李飛

(山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

0 引言

地名地址數(shù)據(jù)[1-3]是政務(wù)信息與地理信息聯(lián)系的載體，是人們工作、生活不可或缺的內(nèi)容，是“智慧城市”框架數(shù)據(jù)建設(shè)的重要組成部分[4-5]。隨著地理信息公共服務(wù)平臺應(yīng)用的日益廣泛和深入，對平臺各類數(shù)據(jù)，尤其是地名地址數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和準確性提出了越來越高的要求，同時為了節(jié)省財政資金，提高地名地址數(shù)據(jù)采集更新的效率，減少省市數(shù)據(jù)融合工作，使數(shù)據(jù)能夠快速上圖，對地名地址數(shù)據(jù)的作業(yè)模式也提出了新的挑戰(zhàn)[6-8]。

目前，地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作大多是將作業(yè)區(qū)進行簡單的網(wǎng)格劃分，作業(yè)人員利用紙質(zhì)底圖外業(yè)進行數(shù)據(jù)采集更新，然后內(nèi)業(yè)進行數(shù)據(jù)匯總和數(shù)字化，這種方式存在采集效率低、實時性差、定位精度差、準確率低、資源浪費大等問題[9-11]，同時也不利于數(shù)據(jù)上圖發(fā)布。

因此，為了解決傳統(tǒng)地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作中存在的問題，提高數(shù)據(jù)采集更新的效率和準確度，該文提出了一種基于移動GIS技術(shù)的地名地址數(shù)據(jù)采集和更新方法，建立了地名地址數(shù)據(jù)采集更新的內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程，利用“天地圖·山東”地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)及二次開發(fā)API，設(shè)計并實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)框架設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計，分為數(shù)據(jù)層、中間層和應(yīng)用層3層框架體系(圖1)[12-14]。

(1)數(shù)據(jù)層主要負責數(shù)據(jù)的存儲和管理，包括地名地址基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、地名地址下發(fā)數(shù)據(jù)庫、瓦片緩存庫、文件庫等。地名地址基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫即山東省已有的地名地址數(shù)據(jù)庫，其由基礎(chǔ)測繪、導(dǎo)航、國情、及時更新、市縣大比例尺數(shù)據(jù)及其他合作部門(如民政、信用等)的多源數(shù)據(jù)融合而成。地名地址下發(fā)數(shù)據(jù)庫即根據(jù)市縣范圍從地名地址基礎(chǔ)據(jù)庫中抽取的需要各市縣采集更新的數(shù)據(jù)庫。

(2)中間層提供了系統(tǒng)的開發(fā)框架及所必需的中間件，包括“天地圖·山東”提供的地圖服務(wù)、開發(fā)API，Android開發(fā)框架，.Net平臺提供的asp框架和WebService服務(wù)，Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫引擎和SqlLite數(shù)據(jù)引擎等。

(3)應(yīng)用層主要負責系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能及界面的實現(xiàn)，包括手機或平板等移動終端的數(shù)據(jù)采集和Web端的業(yè)務(wù)管理功能。

圖1 系統(tǒng)總體框架圖

1.2 功能設(shè)計

地名地址采集系統(tǒng)分為Web端地名地址數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和移動端地名地址數(shù)據(jù)采集APP兩部分(圖2)。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

(1)Web端地名地址數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要包括項目管理、任務(wù)管理、內(nèi)業(yè)核查、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、統(tǒng)計分析和系統(tǒng)管理等功能模塊。

項目管理模塊包括創(chuàng)建項目、數(shù)據(jù)抽取建庫、數(shù)據(jù)下載和數(shù)據(jù)更新。其中數(shù)據(jù)抽取建庫是通過行政區(qū)劃自動提取區(qū)劃范圍、手動在地圖上繪制范圍、導(dǎo)入shp數(shù)據(jù)范圍等方式，利用空間分析服務(wù)從地名地址基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫抽取數(shù)據(jù)建立下發(fā)數(shù)據(jù)庫。任務(wù)管理模塊提供任務(wù)區(qū)網(wǎng)格劃分、任務(wù)分配和任務(wù)編輯等功能。內(nèi)業(yè)核查模塊主要用于對外業(yè)上報數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)組合查詢、數(shù)據(jù)編輯及數(shù)據(jù)核查功能。數(shù)據(jù)質(zhì)檢模塊主要是提交的任務(wù)數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢查，包括數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)批量退回、照片核驗和外業(yè)核查等功能。統(tǒng)計分析模塊包括進度統(tǒng)計、任務(wù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)預(yù)覽、報表輸出等功能。系統(tǒng)管理模塊提供用戶管理、權(quán)限管理、通知公告管理和日志管理等系統(tǒng)維護管理功能。

(2)移動端地名地址數(shù)據(jù)采集APP包括任務(wù)列表、數(shù)據(jù)采集、GIS功能和其他輔助功能模塊。

任務(wù)列表模塊包括任務(wù)查詢、任務(wù)下載及任務(wù)更新功能。用戶登錄移動端APP后，如果網(wǎng)絡(luò)處于連通狀態(tài)，將從Web端服務(wù)器下載最新的任務(wù)列表信息，并將每個任務(wù)項與本地緩存的任務(wù)數(shù)據(jù)進行比對，如果本地沒有緩存任務(wù)數(shù)據(jù)，任務(wù)項提示該任務(wù)需要下載，如果服務(wù)器任務(wù)的版本號大于本地任務(wù)緩存版本號，任務(wù)項將提示該任務(wù)數(shù)據(jù)有更新，需更新任務(wù)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集模塊是移動端地名地址數(shù)據(jù)采集APP的核心模塊，包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)采集與更新、拍攝照片、數(shù)據(jù)離線保存和數(shù)據(jù)上傳等功能。數(shù)據(jù)查詢有分類查詢、組合查詢、最小距離查詢等多種查詢方式，并可將查詢結(jié)果進行匯總統(tǒng)計，統(tǒng)計出當前未核查、已核查、已上傳、新增等狀態(tài)下的地名地址數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)采集與更新提供了地名地址數(shù)據(jù)的采集、更新和編輯，同時為了方便作業(yè)員進行野外作業(yè)，還提供了復(fù)制上一條道路記錄、復(fù)制上一條位置記錄、復(fù)制上一張地名照片記錄、復(fù)制上一張地址照片記錄等操作。

GIS功能模塊提供了地圖放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)、矢量影像地圖切換、地名注記層開啟/關(guān)閉等地圖操作，GPS定位、跟隨、導(dǎo)航等定位操作，地圖矢量數(shù)據(jù)下載、更新，影像柵格瓦片的下載等功能。

其他輔助功能主要是為了方便作業(yè)員工作而設(shè)計的系統(tǒng)輔助功能，包括用戶登錄和記住密碼，地圖緩存、柵格瓦片、采集照片和任務(wù)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的清除，道路、字典等服務(wù)器數(shù)據(jù)和APP軟件的版本檢測，任務(wù)地圖下載開啟/關(guān)閉和GPS定位開啟/關(guān)閉等系統(tǒng)設(shè)置功能。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

地名地址采集更新工作主要涉及地理空間數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、文檔圖片數(shù)據(jù)以及臨時離線緩存數(shù)據(jù)，為了有效存儲和使用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用Oracle11G數(shù)據(jù)庫、Sqlite數(shù)據(jù)庫和文件庫等多庫相結(jié)合的方式進行管理[15-17]。其中Oracle11G數(shù)據(jù)庫主要用來存儲空間數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如項目表、項目任務(wù)表、地名地址數(shù)據(jù)表、道路表、字典表等，表1給出了Oracle11G存儲的地名地址數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。Sqlite數(shù)據(jù)庫用來存儲和管理移動端APP離線緩存的地名地址數(shù)據(jù)和瓦片索引數(shù)據(jù)，文件庫用來存儲和管理矢量地圖數(shù)據(jù)、影像瓦片數(shù)據(jù)、拍攝的照片數(shù)據(jù)和其他文件資料數(shù)據(jù)等。

表1 地名地址數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于道路的地名地址數(shù)據(jù)采集更新方法

地名地址數(shù)據(jù)外業(yè)調(diào)查工作一般采用掃街式調(diào)查方式，即外業(yè)員沿著道路單側(cè)逐個進行外業(yè)調(diào)查，如果下發(fā)任務(wù)數(shù)據(jù)中不存在該數(shù)據(jù)，則進行數(shù)據(jù)采集，已存在則進行數(shù)據(jù)更新及核查?？紤]到作業(yè)員對任務(wù)區(qū)實地情況熟悉程度各異，以及作業(yè)規(guī)則與實地情況的切合度，多個作業(yè)員分別作業(yè)時會存在數(shù)據(jù)采集重復(fù)或沒有采集等問題，如果對任務(wù)區(qū)進行正方形或矩形網(wǎng)格劃分的話，也不利于已有數(shù)據(jù)的核查，尤其是小區(qū)內(nèi)部樓棟、醫(yī)院內(nèi)部樓棟、學校內(nèi)部樓棟和道路等信息。為了解決地名地址數(shù)據(jù)外業(yè)調(diào)查中存在的多作業(yè)員采集重復(fù)數(shù)據(jù)，因任務(wù)區(qū)劃分而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)采集困難、效率低下的問題，該文提出了一種基于道路的地名地址數(shù)據(jù)采集更新方法，主要包括：

(1)對所有道路進行唯一性編碼，將所有需要更新的地名地址數(shù)據(jù)都綁定一條所屬道路。

(2)以道路中心線為基準劃分網(wǎng)格即任務(wù)區(qū)，利用裁剪、疊置分析等手段將道路及其所屬的地名地址信息都劃定到任務(wù)區(qū)內(nèi)。

(3)基于作業(yè)員外業(yè)進行數(shù)據(jù)采集更新時選定作業(yè)的道路和方向，利用GPS定位、混合網(wǎng)絡(luò)定位等手段，將核查數(shù)據(jù)以距離當前定位點由近及遠依次排序。

(4)通過選取任務(wù)區(qū)、道路等信息，對采集數(shù)據(jù)進行內(nèi)業(yè)核查和數(shù)據(jù)質(zhì)檢。

2.2 以任務(wù)為核心的數(shù)據(jù)管理模式

地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作一般是以市縣為項目作業(yè)區(qū)，而對于整個作業(yè)區(qū)來講，數(shù)據(jù)量大，需要多名作業(yè)員聯(lián)合來完成數(shù)據(jù)的采集更新工作，因此為了更好的管理作業(yè)員的工作進度及數(shù)據(jù)質(zhì)量，需要建立一種新的地名地址數(shù)據(jù)管理體系。

該文以地名地址數(shù)據(jù)采集更新任務(wù)為中心，利用WebService、版本控制、數(shù)據(jù)緩存、異步上傳等技術(shù)手段，通過任務(wù)的預(yù)處理、任務(wù)的下發(fā)、任務(wù)下載和更新、任務(wù)數(shù)據(jù)的外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)核查、任務(wù)質(zhì)檢、任務(wù)提交和數(shù)據(jù)發(fā)布等作業(yè)流程，建立了以任務(wù)為核心的數(shù)據(jù)管理模式，實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)的內(nèi)外業(yè)一體化管理，具體流程如圖3所示。

(1)進行任務(wù)數(shù)據(jù)的預(yù)處理，以全省的地名地址數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)庫，通過項目區(qū)范圍從基礎(chǔ)庫中提取范圍區(qū)已有的地名地址數(shù)據(jù)，將其作為本項目區(qū)本次進行地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作的下發(fā)數(shù)據(jù)庫。

(2)綜合考慮下發(fā)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)整體分布情況及作業(yè)人員數(shù)量，劃定任務(wù)區(qū)范圍。

(3)作業(yè)員通過手機或平板安裝地名地址采集系統(tǒng)APP，進行數(shù)據(jù)采集更新工作。

(4)作業(yè)員上傳任務(wù)區(qū)已完成數(shù)據(jù)，由內(nèi)業(yè)人員進行數(shù)據(jù)核查，并將不符合要求的數(shù)據(jù)退回到外業(yè)流程，由外業(yè)人員重新核查。

(5)任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)全部內(nèi)業(yè)核查結(jié)束，提交質(zhì)檢人員，進行數(shù)據(jù)質(zhì)檢，并對不符合要求的任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)全部或部分退回，重新進行外業(yè)采集或內(nèi)業(yè)核查。

(6)任務(wù)數(shù)據(jù)通過質(zhì)檢，將新的成果數(shù)據(jù)更新至地名地址基礎(chǔ)庫，并發(fā)布上圖。

圖3 以任務(wù)為核心的數(shù)據(jù)管理流程圖

2.3 地名地址數(shù)據(jù)采集動態(tài)監(jiān)管模式

針對地名地址數(shù)據(jù)采集過程中定位精度差、準確率低、數(shù)據(jù)質(zhì)量不理想等問題，該文利用移動GIS、GPS/北斗定位、圖像識別、遙感等技術(shù)，通過采集位置上報、影像判斷、照片比對、時空分析、實地抽查等手段，建立了地名地址數(shù)據(jù)采集動態(tài)監(jiān)管模式(圖4)，實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)采集全過程全方位的動態(tài)監(jiān)管，主要包括外業(yè)采集上報監(jiān)管、采集移動軌跡監(jiān)管、內(nèi)業(yè)核查監(jiān)管和質(zhì)量檢查監(jiān)管四部分。

(1)外業(yè)采集上報監(jiān)管。地名地址數(shù)據(jù)采集上報時，需要上報采集點位置、數(shù)據(jù)點位置和現(xiàn)場照片的位置等空間信息，數(shù)據(jù)采集時間、照片拍攝時間以及數(shù)據(jù)上傳時間等時間信息，以及地名地址所屬區(qū)劃、所在道路及門牌號等屬性信息，結(jié)合外業(yè)調(diào)查上報時，作業(yè)員的行走速度等因素，進行3個上報位置容差比對、3個時間的對比、位置與所屬道路比對、上報名稱和拍攝照片文字識別內(nèi)容比對，實現(xiàn)對地名地址數(shù)據(jù)采集上報進行監(jiān)管，準確掌握外業(yè)調(diào)查時上報的時空信息，為地名地址數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)核查和質(zhì)量檢查提供基礎(chǔ)支撐。

(2)采集移動軌跡監(jiān)管。由于作業(yè)員進行數(shù)據(jù)采集的過程是沿道路單向進行采集，且每次采集都會記錄位置軌跡，根據(jù)軌跡的方向和位置間的規(guī)律性，以道路數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合軌跡坐標和上報位置匹配，有效避免了采集工作不準確的情況。

(3)內(nèi)業(yè)核查監(jiān)管。在地名地址數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)核查過程中，按照數(shù)據(jù)完整性、一致性、準確性等特點，對照片拍攝的清晰度和角度、外業(yè)上報屬性信息、照片文字等信息進行核查，同時結(jié)合遙感影像，對數(shù)據(jù)點位置及照片位置再次進行比對，人工判讀該次采集工作是否屬實，為采集結(jié)果的真實性提供了保障。

(4)質(zhì)量檢查監(jiān)管。在數(shù)據(jù)質(zhì)檢過程中，質(zhì)檢員嚴格執(zhí)行“兩級檢查、一級驗收”制度，對任務(wù)數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制，并按照數(shù)據(jù)抽查要求，抽取對應(yīng)比例的數(shù)據(jù)進行實地核查，以驗證數(shù)據(jù)的準備和真實。

圖4 地名地址數(shù)據(jù)采集動態(tài)監(jiān)管模式圖

2.4 地圖數(shù)據(jù)緩存技術(shù)

目前衛(wèi)星影像地圖在移動GIS領(lǐng)域訪問方式主流仍為網(wǎng)絡(luò)瓦片請求，每張瓦片大小一般30k以上，數(shù)據(jù)量比較大，訪問過的地區(qū)重復(fù)訪問仍需請求網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)；如果服務(wù)器衛(wèi)星影像地圖更新，需將請求的最新影像地圖瓦片更新。同時為了滿足野外數(shù)據(jù)采集的需求，往往需要將預(yù)先到達的區(qū)域衛(wèi)星影像地圖緩存到本地，以免受到手機網(wǎng)絡(luò)不好等條件影響。因此需要建立一套移動GIS平臺下瓦片地圖自動緩存機制。

該文基于“天地圖·山東”地圖瓦片切片規(guī)則，以層級-行列號為索引組織結(jié)構(gòu)建立了瓦片數(shù)據(jù)存儲模型，通過預(yù)緩存、實時緩存、更新緩存等多種緩存方法，利用Sqlite數(shù)據(jù)庫及文件相結(jié)合的方式進行瓦片存儲和管理，實現(xiàn)移動GIS平臺下瓦片地圖數(shù)據(jù)的自動緩存(圖5)。

圖5 地圖數(shù)據(jù)緩存流程圖

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計，Web端采用.Net開發(fā)框架，使用C#+JavaScript的開發(fā)模式進行開發(fā)，實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。APP端基于Eclipse開發(fā)環(huán)境，采用Java開發(fā)語言，利用“天地圖·山東”Android版API開發(fā)實現(xiàn)了移動端地名地址采集系統(tǒng)APP。地名地址采集系統(tǒng)Web端運行在普通PC上即可，APP端需運行在Android4.0版本以上系統(tǒng)中。

系統(tǒng)效果圖如圖6至圖9所示，圖6為添加任務(wù)界面，實現(xiàn)任務(wù)屬性信息的輸入、作業(yè)員的下拉選取以及任務(wù)區(qū)的繪制和編輯。圖7為采集任務(wù)詳情界面，實現(xiàn)了該任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)的檢索、分類統(tǒng)計、地圖定位展示等功能。圖8為外業(yè)地名地址數(shù)據(jù)采集更新界面，實現(xiàn)了地名數(shù)據(jù)三級分類的下拉選擇、所屬道路的選擇，名稱、地址、電話、門牌號、內(nèi)部樓號等信息的輸入，地名照片、地址照片的拍攝，位置的地圖采集和編輯等功能。圖9為內(nèi)業(yè)核查集界面，選擇任務(wù)區(qū)、所屬道路、類別、狀態(tài)或者輸入地名信息，點擊搜索按鈕，彈出地名地址數(shù)據(jù)單條記錄的內(nèi)業(yè)核查界面，核查人員可對基本信息進行修改和完善，位置信息進行二次編輯，照片信息進行核查等。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用

為了檢驗改善的采集方法，在泰安市選取了主城區(qū)和郊區(qū)等作業(yè)區(qū)域，分別采用3種不同的采集方式作業(yè)。通過實際作業(yè)驗證，相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集更新方法，本系統(tǒng)所采用的地名地址數(shù)據(jù)采集更新方法減少了作業(yè)員選取或查找調(diào)查點的時間，提高了作業(yè)的效率。同時對于新增的地名地址數(shù)據(jù)，也只需在對應(yīng)的數(shù)據(jù)間插入即可，減少了位置點確認的時間(表2)。

圖6 添加任務(wù)界面

圖7 采集任務(wù)詳情界面

圖8 外業(yè)采集界面

圖9 內(nèi)業(yè)核查界面

外業(yè)采集方式作業(yè)方法作業(yè)區(qū)域作業(yè)點數(shù)/天作業(yè)區(qū)熟悉度對作業(yè)效率的影響傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集利用紙質(zhì)地圖劃分網(wǎng)格,拿圖紙進行外業(yè)采集主城區(qū),200郊區(qū),100～150較大矩形劃分網(wǎng)格式采集利用采集系統(tǒng)劃分矩形網(wǎng)格,手持采集APP進行外業(yè)采集主城區(qū),300～350郊區(qū),200～250適中基于道路的地數(shù)據(jù)采集利用采集系統(tǒng)以道路中心線劃分網(wǎng)格,手持采集APP進行外業(yè)采集主城區(qū),400～500郊區(qū),300～350較小

系統(tǒng)成功應(yīng)用于山東省地名地址數(shù)據(jù)采集與更新工作中。2018年，利用該系統(tǒng)已順利完成了濟南、泰安、威海、棗莊、濟寧、東營等6個地市的地名地址數(shù)據(jù)采集工作，累計采集更新25萬條地名地址數(shù)據(jù)，將市縣核心城區(qū)的數(shù)據(jù)更新效率提升至月級別，重點類地名地址信息更新效率提升至周級別，數(shù)據(jù)準確度提高至99.99%，極大提高了數(shù)據(jù)采集更新效率和準確度，保障了地理信息公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)時效性和準確性，提高了山東省地理信息公共服務(wù)平臺的影響力。

4 結(jié)論

該文根據(jù)實際采集需求，提出了新型的數(shù)據(jù)采集更新方法，改善了地名地址數(shù)據(jù)傳統(tǒng)采集方式，提高了采集效率，設(shè)計了以任務(wù)為核心的內(nèi)外業(yè)一體化流程，創(chuàng)新了數(shù)據(jù)采集監(jiān)管模式，實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)實時監(jiān)督管理，保證了采集數(shù)據(jù)的時效性和準確性，利用移動GIS技術(shù)、計算機技術(shù)、GPS技術(shù)、圖像識別等技術(shù)，依托“天地圖·山東”提供的地圖數(shù)據(jù)資源和開發(fā)API，開發(fā)了山東省地名地址采集系統(tǒng)，滿足了“天地圖·山東”地名地址數(shù)據(jù)建設(shè)的要求，在實際應(yīng)用中取得豐碩成果，具有較高的推廣應(yīng)用價值。實踐證明，利用本系統(tǒng)進行地名地址采集與更新工作，推動了“天地圖·山東”地名地址數(shù)據(jù)的建設(shè)，對促進智慧城市的發(fā)展有重要意義。