于OA系統(tǒng)管理，以文檔形式進行任務分配管理，無法基于項目的精確位置進行把控，難以實現(xiàn)精確分配和實時掌控[4]。因此，為了實現(xiàn)快、準、全的測繪地理信息采集模式，增強數(shù)據(jù)采集時的數(shù)據(jù)共享與協(xié)同性，實現(xiàn)內外業(yè)一體化，提高測繪項目智能化管理水平，亟需開展測繪地理信息移動采集與管理服務平臺的研究。

針對上述背景，本文以Android平板電腦為采集終端，研究多源GNSS設備與采集終端端的數(shù)據(jù)通訊及處理、基于云服務的移動系統(tǒng)搭建以及Microstation V8i的內業(yè)成圖自動化等內容，開發(fā)完成了一套測繪地理信息移動采集與管理服務平臺，制定統(tǒng)一的成圖標準，實現(xiàn)了外業(yè)測繪地理信息的移動采集、內業(yè)成圖自動化及以圖管項目，即內外業(yè)一體化。

1 需求分析

測繪地理信息從業(yè)者作為位置信息的采集者，往往是基于位置服務的提供者，隨著信息技術的快速發(fā)展，如何在數(shù)據(jù)采集的同時為自己或者同伴提供數(shù)據(jù)服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集實時共享與協(xié)同作業(yè)、內外業(yè)采集編輯一體化、測繪項目智能化管理正逐步實現(xiàn)[5]。本文將移動GIS技術、GNSS技術和無線網絡通信技術相結合，研制通用的測繪地理信息移動采集與管理服務平臺，實現(xiàn)信息采集與管理服務的智能化[6-9]。

1.1 快、準、全的數(shù)據(jù)采集模式

快——免去作業(yè)前的測繪資料整理，現(xiàn)場直接加載最新各類專題數(shù)據(jù)庫，實時輔助信息采集；屬性采集實現(xiàn)智能感知及記憶功能，減少外業(yè)過程的數(shù)據(jù)編輯量；準——實現(xiàn)外接GNSS設備與移動端的通信與數(shù)據(jù)處理，精確定位；全——空間位置、屬性數(shù)據(jù)、照片視頻數(shù)據(jù)均可采集與編號入庫。

1.2 協(xié)同化作業(yè)

平臺支持測量數(shù)據(jù)的實時上傳與下載，移動終端可以實時顯示所有人員已測繪的點位，實現(xiàn)多人同時測繪時數(shù)據(jù)共享，不同作業(yè)人員可以很好地協(xié)同作業(yè)，不會出現(xiàn)漏測、錯測、復測等情況，見圖1。

圖1平臺數(shù)據(jù)流程圖

1.3 測繪項目管理智能化

測繪作業(yè)時位置信息回傳至服務器，管理人員基于平臺，實時查看各項目位置信息、時間屬性、任務狀態(tài)等信息，可以根據(jù)空間位置、時間分布進行查詢、統(tǒng)計與分析，實現(xiàn)信息化管理。

1.4 安全、穩(wěn)定的WebService

在移動終端與服務器間建立安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效上傳與下載、傳輸穩(wěn)定、訪問安全、在線與離線雙重訪問方式等特性[10-12]。

1.5 內業(yè)自動化成圖

內業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對外業(yè)采集終端采集的數(shù)據(jù)進行解析，根據(jù)屬性進行精細化、自動化編輯處理[13]。

2 平臺設計

2.1 架構設計

平臺采用分層設計，從邏輯上劃分為4個層，即基礎設施層、數(shù)據(jù)層、服務層以及應用層(見圖2)。每個層內部完成屬于自己的任務，層與層之間通過接口聯(lián)系。將平臺的組件分別放置在不同的層內，同一層的組件具有較高的內聚性，不同層之間保持松散耦合。

2.2 基于云服務的移動系統(tǒng)設計

基于云服務技術，將系統(tǒng)服務數(shù)據(jù)存儲于云端，完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲與管理，并從云端將數(shù)據(jù)提供給移動用戶，保證用戶隨時隨地的獲取服務數(shù)據(jù)，即實現(xiàn)“在線模式”和“離線模式”相結合的新型應用模式(見圖3)。平臺充分考慮高度虛擬化、高度資源共享要求，評估可彈性空間和可擴展性，整合資源構建大數(shù)據(jù)云，將數(shù)據(jù)分布式存儲于數(shù)據(jù)中心的防火墻內，提供對數(shù)據(jù)安全性和服務質量的有效控制。從動態(tài)角度通過行為建模來設計平臺運行中的數(shù)據(jù)流過程，采用“系統(tǒng)自適應管理策略”來實現(xiàn)不同網絡條件下 “在線模式”和“離線模式”之間無縫自由切換，同時保證服務數(shù)據(jù)的連貫性和準確性。

圖2平臺架構圖

圖3基于云服務的移動系統(tǒng)工作原理

3 平臺主要功能及實現(xiàn)

3.1 平臺功能模塊

根據(jù)上述平臺架構設計，深挖業(yè)務需求，設計并實現(xiàn)了如下平臺功能(見圖4)。平臺主要包括三部分內容：平臺服務系統(tǒng)、外業(yè)信息采集終端以及內業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。為了實現(xiàn)平臺的普適性、高效性，采用模塊式開發(fā)并支持不同測繪標準的高度自定義。

圖4平臺功能模塊

3.2 平臺服務系統(tǒng)

(1) 測繪標準自定義。為了能夠適應不同區(qū)域、不同項目類型的采集要求，平臺支持測繪標準自定義。用戶根據(jù)項目類型、需要采集的信息，在平臺中任意定義字段及屬性約束。以管線測量為例，管線標準自定義流程為：新建管線標準、新建管線大類、添加管線小類、管點屬性添加、管段屬性添加等。屬性支持分級設置、智能記憶、輸入約束等功能，極大提升外業(yè)終端采集效率。

(2) 坐標系自定義。由于不同區(qū)域設置了當?shù)爻鞘凶鴺讼担酒脚_支持用戶自定義坐標系，以確保在任意城市均可以準確測量至要求的坐標系。坐標系自定義支持用戶定義轉換七參數(shù)、投影參數(shù)等。

(3) 項目管理。根據(jù)管理需要對項目進行分類，如項目類型、項目區(qū)域、項目負責人、項目狀態(tài)等，方便管理者以不同視角掌握單位生產運營情況，及時調配資源。結合電子地圖或影像圖等，將項目位置和范圍標繪在地圖上直觀展示，基于地圖查詢定位項目，達到以圖管項目的目的。

3.3 外業(yè)信息采集終端

(1) 基于多源GNSS設備與采集終端的數(shù)據(jù)通訊與處理。采集終端實現(xiàn)了與多款GNSS設備互聯(lián)通訊，分析各類GNSS設備開放的藍牙通信內容，解析串口轉藍牙通信協(xié)議(見圖5)[14]。采集終端讀取GNSS數(shù)據(jù)，并根據(jù)NMEA-0183協(xié)議內容，快速提取日期、時間、精度、緯度、速度和殘差等有用信息[15]。考慮存在衛(wèi)星信號丟失等問題，移動端內置GPS定位與外接GNSS設備定位間進行無縫切換。

圖5多源GNSS設備與采集終端的數(shù)據(jù)通訊與處理

(2) 數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了多樣化的地圖顯示與定位功能，可以實現(xiàn)采集的數(shù)據(jù)、背景地形數(shù)據(jù)以及各種專題數(shù)據(jù)進行顯示、縮放、定位、瀏覽及圖層控制等操作(見圖6)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以采集包括管線、地形、部件在內的各種空間位置數(shù)、屬性數(shù)據(jù)、照片視頻數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設計并實現(xiàn)了智能記憶、根據(jù)使用頻次自定義屬性順序、邏輯判斷、特殊顏色標識、mdb反導標繪等，減少用戶采集過程中的輸入頻次，避免漏測，真正達到數(shù)據(jù)采集的高效與完整性。

圖6數(shù)據(jù)采集界面

(3) 基于自適應策略的數(shù)據(jù)訪問與傳輸。當外界網絡條件穩(wěn)定時，平臺首選“在線模式”下工作，即采集終端通過現(xiàn)有的GPRS、CDMA、3G或者4G網絡技術與服務器建立連接，實時地與服務器端進行基礎地理空間數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互。但是在平臺實際運行過程中，由于服務器本身故障或者無線網絡傳輸信號不佳等因素，導致采集終端無法與服務器進行實時數(shù)據(jù)交互，為保證用戶的正常使用，系統(tǒng)自動、無縫地切換到“離線工作”模式?！半x線工作”模式下，采集終端根據(jù)定位信息加載離線地圖，然后將采集的數(shù)據(jù)存入本地數(shù)據(jù)庫中，待重新與服務器取得聯(lián)系時，再將這個時段內記錄的項目數(shù)據(jù)通過“在線模式”上傳至服務器端，及時更新服務器端的項目數(shù)據(jù)，以確保本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與服務器中的數(shù)據(jù)同步，保證其他采集終端在同步作業(yè)時數(shù)據(jù)采集的實時性。

3.4 內業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

以Microstation V8i為基礎平臺，開發(fā)實現(xiàn)了內業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要功能是對外業(yè)采集的信息進行深加工。內業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和外業(yè)采集終端一致遵循平臺服務系統(tǒng)所建立的數(shù)據(jù)采集標準，能對外業(yè)采集過程中的重復采集、錯采、漏測進行分析、預警，最大限度地保證數(shù)據(jù)的質量。在進行數(shù)據(jù)預處理后，系統(tǒng)自動成圖、質檢和入庫，極大地提升了處理效率(見圖7)。

圖7內業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

4 結 語

本文首先分析了傳統(tǒng)測繪作業(yè)模式存在數(shù)據(jù)采集效率低下、數(shù)據(jù)處理需要大量人工操作以及項目管理粗略等問題，然后針對信息化背景下新型測繪生產與項目管理提出了基于位置服務的新思路，成功開發(fā)了覆蓋作業(yè)全流程的測繪地理信息移動采集與管理服務平臺。平臺基于云服務的移動系統(tǒng)設計，保障不同環(huán)境下數(shù)據(jù)采集的可行性與完整性；支持標準自定義以及以圖管項目的后臺服務系統(tǒng)，允許用戶在任意區(qū)域、標準下使用；基于Microstation V8i的內業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動化成圖、質檢與入庫。通過對多個區(qū)域進行外業(yè)信息采集生產作業(yè)，驗證了本平臺具有一定的應用和推廣價值。