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(zhì)地圖、影像及表格；然后，在紙質(zhì)地圖、影像上標繪采集信息，紙質(zhì)表格中記錄采集相關(guān)屬性信息，并使用GPS、全站儀等數(shù)據(jù)采集設(shè)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(zhì)地圖的標繪信息進行數(shù)字化成圖，同時把與其相關(guān)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(nèi)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(shè)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(nèi)業(yè)成圖自動化等內(nèi)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(nèi)業(yè)成圖自動化及以圖管項目，即內(nèi)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(shù)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(nèi)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(shù)、GNSS技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)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(shè)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(nèi)業(yè)自動化成圖

內(nèi)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(shè)計

2.1 架構(gòu)設(shè)計

平臺采用分層設(shè)計，從邏輯上劃分為4個層，即基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務層以及應用層(見圖2)。每個層內(nèi)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(nèi)，同一層的組件具有較高的內(nèi)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(shè)計

基于云服務技術(shù)，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(jié)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(gòu)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(nèi)，提供對數(shù)據(jù)安全性和服務質(zhì)量的有效控制。從動態(tài)角度通過行為建模來設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(gòu)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(gòu)設(shè)計，深挖業(yè)務需求，設(shè)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(nèi)容：平臺服務系統(tǒng)、外業(yè)信息采集終端以及內(nèi)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(shè)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(shè)置了當?shù)爻鞘凶鴺讼?，本平臺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(zhuǎn)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(chǎn)運營情況，及時調(diào)配資源。結(jié)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(shè)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(shè)備互聯(lián)通訊，分析各類GNSS設(shè)備開放的藍牙通信內(nèi)容，解析串口轉(zhuǎn)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(nèi)容，快速提取日期、時間、精度、緯度、速度和殘差等有用信息[15]?？紤]存在衛(wèi)星信號丟失等問題，移動端內(nèi)置GPS定位與外接GNSS設(shè)備定位間進行無縫切換。

圖5多源GNSS設(shè)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(nèi)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(shè)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)與服務器建立連接，實時地與服務器端進行基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

以Microstation V8i為基礎(chǔ)平臺，開發(fā)實現(xiàn)了內(nèi)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(nèi)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(zhì)量。在進行數(shù)據(jù)預處理后，系統(tǒng)自動成圖、質(zhì)檢和入庫，極大地提升了處理效率(見圖7)。

圖7內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

4 結(jié) 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(chǎn)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(shè)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(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動化成圖、質(zhì)檢與入庫。通過對多個區(qū)域進行外業(yè)信息采集生產(chǎn)作業(yè)，驗證了本平臺具有一定的應用和推廣價值。