王 英

(廣東省水文局茂名水文分局，廣東 茂名 525000)

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山洪災(zāi)害調(diào)查智能終端系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

王 英

(廣東省水文局茂名水文分局，廣東 茂名 525000)

項(xiàng)目立足于山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求，利用便攜智能平板終端，研究解決了海量數(shù)據(jù)的快速加載、多線程動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)加載和繪制、線節(jié)點(diǎn)雙屬性編碼、平板藍(lán)牙外接RTK、航測(cè)影像DEM動(dòng)態(tài)讀取、行政村編碼自動(dòng)填寫(xiě)、規(guī)范化表格填寫(xiě)與導(dǎo)出等一些列關(guān)鍵技術(shù)，完全針對(duì)山洪調(diào)查技術(shù)要求研發(fā)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的山洪災(zāi)害調(diào)查智能終端系統(tǒng)。在廣東省茂名市率先得以應(yīng)用，使山洪災(zāi)害調(diào)查外業(yè)效率提升，內(nèi)業(yè)工作減少，成果質(zhì)量大幅提升。

山洪災(zāi)害調(diào)查；智能終端；多線程；移動(dòng)地圖

1 概述

山洪災(zāi)害是我國(guó)洪澇災(zāi)害中致人傷亡的主要災(zāi)種，是我省自然災(zāi)害的“頭號(hào)殺手”[1]。根據(jù)《全國(guó)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目實(shí)施方案(2013—2015年)》的印發(fā)通知要求與《廣東省山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目實(shí)施方案(2013—2015年)》，全省積極展開(kāi)山洪災(zāi)害調(diào)查工作。通過(guò)開(kāi)展山洪災(zāi)害調(diào)查，全面、準(zhǔn)確地查清防治區(qū)內(nèi)的人口分布情況，摸清我國(guó)山洪災(zāi)害的區(qū)域分布，掌握山洪災(zāi)害防治區(qū)內(nèi)的水文氣象、地形地貌、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、歷史山洪災(zāi)害、涉水工程、山洪溝基本情況以及山洪災(zāi)害防治現(xiàn)狀等基礎(chǔ)信息，為山洪災(zāi)害分析評(píng)價(jià)和防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。

隨著GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、衛(wèi)星遙感、航測(cè)技術(shù)、以地理位置為基礎(chǔ)的地理信息技術(shù)的發(fā)展，特別最近以Android為平臺(tái)的智能手機(jī)和平板電腦的高速發(fā)展和應(yīng)用，給我們的生活、工作帶來(lái)了許多便利，智能手機(jī)和平板電腦的專業(yè)應(yīng)用已成為各行各業(yè)的迫切需求[3]。

2 移動(dòng)終端的一體化解決方案

依據(jù)山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求，山洪調(diào)查主要遵循內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的原則，工作主要分3部分。

1) 內(nèi)業(yè)充分利用已有成果，收集整理相應(yīng)Excel成果表，填報(bào)相應(yīng)內(nèi)容；

2) 外業(yè)利用統(tǒng)一配置的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集終端(筆記本、數(shù)碼相機(jī)、便攜GPS模塊)，開(kāi)展實(shí)地調(diào)查；

3) 歷史洪水調(diào)查、河道斷面等外業(yè)測(cè)量主要采用RTK等技術(shù)手段現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)整理成果，填寫(xiě)相應(yīng)Excel表格，整理出滿足要求的成果；

隨著移動(dòng)終端智能系統(tǒng)的極速發(fā)展，這3部分原有工作均可在智能終端得以完美解決。

圖1 平板智能終端一體化優(yōu)勢(shì)

如圖1所示，平板可利用藍(lán)牙外接RTK，基于底圖完成橫斷面等高精度測(cè)量；基于相機(jī)模塊采集所需規(guī)范照片，置入GPS坐標(biāo)；基于GPS進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)采集[4]；基于圖形平臺(tái)加載各項(xiàng)外業(yè)調(diào)查底圖。同時(shí)移動(dòng)終端具備便攜、多點(diǎn)觸屏、全天候長(zhǎng)時(shí)間電量支持等筆記本電腦無(wú)法匹敵的優(yōu)勢(shì)，山洪災(zāi)害調(diào)查移動(dòng)智能終端的設(shè)計(jì)，將為山洪災(zāi)害調(diào)查提供全套智能化解決方案[5]，大幅提升山洪災(zāi)害調(diào)查內(nèi)外業(yè)作業(yè)效率和成果質(zhì)量。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1山洪災(zāi)害調(diào)查終端接口方案設(shè)計(jì)

如圖2所示，平板智能終端內(nèi)置GPS模塊和相機(jī)，完成山洪災(zāi)害調(diào)查GPS模塊和相機(jī)數(shù)據(jù)采集需求；同時(shí)藍(lán)牙外連高精度GPS，完成高精度數(shù)據(jù)采集需求；智能終端間利用藍(lán)牙WIFI相互傳遞數(shù)據(jù)；利用WIFI、USB導(dǎo)出成果至筆記本電腦或臺(tái)式電腦。同時(shí)智能平板終端還可利用WLAN或HDMI接口，顯示至高清屏幕或投影儀，進(jìn)行技術(shù)交底和交流。

品管圈人員還組織了醫(yī)護(hù)人員臨床營(yíng)養(yǎng)知識(shí)調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前醫(yī)護(hù)人員營(yíng)養(yǎng)知識(shí)掌握不夠，尤其是臨床營(yíng)養(yǎng)知識(shí)不足。

圖2 山洪調(diào)查終端接口設(shè)計(jì)

3.2山洪災(zāi)害調(diào)查移動(dòng)智能終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖3所示，軟件基于Android的系統(tǒng)平臺(tái)，底層開(kāi)發(fā)。設(shè)計(jì)相應(yīng)的點(diǎn)、線、面空間和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，自定義柵格數(shù)據(jù)類型；全面依據(jù)山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求和相應(yīng)的安全質(zhì)量保障體系設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)橫斷面、縱斷面、洪痕點(diǎn)等數(shù)據(jù)采集功能，圖形數(shù)據(jù)加載功能和GPS定位功能。系統(tǒng)搭載于手機(jī)、平板等Android移動(dòng)便攜智能終端。

軟件主要功能如圖3應(yīng)用層所示，主要功能模塊說(shuō)明如表1。

表1 主要功能模塊說(shuō)明

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與實(shí)現(xiàn)

4.1海量底圖數(shù)據(jù)流暢加載

1) 金字塔切割壓縮索引

如圖4所示，影像采用分層結(jié)構(gòu)，將最高原始分辨率至于初始底層，將初始底層數(shù)據(jù)進(jìn)行四叉樹(shù)格網(wǎng)化，將海量影像數(shù)據(jù)劃分成一個(gè)影像序列。

圖4 金字塔圖片處理技術(shù)示意

金字塔結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)圖形處理的優(yōu)點(diǎn)：將圖像描述成多個(gè)不同粒度層次的圖片，使得顯示和處理區(qū)域數(shù)據(jù)的過(guò)程中只需加載必要數(shù)據(jù)塊，大幅提升數(shù)據(jù)的預(yù)覽和處理速度。

2) 多線程動(dòng)態(tài)加載與繪制

系統(tǒng)采用多線程技術(shù)，根據(jù)區(qū)域動(dòng)態(tài)加載柵格影像、矢量等數(shù)據(jù)，節(jié)約內(nèi)存，提升山洪災(zāi)害調(diào)查終端性能。

4.2線與線節(jié)點(diǎn)雙屬性技術(shù)

常見(jiàn)的線結(jié)構(gòu)，如SHP線文件，線由線本身的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，但每個(gè)節(jié)點(diǎn)本身不具備獨(dú)立的屬性，只有線本身具備其相應(yīng)的屬性。而山洪災(zāi)害調(diào)查野外數(shù)據(jù)橫斷面等，每個(gè)節(jié)點(diǎn)屬性獨(dú)立，因此，首次設(shè)計(jì)提出線與線節(jié)點(diǎn)屬性分離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)線屬性及其字段結(jié)構(gòu)和點(diǎn)屬性及其字段結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，同時(shí)又相互關(guān)聯(lián)，便利山洪災(zāi)害調(diào)查需要。

4.3屬性字段動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、可編輯

山洪災(zāi)害調(diào)查過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集類型不同則字段不同；因此，研究提出動(dòng)態(tài)字段屬性設(shè)計(jì)，屬性列表根據(jù)導(dǎo)入SHP文件自動(dòng)拓展，同一屬性表中，各項(xiàng)類型數(shù)據(jù)字段可完全不同，屬性內(nèi)容可動(dòng)態(tài)列表編輯(如圖5所示)。

圖5 動(dòng)態(tài)可編輯屬性列表

4.4自動(dòng)與規(guī)范列表選擇填寫(xiě)

山洪災(zāi)害調(diào)查過(guò)程中，行政區(qū)劃代碼復(fù)雜，填寫(xiě)困難，移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)最近行政區(qū)域自動(dòng)列表和模糊搜索結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇填寫(xiě)所在位置和行政區(qū)劃代碼；同時(shí)自動(dòng)填寫(xiě)最近控制點(diǎn)經(jīng)緯度、采集點(diǎn)坐標(biāo)、斷面方位角、距離等各項(xiàng)系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別完成填寫(xiě)項(xiàng)。大幅減少人為填寫(xiě)項(xiàng)的同時(shí)，提升數(shù)據(jù)填寫(xiě)規(guī)范性。

圖6 自然村的自動(dòng)最近列表與模糊搜索

同時(shí)，根據(jù)山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求，大多屬性具備規(guī)范填寫(xiě)要求，軟件設(shè)計(jì)自動(dòng)列表可填寫(xiě)選項(xiàng)，點(diǎn)擊完成規(guī)范填寫(xiě)(如圖6所示)。

4.5外接高精度GPS與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)過(guò)程中，橫斷面等必須采集小數(shù)點(diǎn)7位的高精度經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，調(diào)查終端設(shè)計(jì)藍(lán)牙自動(dòng)連接高精度GPS，接收解譯國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)GGA數(shù)據(jù)，完成高精度數(shù)據(jù)可視化智能采集。

同時(shí)根據(jù)山洪災(zāi)害技術(shù)要求，必須采集WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)及1985國(guó)家高程，因此調(diào)查采集終端研發(fā)相應(yīng)的7參數(shù)、4參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，實(shí)現(xiàn)WGS84橢球高至1985國(guó)家高程基準(zhǔn)的高精度實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，使得現(xiàn)場(chǎng)平面高程坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集一步到位。

4.6橫斷面智能無(wú)序采集與動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)斷面繪制技術(shù)

為便利山洪災(zāi)害調(diào)查橫斷面數(shù)據(jù)采集，軟件根據(jù)橫斷面數(shù)據(jù)特征，首次設(shè)計(jì)橫斷面數(shù)據(jù)無(wú)序采集自動(dòng)內(nèi)插技術(shù)，使得山洪災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可隨意根據(jù)野外便利性無(wú)序采集斷面點(diǎn)，系統(tǒng)根據(jù)斷面特性自動(dòng)內(nèi)插排序相應(yīng)數(shù)據(jù)。程序設(shè)計(jì)斷面重新啟動(dòng)和暫時(shí)中斷模式，多條斷面混合分段自由采集。

同時(shí)在斷面數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，系統(tǒng)采用分辨率自適應(yīng)方式，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)繪制斷面圖，為數(shù)據(jù)采集者提供現(xiàn)場(chǎng)斷面正確性確認(rèn)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢核，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集無(wú)返工(如圖7所示)。

圖7 斷面圖動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)繪制示意

4.7高精度航測(cè)DEM高程智能提取

為便于山洪災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)采集，調(diào)查智能終端設(shè)計(jì)支持高精度航測(cè)影像和DEM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小的支持僅與硬件存儲(chǔ)相關(guān)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在航測(cè)影像上采集高精度平面坐標(biāo)，同時(shí)基于DEM快速智能內(nèi)插提取高程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)航測(cè)數(shù)據(jù)的野外直接標(biāo)繪，完成數(shù)據(jù)采集(如圖8所示)。

圖8 高精度航測(cè)DEM數(shù)據(jù)標(biāo)繪采集示意

4.8規(guī)范表格導(dǎo)出

依據(jù)山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求，山洪災(zāi)害調(diào)查成果為規(guī)范EXCEL表格。調(diào)查智能終端根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范EXCEL表格模板，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)自動(dòng)規(guī)范化導(dǎo)出功能，直接一步輸出山洪災(zāi)害調(diào)查技術(shù)要求成果，供電腦端導(dǎo)入上傳，完成數(shù)據(jù)提交(如圖9所示)。

圖9 規(guī)范EXCEL表格輸出示意

5 應(yīng)用及總結(jié)

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)后，全面應(yīng)用于茂名市山洪災(zāi)害調(diào)查(廣東省第一批)中，實(shí)現(xiàn)了智能化、高效率，且減去了大量的人工輸入和中間環(huán)節(jié)，降低了出錯(cuò)率。由于系統(tǒng)緊切項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，實(shí)用性強(qiáng)、工作方便，在第二、三批廣東省山洪災(zāi)害調(diào)查項(xiàng)目中已全面推開(kāi)應(yīng)用。

[1] 張琦建.欒川縣山洪災(zāi)害調(diào)查工作分析[J].河南科技，2015(11):41-43.

[2] 胡余忠.山洪災(zāi)害影響評(píng)價(jià)外業(yè)調(diào)查核心技術(shù)問(wèn)答[J].中國(guó)防汛抗旱，2015(2):26-33.

[3] 林賢斌.基于高精度GNSS測(cè)量系統(tǒng)的山洪災(zāi)害調(diào)查外業(yè)采集方案[J].測(cè)繪通報(bào)，2014(9):137-138.

[4] 李新春.基于安卓系統(tǒng)的測(cè)量軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)[J]. 計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2013(21):280-281.

[5] 劉昌軍，郭良，岳沖.無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù)在山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國(guó)防汛抗旱，2014(S1):31-35.

(本文責(zé)任編輯 王瑞蘭)

Development and application of intelligent terminal system for mountain flood disaster investigation

WANG Ying

(Maoming Hydrological Bureau, Guangdong Province ,Maoming 525000,China)

Based on the mountain torrent disaster survey technical requirements, by using portable intelligent tablet, key technologies are settled such as mass data rapid process loading, multithreading dynamic data loading and drawing, line and node double property coding, tablet bluetooth external high-precision GPS-RTK, DEM seamless link, the automatic selection of administrative villages, the automatically filling in of codes, the automatic filling in and export of canonical form. Aiming at mountain torrent survey, intelligent terminal system that corresponding to mountain torrent disaster investigation are developed. And it is firstly applied in Maoming City of Guangdong province, which leads to the mountain torrent disaster investigation field efficiency improved, and the industry work reduced, and result quality greatly improved.

investigation of mountain torrent disaster；smart tablet； multithreading； mobile maps

2016-02-18;

2016-05-12

王英(1976)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事水文測(cè)報(bào)工作。

TV87；TP311.52