初曉煒,楊立國,仉海玲(濰坊市勘察測繪研究院,山東濰坊 261041)

基于ArcGIS及安卓平板進行地理國情普查生產(chǎn)的應用

初曉煒?,楊立國,仉海玲
(濰坊市勘察測繪研究院,山東濰坊 261041)

摘 要:地理國情普查是系統(tǒng)性工程,在我國屬于首次開展,其復雜性、嚴格性、艱巨性均超出一般性測繪項目。針對地理國情普查內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的特點,結合實踐,實現(xiàn)了基于自制ArcGIS模板及安卓平板(手機)進行地理國情普查內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的開發(fā)與應用。此應用不僅節(jié)省了大量的資金投入,提高了內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率與質量,而且具有易于實現(xiàn)、操作簡單、開放性,可廣泛應用于其他測繪工程。

關鍵詞:地理國情普查;內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn);自制ArcGIS模板;安卓平板(手機);應用

1　引 言

地理國情主要是指地表自然和人文地理要素的空間分布、特征及其相互關系,是基本國情的重要組成部分。地理國情普查是一項重大的國情國力調查,是全面獲取國情國力信息的重要手段,是掌握自然資源、生態(tài)環(huán)境以及人類活動基本情況的綜合性、基礎性工作。

地理國情普查是系統(tǒng)性工程,其復雜性、嚴格性、艱巨性均超出一般性測繪項目,普查數(shù)據(jù)生產(chǎn)對作業(yè)人員的技術水平和綜合素質提出了很高的要求,而且地理國情普查在我國屬于首次,許多技術和指標也在不斷改進中。雖然目前可以購買一些專業(yè)化的軟件來進行內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn),但這不僅需要大量的資金,而且在應用中,存在著許多限制與弊端,作業(yè)單位又無法根據(jù)實踐進行實時改進,嚴重影響了工作的進度與質量。針對這種情況,筆者經(jīng)過不斷實踐研究,自制了Arc-GIS地理國情內(nèi)業(yè)采集模板進行內(nèi)業(yè)采集,利用價格便宜的安卓平板(手機)進行外業(yè)核查,不僅大大減少了資金的投入,而且提高了內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率與質量,并且在生產(chǎn)實踐中,可根據(jù)實際情況,作業(yè)單位能夠靈活改進。

2　利用自制ArcGIS模板進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集的方法

2.1功能概述

內(nèi)業(yè)采集是地理國情普查的先期工序,高質量的采集可以大大減少后期外業(yè)核查的工作量。根據(jù)國家要求,地理國情普查的成果數(shù)據(jù)集為ArcGIS GDB格式,雖然目前在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)過程中,可以利用各種專業(yè)化的軟件來進行采集,但最后仍然要導入到ArcGIS軟件中整理并提交。而ArcGIS軟件本身具有強大的編輯功能,通過訂制數(shù)據(jù)模板,可以方便地直接進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)采集,大大減少錄入錯誤,提高采集效率。

地理國情的內(nèi)業(yè)采集分為地表覆蓋與國情要素兩大模塊。每一模塊具有不同的采集特點,針對這種情況,我們分別制作了地表覆蓋模板和國情要素模板。而國情要素由于涉及面很廣,需要采集道路、水體、構筑物以及地理單元數(shù)據(jù),共計36個圖層,而每一部分內(nèi)容與指標的填寫要求不同,作業(yè)員很難在短時間完全掌握。因此在作業(yè)過程中,我們采取了分工采集,每一部分由不同的作業(yè)員分別采集。為此,我們又把國情要素模板分為4個模板,分別是:國情道路、國情水系、國情構筑物、國情地理單元。

2.2技術方案

(1)定制分層模板:根據(jù)《GDPJ 03-2013地理國情普查數(shù)據(jù)規(guī)定與采集要求》建立GDB模板數(shù)據(jù)庫。首先新建一個地理國情普查模板數(shù)據(jù)庫,然后按數(shù)據(jù)采集要求預先設置37個要素層,各層按照要求建立相應的屬性字段。

(2)制作地表覆蓋模板及數(shù)據(jù)采集方法:因為地表覆蓋(LCA)層為場模型,各要素之間無覆蓋,無縫隙,且采集時可能有島、移動(投影差),直接用面采集比較繁瑣,容易出錯。我們采用首先畫范圍線,然后輸入點,給點賦屬性,最后創(chuàng)建批處理模型,進行拓撲構面完成地表覆蓋采集。具體步驟如下:

①在GDB中建立一個地表覆蓋要素數(shù)據(jù)集,里面包含點、線、面數(shù)據(jù),分別為(LCA_p、LCA_l、LCA_a)。

②在LCA_p圖層中添加所有地類CC碼的點要素,利用ArcGIS的組織模板功能,建立內(nèi)業(yè)采集模板菜單,建好的模板名稱可根據(jù)作業(yè)員的習慣進行修改,如只顯示CC碼或類別。

③在LCA_a圖層中繪制所有地類CC碼的面要素。在該圖層的屬性—符號系統(tǒng)中根據(jù)CC字段值來進行符號化處理。

④在ArcCatalog中設置GDB數(shù)據(jù)庫的屬性,建立屬性域,這樣在為點添加TAG值時會出現(xiàn)下拉菜單,可以直接選取,以免出錯。

⑤利用ArcGIS模型構建器建立批處理模型,并將按鈕添加到面板。這樣,在采集過程中可隨時停止編輯,查看拓撲構面情況。全部采集完成后,拓撲處理生成LCA_a,導出地表覆蓋數(shù)據(jù)采集模板(如圖1所示),生成最終的地表覆蓋數(shù)據(jù)。

圖1　地表覆蓋數(shù)據(jù)采集模板

(3)制作國情要素模板及數(shù)據(jù)采集方法:國情要素采集的特點是分層復雜,各圖層屬性字段的填寫也有嚴格的要求。為此我們采用了如下方法:

①根據(jù)國普辦下發(fā)的《GDPJ 51-2014地理國情普查常見問題解答(一)》中的CC和GB對照附表,在各層建立相應的采集模板,將各個模板名稱修改為中文便于理解。編輯時點擊相應的模板菜單,所創(chuàng)建要素將會自動添加設定的CC和GB值。

②根據(jù)《GDPJ 01-2013地理國情普查內(nèi)容與指標》附表7-1,對要素模板進行修改,添加部分類型屬性字段值和缺省值,以便編輯時自動填寫。

③根據(jù)《GDPJ 01-2013地理國情普查內(nèi)容與指標》附表7-1,在數(shù)據(jù)庫屬性中將屬性值列表中的類型、等級、鋪設材料等其屬性字段設置相應的屬性域,在屬性填寫時利用下拉菜單填寫固定的枚舉值,如圖2所示。

圖2　國情要素數(shù)據(jù)采集模板

3　利用安卓平板(手機)進行外業(yè)核查的方法

3.1方法概述

地理國情普查外業(yè)核查的工作主要有如下幾點:記錄軌跡,標注屬性錯誤圖斑和要素,修改范圍錯誤圖斑和要素,拍攝樣本照片(記錄照片的經(jīng)緯度、方位角等信息)。實際上這些需求用普通的導航軟件都可實現(xiàn)。根據(jù)實驗,我們選用了安卓版OruxMaps戶外導航軟件進行外業(yè)核查,該軟件可以使用自制地圖,滿足地理國情普查外業(yè)核查作業(yè)的需求。地理國情普查外業(yè)核查功能需求與戶外導航軟件功能對應關系如圖3所示。

圖3　功能需求對照圖

3.2軟硬件設備

(1)需安裝的軟件:

①電腦端:ArcGIS:進行需核查的地表覆蓋和國情要素數(shù)據(jù)預處理;Global Mapper:數(shù)據(jù)處理,導出平板可以使用的地圖; Java運行環(huán)境( JRE); OruxMaps desktop:(解壓后運行目錄中的.bat文件)切片制作平板導航地圖。

②平板端(手機):OruxMaps:戶外導航軟件;Open Camera:可將經(jīng)緯度、方位角寫入照片exif的拍照軟件。

(2)硬件:

一部帶有GPS定位和電子羅盤功能的安卓平板(手機)。

3.3安卓平板核查底圖制作技術流程(如圖4)

具體操作流程如下(以地表覆蓋層為例): (1)電腦端核查軟件使用說明與操作流程

①在ArcGIS中將地表覆蓋層(LCA)面要素轉為點要素,注意在內(nèi)部選項打對勾,將點要素轉為KML文件備用。

②用Global Mapper打開影像文件、LCA面文件和LCA點文件,3個文件都應已經(jīng)設置好空間參考。

③Global Mapper工具—設置—投影選項卡,將數(shù)據(jù)環(huán)境定義為WGS1984經(jīng)緯度模式—應用。安卓平板導航地圖只能應用經(jīng)緯度模式。

④Global Mapper工具—控制中心—選項,設置LCA面層顯示,將線條設為醒目的黃色,1-2pixel寬,不填充。

圖4　底圖制作技術流程圖

⑤設置LCA點層標注,使用多個屬性值標注CC 和TAG,換行選項,標簽字體選擇中心;如果要求更高,可以將大的圖斑單獨標注成一種樣式重點核查。(如果直接標注面,有些不規(guī)則面要素可能會標注在圖斑外)。也可以在制作地圖不用點標注,直接將點轉為KML,核查時加載,這樣在地圖設置為前進方向時,標注不會跟隨地圖轉動,更易讀圖。

⑥Global Mapper文件—輸出—光柵影像- Geo-TIFF,單幅圖可直接導出,如需裁切,導出邊界選項卡-繪制方形區(qū)域,拉框后確定。

⑦導出TIF后導出JPG,兩個影像文件的范圍應完全一致,文件—輸出—光柵影像—JPG,選導出邊界—復位到最后輸出范圍。

⑧運行OruxMapsDesktop.bat,加入導出的TIF(校準文件)和JPG(地圖影像文件),選擇WGS1984(DATUM選項)和經(jīng)緯度(PROGECTION選項)。注意JPG format選項為:100%,按Create map生成地圖。

⑨將生成的地圖目錄拷入平板OruxMaps目錄下mapfiles目錄。KML文件拷入平板OruxMaps目錄下overlay目錄,在平板中運行OruxMaps加載。

⑩對于國情要素層,可以用同樣的方法加載標注需核查信息,可以與地表覆蓋放到一個圖中,設置不同顏色加以區(qū)分,也可單獨做成地圖。

(2)平板端核查軟件使用說明與操作流程

①平板OruxMaps頂欄菜單分別為:航跡、路點、航線、地圖、設置,如圖5所示。

圖5　平板OruxMaps主菜單界面

②打開平板GPS,運行OruxMaps,在地圖設置菜單中,切換制作的離線地圖;在右側彈出菜單中選擇[開始記錄],以圖號命名新航跡就可以開始核查了。GPS航跡會自動記錄在DB數(shù)據(jù)庫中,停止后重新開始,可根據(jù)是否需打斷的情況來選擇“新航段”或“繼續(xù)”。核查完畢后導出GPX文件,即為核查軌跡。為數(shù)據(jù)安全起見,可在航線設置菜單中選擇自動創(chuàng)建GPX選項,設置菜單中可自定義路點、軌跡的顏色和文字大小。

③如果事先規(guī)劃好核查路線,可以在ArcGIS中導出KML文件,拷入平板OruxMaps目錄下的overlay目錄,加載后沿既定路線核查。

④標注錯誤圖斑要素:如遇錯誤圖斑,長按平板相應圖斑位置,可添加路點,在路點名稱處輸入代碼或說明,也可利用語音輸入圖斑類別。如圖6所示:

圖6　記錄核查軌跡并標注錯誤圖斑路點

⑤對于需要標注的國情要素,同樣以添加路點的方式進行標注。對于需要修改的圖斑,用航線菜單中的創(chuàng)建—添加新航段,繪制修改線段。繪制時需先停止記錄軌跡,創(chuàng)建航線完成后再將軌跡記錄打開繼續(xù)記錄。

⑥核查完畢后將平板OruxMaps目錄下tracklog目錄中的GPX轉出,即為核查軌跡和標注錯誤的圖斑路點以及照片路點,添加的航線合并后導出GPX,即為修改的線段。在ArcGIS中可使用Spatial ETL Tool工具,進行GPX、SHP、KML的相互轉換。

⑦樣本采集:平板OruxMaps路點—照片路點,可拍照,長按相應圖斑,添加路點,可指定拍照地物點。OruxMaps內(nèi)部抹掉照片的EXIF信息,將經(jīng)緯度信息寫入EXIF,此方法沒有記錄方位角,需要自行解算。我們在拍攝樣本時,采用快速切換(利用手勢軟件)照相軟件單獨拍照,利用Open Camera軟件同時將照片的經(jīng)緯度位置信息和方位角(磁北)寫入EXIF信息。Open Camera拍照的時候屏幕上會顯示橫滾角,注意按照規(guī)范要求不要超過10°。

(3)在外業(yè)核查生產(chǎn)過程中的應用

①如果是3G平板,可在OruxMaps中設置多項追蹤,每個核查人員注冊用戶,分享位置,可對每個核查人員軌跡實時監(jiān)控。此功能適用于山區(qū),危險地區(qū)單獨核查人員的安全監(jiān)控。

②外置GPS應用,OruxMaps支持讀取外部藍牙GPS模塊,如果有精度更高的GPS設備,可提高測量的精度,同時也可關閉平板自身的GPS,節(jié)約電量,提高續(xù)航時間。也可利用外置充電寶延長續(xù)航時間。

5　結 語

綜上所述,實踐證明,我們通過開發(fā)利用ArcGIS強大的編輯功能和充分利用一些開放的導航軟件以及一些移動GIS技術和設備進行國情普查內(nèi)外業(yè)作業(yè),不僅節(jié)省了大量的資金,而且規(guī)范了作業(yè)流程,減少了錯誤率,提高了工作效率,為國情普查工作的順利開展提供了有力的技術保障。

參考文獻

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The Application of Production for the Census of Geographic Conditions Based on ArcGIS and Android Tablet

Chu Xiaowei,Yang Liguo,Zhang Hailing
(Weifang institute of Prospecting Surveying and Mapping,Weifang 261041,China)

Abstract:The census of the geographical situation is a systems engineering,which is the first in China to carry out.Its complexity,strict,arduous sex are beyond the general surveying and mapping project.According to the characteristics of the production of inside and outside for the census of geographical conditions,combined with the practice,the development and application of the production of inside and outside for the census of geographical conditions based on the selfmade ArcGIS template and Android Tablet (mobile phone) is implemented.This application saves a large amount of capital investment for our institute,improve the efficiency and quality of production.And it is easy to realize.The operation is simple,open,and can be widely applied to other engineering of Surveying and mapping.

Key words:the census of geographic conditions;the production of inside and outsid;the self-made ArcGIS template;Android Tablet(mobile phone)homemade;application

文章編號:1672-8262(2015)01-43-05中圖分類號:P208.2

文獻標識碼:A

收稿日期:?2014—11—12

作者簡介:初曉煒(1973—),男,工程師,主要從事測繪及地理信息技術工作。