何 宗，曾 攀，呂 帥

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

何 宗1，曾 攀1，呂 帥1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

依托移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能移動終端技術(shù)和移動GIS開發(fā)技術(shù)，結(jié)合RS、GIS和GPS等先進技術(shù)，設(shè)計了可實時采集、操作簡便、性能高效的時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)，為智慧城市、地理空間信息數(shù)據(jù)庫、地理信息公共服務(wù)平臺建設(shè)提供準(zhǔn)確及時的時空信息支撐。

時空信息調(diào)查；智能移動終端；移動互聯(lián)網(wǎng)

地理空間信息外業(yè)調(diào)查采集工作是一項工作量巨大的基礎(chǔ)性工作，大多數(shù)的信息采集調(diào)查都是采用傳統(tǒng)測繪或打印圖紙的方法，攜帶不便、效率較低、投入較大，且信息的轉(zhuǎn)化利用率不高。隨著移動通信、空間數(shù)據(jù)庫、智能移動終端等技術(shù)的快速發(fā)展，地理空間信息的獲取已不再局限于傳統(tǒng)測繪方法，智能移動終端系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，使智能移動終端在開展時空信息采集成為可能[1]。目前市場上廣泛使用的信息采集軟件系統(tǒng)存在軟硬件綁定，僅有獨立的外業(yè)采集軟件、無相應(yīng)的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件，軟硬件定制使應(yīng)用范圍變小，外業(yè)操作復(fù)雜且不靈敏，操作效率較低等實際問題[2-5]。

重慶市經(jīng)濟社會發(fā)展迅猛，地形地貌復(fù)雜，為適應(yīng)當(dāng)前各行業(yè)部門對地理信息時效性和準(zhǔn)確性的要求，突破上述問題對地理信息應(yīng)用的制約，在廣泛調(diào)研國內(nèi)外時空信息調(diào)查系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，全面總結(jié)當(dāng)前市場上已有軟件系統(tǒng)的特點，設(shè)計時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 設(shè)計思路

移動終端支持柵格和矢量空間信息采集[6]，柵格支持ArcGIS Server的緊湊格式切片和TPK共享包；矢量支持點、線、面的繪制及屬性信息編輯。時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)采用C/S + B/S + M/S的多層體系結(jié)構(gòu)[7]，有利于提高系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。C/ S架構(gòu)部分采用ArcGIS Desktop軟件作為客戶端，便于專業(yè)技術(shù)人員利用內(nèi)部局域網(wǎng)客戶端較強的數(shù)據(jù)處理能力；B/S架構(gòu)部分采用ASP.NET與Silverlight技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)，便于利用外部互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器實現(xiàn)對調(diào)查任務(wù)的實時調(diào)度、監(jiān)控和管理；B/S與C/S分開部署用于保障數(shù)據(jù)安全；M/S架構(gòu)部分采用移動終端（Android系統(tǒng)平臺）結(jié)合ArcGIS Runtime SDK實現(xiàn)[8]，便于移動終端利用離線或在線的方式開展信息采集工作，并接受服務(wù)器提供的地圖服務(wù)和任務(wù)管理及監(jiān)控。

1.2 架構(gòu)設(shè)計

平臺架構(gòu)由軟硬件支持層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和用戶層組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)平臺架構(gòu)圖

1）軟硬件支持層，主要包含支持系統(tǒng)運行的軟件和硬件設(shè)備，有Windows Server 2008操作系統(tǒng)、Oracle數(shù)據(jù)庫、SQLite數(shù)據(jù)庫和文件存儲系統(tǒng)及相應(yīng)的基礎(chǔ)軟件（如ArcGIS和IIS 8）。

2）數(shù)據(jù)層，主要為系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)資源內(nèi)容，有基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫、衛(wèi)星遙感影像庫、外業(yè)采集數(shù)據(jù)庫、成果數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫、用戶信息庫、工作基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)層包含了相關(guān)數(shù)據(jù)資源，表現(xiàn)為邏輯庫，可根據(jù)數(shù)據(jù)的種類與使用方式的不同由Oracle、SQLite、文件系統(tǒng)進行存儲。

3）應(yīng)用層，主要包括內(nèi)業(yè)協(xié)同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)同步、成果管理、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)管理等模塊，外業(yè)管理系統(tǒng)的任務(wù)管理、成果盤點、工作統(tǒng)計模塊，外業(yè)信息采集系統(tǒng)的任務(wù)下載、數(shù)據(jù)采集、軌跡記錄、數(shù)據(jù)同步等模塊。

4）用戶層，主要包括數(shù)據(jù)庫管理員、內(nèi)業(yè)人員、外業(yè)人員等。數(shù)據(jù)管理員通過內(nèi)業(yè)協(xié)同工作站對數(shù)據(jù)進行入庫、刪除等操作；內(nèi)業(yè)人員通過內(nèi)業(yè)協(xié)同工作站對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、編輯等操作，創(chuàng)建MXD地圖文檔并發(fā)布地圖服務(wù)，創(chuàng)建和管理地圖緩存文件；外業(yè)人員通過外業(yè)移動終端采集地理調(diào)查信息數(shù)據(jù)，并通過4G網(wǎng)絡(luò)實時同步到服務(wù)器中，或返回單位后再進行異步數(shù)據(jù)上傳。

系統(tǒng)依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范進行建設(shè)，并依據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理策略和信息安全體系構(gòu)建，與存儲設(shè)備、存儲管理軟件相結(jié)合，在存儲設(shè)備之上建立數(shù)據(jù)庫，最終為其他業(yè)務(wù)部門的用戶提供服務(wù)。

1.3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)設(shè)計

業(yè)務(wù)系統(tǒng)由內(nèi)業(yè)協(xié)同系統(tǒng)、外業(yè)管理系統(tǒng)和外業(yè)信息采集系統(tǒng)組成，如圖2所示，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)協(xié)同工作，完成特定地理信息采集任務(wù)，如圖3所示。①內(nèi)業(yè)協(xié)同系統(tǒng)部署在局域網(wǎng)上，主要包括外業(yè)采集數(shù)據(jù)的離線同步、數(shù)據(jù)編輯、作業(yè)任務(wù)包離線部署，以及空間數(shù)據(jù)服務(wù)管理和緩存管理等功能；②外業(yè)管理系統(tǒng)部署在互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器上，實現(xiàn)與外業(yè)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，主要實現(xiàn)地理信息采集任務(wù)管理、成果檢查、成果入庫導(dǎo)出、外業(yè)工作統(tǒng)計等功能；③外業(yè)信息采集系統(tǒng)部署在手機和平板智能終端，主要提供工作任務(wù)管理、外業(yè)信息采集、數(shù)據(jù)回傳等功能。

圖2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成圖

圖3 業(yè)務(wù)流程圖

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 內(nèi)業(yè)協(xié)同系統(tǒng)

內(nèi)業(yè)協(xié)同系統(tǒng)負責(zé)時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)中任務(wù)包的生產(chǎn)和創(chuàng)建、存檔數(shù)據(jù)、顯示運行狀態(tài)窗口和離線底圖制作等功能。采用C/S架構(gòu)和構(gòu)件化的設(shè)計思想，在需求分析抽象的基礎(chǔ)上，先進行軟件功能構(gòu)件的設(shè)計，然后根據(jù)應(yīng)用與管理對象的不同，對軟件構(gòu)件靈活組裝，搭建成不同的應(yīng)用子系統(tǒng)?；贏rcGIS Object組件開發(fā)，作為ArcGIS Desktop工具條插件運行。采用ArcGIS Desktop軟件管理空間數(shù)據(jù)，發(fā)布管理任務(wù)包和成果包，以及對矢量數(shù)據(jù)進行編輯入庫等操作（圖4）。

圖4 內(nèi)業(yè)協(xié)同系統(tǒng)展示界面

2.2 外業(yè)管理系統(tǒng)

外業(yè)管理系統(tǒng)是時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)的資源管理與指揮調(diào)度中心。該業(yè)務(wù)系統(tǒng)基于ArcGIS Engine開發(fā)，并結(jié)合ArcGIS Server平臺服務(wù)、管理、發(fā)布等功能，采用B/S架構(gòu)。主要實現(xiàn)各類業(yè)務(wù)信息服務(wù)調(diào)用、地調(diào)任務(wù)下發(fā)管理、成果檢查及入庫、成果盤點、外業(yè)工作監(jiān)控和工作統(tǒng)計等功能（圖5）。

圖5 外業(yè)管理系統(tǒng)展示界面

2.3 外業(yè)信息采集系統(tǒng)

外業(yè)信息采集系統(tǒng)為平臺的地理信息獲取載體[9]，是時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)中負責(zé)數(shù)據(jù)采集核查和數(shù)據(jù)生產(chǎn)的核心組成部分，主要包括工作任務(wù)管理、野外作業(yè)規(guī)劃管理、外業(yè)信息采集和軌跡回傳等功能（圖6）。

圖6 外業(yè)信息采集系統(tǒng)終端展示界面

3 關(guān)鍵技術(shù)

1）時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)使用智能移動終端調(diào)繪代替紙質(zhì)調(diào)繪，革新外業(yè)調(diào)查工作模式。系統(tǒng)將紙質(zhì)調(diào)繪中圖形勾繪、拍照等外業(yè)調(diào)查工作集成到一臺智能移動終端上，在同一平臺上實現(xiàn)了專題信息調(diào)查中底圖瀏覽、快速定位、圖形采集、多媒體采集、屬性錄入等操作，實現(xiàn)了僅攜帶智能移動終端即可完成外業(yè)調(diào)繪，在實際生產(chǎn)中已完全替代紙質(zhì)調(diào)繪。

2）基于地理調(diào)查工作流進行設(shè)計，系統(tǒng)功能貼合專題信息采集工程運行模式。①將項目管理理念融入到系統(tǒng)中，保證項目實施的科學(xué)性，為了便于項目管理，該系統(tǒng)開發(fā)了外業(yè)管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)了作業(yè)人員賬戶、權(quán)限及實時作業(yè)軌跡管理，實現(xiàn)了智能移動設(shè)備管理，調(diào)查項目生命流程、統(tǒng)計與質(zhì)量評定管理等，保證了項目實施的科學(xué)性，為項目績效量化考核提供依據(jù)。②采用可配置化任務(wù)包結(jié)構(gòu)，滿足不同項目需要。在考慮到任務(wù)內(nèi)容與數(shù)據(jù)內(nèi)容的不確定性條件下，采用通用可配置化的任務(wù)包自定義結(jié)構(gòu)以符合相關(guān)行業(yè)使用需求。③實施野外數(shù)據(jù)編輯責(zé)任機制，便于責(zé)任定位、數(shù)據(jù)回溯，外業(yè)信息采集子系統(tǒng)中用戶在執(zhí)行任務(wù)時有嚴格的日志記錄，包括用戶操作的數(shù)據(jù)ID、操作內(nèi)容、操作前后屬性變更情況等。

3）基于SQLite的矢量化存儲方案，采用矢量數(shù)據(jù)分塊加載機制，有效提高了矢量數(shù)據(jù)操作的便捷性。任務(wù)數(shù)據(jù)采用基于SQLite的矢量化存儲方案，并采用Spatialite擴展了SQLite空間數(shù)據(jù)的存儲和管理能力，使得數(shù)據(jù)在體積上更為小巧，操作更為便捷，支持空間查詢、空間過濾，為矢量分塊加載提供底層技術(shù)支撐。外業(yè)信息采集子系統(tǒng)考慮到任務(wù)包數(shù)據(jù)量大小的不確定性，以及客戶端API對地圖要素數(shù)量渲染顯示的性能因素，采用分塊加載機制，即用戶只用加載當(dāng)前采集區(qū)域內(nèi)要素數(shù)據(jù)，以滿足不同數(shù)據(jù)量、尤其是大數(shù)據(jù)量任務(wù)包的采集需要，保證矢量數(shù)據(jù)顯示、操作的流暢性。

4 結(jié) 語

時空信息調(diào)查智能移動終端系統(tǒng)充分利用當(dāng)前智能移動終端的便捷性和高性能優(yōu)勢，將信息采集與移動終端結(jié)合，充分融合信息化測繪的理念，讓信息的使用者成為信息的提供者。重點關(guān)注系統(tǒng)的用戶群，結(jié)合用戶的使用習(xí)慣做好系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)，使系統(tǒng)簡單易用，系統(tǒng)的使用載體是手機、平板等智能移動終端，只要在移動終端上安裝系統(tǒng)即可使用，擯棄了將硬件和軟件相結(jié)合的信息采集系統(tǒng)老路。該系統(tǒng)在重慶市地理國情普查、重慶市主城區(qū)違法建筑監(jiān)測調(diào)查、重慶市建筑物信息調(diào)查等工作中得到了廣泛應(yīng)用，取得了理想的應(yīng)用效果，節(jié)約了大量人力物力，有效提升了信息調(diào)查和采集效率。結(jié)合應(yīng)用需求，下一步將嵌入語音識別、任務(wù)的導(dǎo)航線路推送、多人協(xié)同在線調(diào)查、路線時間規(guī)劃等功能。

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B

1672-4623（2016）05-0018-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.006

何宗，高級工程師，主要研究GIS、RS在城市規(guī)劃中的應(yīng)用。

2016-01-27。