移動終端調(diào)查系統(tǒng)在鐵路勘測中的應(yīng)用

童思奇

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

勘測為鐵路建設(shè)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理信息平 臺、技術(shù)支撐和空間數(shù)據(jù)服務(wù)，是鐵路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)查方法由于效率低下、成果格式不統(tǒng)一、調(diào)查人員無法協(xié)同工作等原因，已逐漸不能滿足生產(chǎn)需要，所以如何縮短工作流程、減少野外工作、提高勘測效率和水平是目前鐵路勘測亟須解決的問題。隨著移動終端設(shè)備的普及，越來越多的相關(guān)應(yīng)用也投入各行業(yè)的外業(yè)調(diào)查工作。羅超[1]研究了一種基于安卓和RTK的鐵路外業(yè)勘測作業(yè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于Android系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，集成了RTK和CAD基礎(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)了一套可行的鐵路外業(yè)勘測系統(tǒng)；方衎等[2]研究了一種移動端數(shù)字化調(diào)查系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于Android系統(tǒng)開發(fā)，用電子底圖替代了傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖，提高了工作效率；黃海洋[3]研究了一種基于移動終端的國土調(diào)查系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對國土調(diào)查任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，利用信息化手段提高了工作效率；陳旭帥等[4]研究了一種基于移動GIS的農(nóng)戶調(diào)查系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了ArcGIS離線編輯技術(shù)，有效解決了網(wǎng)絡(luò)通信對外業(yè)調(diào)查的限制問題；徐選清等[5]研究了一種基于移動GIS的公路工程外業(yè)調(diào)查系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了移動GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了離線、在線兩種調(diào)查模式；趙昕等[6]研究了基于移動端不動產(chǎn)權(quán)籍調(diào)查系統(tǒng)，利用傾斜攝影測量技術(shù)和移動終端開發(fā)了一套不動產(chǎn)權(quán)籍的調(diào)查系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠大幅提升外業(yè)調(diào)查的效率；顧芳等[7]研究了基于移動平板的土壤侵蝕調(diào)查系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過移動平板獲取外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，再使用桌面端軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，形成了一套內(nèi)外業(yè)一體化的調(diào)查系統(tǒng)；劉建等[8]研究了時(shí)空信息眾包采集移動調(diào)查系統(tǒng)，運(yùn)用眾包技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了一套以高精度地圖為背景的實(shí)時(shí)調(diào)查系統(tǒng)；朱曉武等[9]研究了自然資源外業(yè)調(diào)查通用平臺，根據(jù)領(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套通用性高拓展性強(qiáng)的調(diào)查軟件；秦芬芬等[10]研究了電腦端和移動端結(jié)合的交通運(yùn)輸行業(yè)調(diào)查系統(tǒng)；丁勝等[11]研究了廣東省林草濕綜合監(jiān)測調(diào)查系統(tǒng)；潘明巖等[12]研究了基于移動端的專業(yè)認(rèn)證調(diào)查系統(tǒng)。這些研究均取得了一定成果，但上述系統(tǒng)的功能都是基于單個(gè)移動終端實(shí)現(xiàn)，無法將多個(gè)移動終端的調(diào)查成果實(shí)時(shí)匯總整合，導(dǎo)致外業(yè)調(diào)查人員之間存在信息孤島，造成調(diào)查信息重復(fù)、缺失等問題，所以研究一種基于移動終端的鐵路勘測調(diào)查內(nèi)外業(yè)一體化軟件具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款基于Android移動終端的鐵路移動調(diào)查軟件，可實(shí)現(xiàn)鐵路內(nèi)外業(yè)調(diào)查協(xié)同化、數(shù)字化、智能化，數(shù)據(jù)成果統(tǒng)一化、規(guī)范化。

1 鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)作業(yè)總體設(shè)計(jì)

鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路四層架構(gòu)體系，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、平臺服務(wù)層以及應(yīng)用服務(wù)層，如圖1所示。

圖1 鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)構(gòu)架

基礎(chǔ)設(shè)施層包括系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境以及計(jì)算機(jī)的硬件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或各自的虛擬硬件資源，包括CPU、存儲、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存、物理機(jī)等設(shè)備。

數(shù)據(jù)資源層主要用來管理移動端需要的GIS底圖以及業(yè)務(wù)采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分為兩大類：一類是直接與空間位置有關(guān)系的，如數(shù)字正射影像圖、激光點(diǎn)云、實(shí)景三維模型等，直接采用地理數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理；另一類是與空間位置沒有關(guān)系的，如調(diào)查屬性、量測數(shù)據(jù)等，可以通過關(guān)聯(lián)的方式與空間庫建立聯(lián)系。

平臺服務(wù)層為后端Portal用來管理數(shù)據(jù)資源層發(fā)布的全部GIS服務(wù)，可提供調(diào)用與高效檢索以及目錄結(jié)構(gòu)化管理，主要包括了三個(gè)方面的內(nèi)容：第一，服務(wù)共享能力，集中管理外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)系統(tǒng)需要的地理信息相關(guān)服務(wù)，包括有影像和柵格數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、傾斜數(shù)據(jù)、激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)以及其他與業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)等；同時(shí)可以通過權(quán)限設(shè)置與服務(wù)目錄的形式與其他的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或平臺提供共享資源；第二，在線繪制能力，用戶可以將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理后通過平臺服務(wù)層進(jìn)行數(shù)據(jù)上圖與服務(wù)發(fā)布；第三，應(yīng)用構(gòu)建能力，服務(wù)平臺層提供了GIS應(yīng)用構(gòu)建器，目前內(nèi)置了46種通用的GIS功能模塊，可以讓用戶零代碼搭建自己的行業(yè)應(yīng)用。

應(yīng)用服務(wù)層是為外業(yè)調(diào)查系統(tǒng)提供專業(yè)的功能服務(wù)和專題數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)，如用戶管理，資源文件加載、查看及定位，調(diào)查數(shù)據(jù)錄入，調(diào)查成果上傳與導(dǎo)出等。

2 鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)作業(yè)流程

鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)作業(yè)流程可分為準(zhǔn)備階段、外業(yè)調(diào)查階段、數(shù)據(jù)同步階段與成果導(dǎo)出提交階段。鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)作業(yè)流程如圖2所示。

2.1 準(zhǔn)備階段

輸入賬號密碼在線登錄鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)，用戶信息與賬號綁定，通過賬號進(jìn)行用戶權(quán)限管理。

在進(jìn)行外業(yè)調(diào)查工作前，下載各專業(yè)管理員配置的項(xiàng)目模板或自定義項(xiàng)目模板。調(diào)查數(shù)據(jù)以項(xiàng)目工程形式進(jìn)行儲存管理，便于查詢和檢查。

導(dǎo)入離線地圖包tpk、線位文件kml、調(diào)查對象圖形shp文件、數(shù)字正射影像tif文件等資源至文件管理對應(yīng)文件夾中。用數(shù)字化測繪產(chǎn)品替代傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖，讓外業(yè)調(diào)查人員能夠更簡便、直觀地使用測繪成果。

2.2 外業(yè)調(diào)查階段

在野外進(jìn)行外業(yè)調(diào)查工作時(shí)，部分區(qū)域移動信號不穩(wěn)定，影響數(shù)據(jù)傳輸。

使用GeodatabaseSyncTask 接口將FeatureServer在移動端生成Geodatabase本地?cái)?shù)據(jù)庫，使用離線模式進(jìn)行外業(yè)調(diào)查工作，調(diào)查數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲在Geodatabase本地?cái)?shù)據(jù)庫中，可有效解決野外信號不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸不流暢的問題。

將1∶500、1∶1 000、1∶2 000等大比例尺地形圖中的房屋、水系、管線等圖層提取出來，使用Arcgis安卓庫中的ShapefileFeatureTable讀取所有shp圖形，批量添加到FeatureServer離線的Geodatabase本地?cái)?shù)據(jù)庫中，生成可編輯的調(diào)查對象，可節(jié)省大量外業(yè)繪制工作，對于現(xiàn)場與地形圖上有變更的對象，也可以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行繪制。

圖形繪制完成后，調(diào)用項(xiàng)目調(diào)查模板，利用各專業(yè)的專用調(diào)查屬性表進(jìn)行外業(yè)調(diào)查工作，得到統(tǒng)一、完整的調(diào)查成果。專業(yè)調(diào)查表錄入調(diào)查數(shù)據(jù)界面如圖3所示。

圖3 專業(yè)調(diào)查表錄入調(diào)查數(shù)據(jù)界面

在有高清數(shù)字正射影像資料的區(qū)域，外業(yè)調(diào)查人員可利用量測功能快速獲取調(diào)查目標(biāo)的面積與長度信息，提高外業(yè)調(diào)查工作的效率。基于正射影像的量測功能如圖4所示。

圖4 基于正射影像的量測功能

2.3 數(shù)據(jù)同步階段

外業(yè)調(diào)查工作完成后，連接上移動網(wǎng)絡(luò)信號，切換為在線模式，點(diǎn)擊同步數(shù)據(jù)選項(xiàng)，通過SyncGeodatabaseParameters接口，將存儲在本地?cái)?shù)據(jù)庫Geodatabase中的調(diào)查數(shù)據(jù)同步至FeatureServer要素服務(wù)中，與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)一體化。

在后臺數(shù)據(jù)庫中，通過日志功能記錄修改人員，管理員可登錄數(shù)據(jù)庫查看，便于追溯管理。

2.4 成果導(dǎo)出提交

由復(fù)核人員根據(jù)現(xiàn)場二次抽查的結(jié)果對調(diào)查要素進(jìn)行檢查，對不滿足規(guī)范要求的成果需要再次進(jìn)行外業(yè)調(diào)查直至滿足要求。在所有調(diào)查成果均滿足要求后，平板聯(lián)網(wǎng)后接入在線模式，調(diào)查成果自動上傳至服務(wù)器中。依據(jù)集成于軟件中的鐵路地理信息數(shù)據(jù)庫模板對調(diào)查項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出配置，支持導(dǎo)出kml、shp、excel等格式，使所有調(diào)查人員的最終結(jié)果能夠保持一致，便于管理和使用。

3 工程應(yīng)用

本文依托長贛鐵路定測項(xiàng)目進(jìn)行工程實(shí)踐應(yīng)用，通過線路、站場、通防專業(yè)使用鐵路移動調(diào)查系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查的應(yīng)用情況，驗(yàn)證本系統(tǒng)的可行性，通過統(tǒng)計(jì)外業(yè)調(diào)查耗費(fèi)的人工時(shí)，對比長贛鐵路初測使用傳統(tǒng)調(diào)查方法耗費(fèi)的人工時(shí)，驗(yàn)證利用本系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查的優(yōu)勢。

3.1 項(xiàng)目背景

長沙至贛州鐵路（簡稱“長贛鐵路”）位于湖南省東部和江西西南部。西起湖南省長沙，途經(jīng)瀏陽和江西省上栗、萍鄉(xiāng)、蓮花、永新、井岡山、遂川，東至贛州市，在贛縣站東端區(qū)間接上贛瑞龍鐵路；以聯(lián)絡(luò)線引入贛州西站，溝通長沙經(jīng)贛州至深圳方向徑路。

3.2 工程實(shí)踐

在長贛鐵路定測項(xiàng)目DK56～DK105里程段進(jìn)行工程應(yīng)用，征求各專業(yè)使用本系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查的反饋意見，驗(yàn)證本系統(tǒng)的可行性。統(tǒng)計(jì)各專業(yè)使用本系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查耗費(fèi)的人工時(shí)，計(jì)算外業(yè)調(diào)查成本。

線路專業(yè)使用移動終端調(diào)查系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，調(diào)查征遷房屋1 680個(gè)，由5名調(diào)查人員10天完成，總計(jì)耗費(fèi)50人天。線路專業(yè)使用移動終端調(diào)查系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，共調(diào)查征遷房屋345個(gè)，由3名調(diào)查人員4天完成，總耗費(fèi)12人天。通防專業(yè)使用移動終端調(diào)查系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查，調(diào)查管線56 km，由5名調(diào)查人員12天完成，總計(jì)耗費(fèi)60人天。對比使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行外業(yè)調(diào)查耗費(fèi)的人天，在完成同等工作量的情況下，共計(jì)節(jié)省61人天，工作效率提升30%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

各專業(yè)使用本系統(tǒng)完成外業(yè)調(diào)查后，認(rèn)為本系統(tǒng)操作方便，界面友好，可在生產(chǎn)項(xiàng)目中推廣使用。本系統(tǒng)使用電子地圖替代紙質(zhì)資料，并且可以在外業(yè)調(diào)查現(xiàn)場實(shí)時(shí)定位，減少了外業(yè)尋址時(shí)間，提高了外業(yè)調(diào)查作業(yè)效率。通過使用統(tǒng)一的調(diào)查模板可節(jié)省外業(yè)數(shù)據(jù)錄入和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出的工作，提升了數(shù)據(jù)處理的效率及統(tǒng)一性。通過在線模式將調(diào)查成果統(tǒng)一儲存到服務(wù)器，便于查詢與管理數(shù)據(jù)。對比傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)查方法，本系統(tǒng)在數(shù)智化、便捷性等方面得到了顯著提升。

4 結(jié)語

從工程應(yīng)用的整體情況來看，使用移動調(diào)查系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查能降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有很大的推廣價(jià)值。調(diào)查系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了調(diào)查成果的數(shù)字化，基于該成果可實(shí)現(xiàn)一鍵成圖和出表等功能，提升了專業(yè)調(diào)查工作的智能化水平?；谝苿咏K端的調(diào)查系統(tǒng)能夠?qū)鹘y(tǒng)圖紙電子化，便于外業(yè)調(diào)查時(shí)查閱，實(shí)現(xiàn)無紙化作業(yè)，節(jié)約成本；利用移動調(diào)查系統(tǒng)進(jìn)行外業(yè)調(diào)查工作，可以實(shí)時(shí)定位，減少尋址時(shí)間，提高作業(yè)效率；利用在線模式上傳調(diào)查數(shù)據(jù)至服務(wù)器，可以對調(diào)查成果進(jìn)行統(tǒng)一管理，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，方便作業(yè)人員查找使用調(diào)查成果。