曹健，李達(dá)，蔡忠亮，余謙

(1.武漢智圖科技有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430200； 2.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

1 引 言

“眾包”的概念于2006年在美國被首次提及，是指通過整合計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)上未知的大眾來完成機(jī)器單獨(dú)難以處理的任務(wù)，從2009年開始，眾包得到了各個領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，包括人機(jī)交互、信息檢索、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)庫、人工智能、計(jì)算機(jī)理論等，已經(jīng)逐漸成為一個新的研究熱點(diǎn)。隨著移動互聯(lián)技術(shù)的興起與流行，將眾包模式與移動互聯(lián)結(jié)合，應(yīng)用于空間要素的獲取和更新領(lǐng)域，通過公眾參與形式快速獲取熱點(diǎn)信息、更新地理要素，可以低成本、快速地提供翔實(shí)、高效地理信息數(shù)據(jù)來源。

為全面貫徹黨中央國務(wù)院和湖北省委省政府的重大戰(zhàn)略部署，湖北省測繪地理信息局主動服務(wù)精準(zhǔn)扶貧大局，圍繞“精準(zhǔn)”二字，突出精準(zhǔn)定位，整合專業(yè)數(shù)據(jù)，積極提供基于地理信息技術(shù)的精準(zhǔn)服務(wù)，于2015年編印完成《湖北省精準(zhǔn)扶貧作戰(zhàn)地圖》，2016年與省扶貧開發(fā)辦公室簽訂精準(zhǔn)扶貧戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，共同完成全省約300萬貧困戶的“精準(zhǔn)扶貧、導(dǎo)航到戶”地理信息采集任務(wù)，并列入2016年基礎(chǔ)測繪項(xiàng)目。

精準(zhǔn)扶貧是21世紀(jì)國家提出的落實(shí)全面建成小康社會發(fā)展目標(biāo)的重要一步，而精準(zhǔn)扶貧的重要依據(jù)是全國范圍內(nèi)精準(zhǔn)的貧困戶數(shù)據(jù)與信息的采集與統(tǒng)計(jì)。為快速響應(yīng)和落實(shí)國家關(guān)于精準(zhǔn)扶貧工作中貧困戶信息采集建庫工作要求，傳統(tǒng)外業(yè)信息采集模式無法滿足空間定位與導(dǎo)航到戶的應(yīng)用需求，因此，探索基于移動測繪技術(shù)的現(xiàn)代信息化采集、生成與管理的新模式具有重要意義。而基于云和移動GIS技術(shù)，采用眾包模式的大眾參與式信息采集與專業(yè)人員審核生產(chǎn)管理的工作模式，克服了信息采集中采集目標(biāo)及環(huán)境不了解、效率低下等問題，新模式可大大提高貧困戶信息采集、生產(chǎn)、管理的效率和質(zhì)量。

2 數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)狀

(1)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式由專業(yè)的數(shù)據(jù)采集人員，依據(jù)測量儀器或者移動采集設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采用這種數(shù)據(jù)采集模式，需要投入大量的專業(yè)的數(shù)據(jù)采集人員，效率較低、成本較高，湖北省精準(zhǔn)扶貧大數(shù)據(jù)采集的任務(wù)是在較短的時間內(nèi)，完成約300萬貧困戶的基本信息、多媒體信息及精確地理數(shù)據(jù)的采集，采集任務(wù)重、內(nèi)容多、精度要求高、時間要求緊，貧困戶所處地區(qū)以山地地貌居多、分布較散，山高路險、交通條件較差，所以采用傳統(tǒng)的采集方式很難在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務(wù)。

(2)“眾包”模式的采集方式

文獻(xiàn)[1]探討了基于眾包模式、采用移動互聯(lián)技術(shù)為主要手段的地理信息數(shù)據(jù)采集、更新流程機(jī)制與方式方法，文獻(xiàn)[2]提出基于眾包模式的POI數(shù)據(jù)采集思路，文獻(xiàn)[3]提出了一個基于移動計(jì)算技術(shù)的道路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，文獻(xiàn)[4]提出了基于天地圖的POI數(shù)據(jù)采集思路，實(shí)現(xiàn)了POI數(shù)據(jù)的采集與動態(tài)更新，文獻(xiàn)[5]將眾包采集流程集成到災(zāi)害信息管理中，提高了災(zāi)害信息采集效率。文獻(xiàn)[6]介紹了基于Web平臺的志愿者地名地址數(shù)據(jù)采集方案，文獻(xiàn)[7]構(gòu)建了一個百度眾測數(shù)據(jù)標(biāo)注子系統(tǒng)，降低了數(shù)據(jù)生產(chǎn)成本，文獻(xiàn)[8]利用眾包模式，將非特定社會大眾引入到農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)采集中，能有效擴(kuò)充數(shù)據(jù)采集隊(duì)伍。

“眾包”模式充分利用了人多力量大的特點(diǎn)，采用并發(fā)機(jī)制，來解決繁雜的任務(wù)。利用“大數(shù)據(jù)協(xié)同采集”的貧困戶地理信息采集模式，利用互聯(lián)網(wǎng)思維，發(fā)動全省各地?cái)?shù)萬基層扶貧工作者，借助他們的地緣優(yōu)勢，利用他們的手機(jī)設(shè)備，突破數(shù)據(jù)采集在專業(yè)、地理、時間上的限制，完成采集任務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時上傳，多用戶共同協(xié)作，對大數(shù)據(jù)的存儲、處理、分析、可視化等功能的實(shí)現(xiàn)有極大的幫助。

3 數(shù)據(jù)采集流程

圖1 數(shù)據(jù)采集流程圖

(1)扶貧大數(shù)據(jù)采集

無須額外采購移動采集設(shè)備，采集軟件直接安裝到基層扶貧工作者的手機(jī)中，通過簡單培訓(xùn)后即可進(jìn)行扶貧數(shù)據(jù)的采集。到達(dá)貧困戶實(shí)地以后，進(jìn)行貧困戶的定位并采集其位置信息、采集貧困戶的房屋照片等多媒體信息、錄入貧困戶的其他屬性信息并保存。

(2)數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)采集完成后，用戶可以將采集的數(shù)據(jù)傳輸至楚天云服務(wù)器，軟件提供兩種同步方式，即在線傳輸方式和無線傳輸方式：在網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋地區(qū)，用戶可以直接將采集的數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器；沒有網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的地區(qū)，用戶可以到有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)利用網(wǎng)絡(luò)或者WiFi信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。鑒于楚天云在數(shù)據(jù)安全、效率的優(yōu)勢，本方案采用楚天云服務(wù)器。

(3)數(shù)據(jù)審核同步

數(shù)據(jù)管理人員依據(jù)事先制定的規(guī)則，對傳輸回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種檢查，通過審核的數(shù)據(jù)直接同步到扶貧大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫中，未通過采集的數(shù)據(jù)則返回移動采集人員處修改，直至符合數(shù)據(jù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

4 方案設(shè)計(jì)

4.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于云環(huán)境下扶貧大數(shù)據(jù)的協(xié)同采集和傳輸模式，實(shí)現(xiàn)對扶貧數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖2所示，該架構(gòu)中，所有的業(yè)務(wù)邏輯轉(zhuǎn)移到了服務(wù)器端，僅在客戶端保留視圖層，完成顯示和交互任務(wù)，降低客戶端的復(fù)雜度和維護(hù)難度?？蛻舳瞬恢苯釉L問數(shù)據(jù)庫，通過引入中間的業(yè)務(wù)邏輯，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布處理，加強(qiáng)了平臺的伸縮性，減少數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的負(fù)載。

圖2 軟件總體架構(gòu)圖

(1)數(shù)據(jù)服務(wù)層

包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、扶貧專題數(shù)據(jù)等空間信息數(shù)據(jù)和其他的屬性數(shù)據(jù)，平臺根據(jù)業(yè)務(wù)需求定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，選擇基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源和服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)層可通過服務(wù)接口直接與客戶端交互，也可經(jīng)過服務(wù)器邏輯運(yùn)算引擎，與其他關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)資料融合處理后，返回結(jié)果在客戶端展現(xiàn)。

(2)邏輯事務(wù)層

以Webservice方式公開的數(shù)據(jù)訪問接口，并通過Web服務(wù)器發(fā)布和管理各類接口方法，為移動終端訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供通道。主要由Web服務(wù)器、空間信息服務(wù)接口、服務(wù)器邏輯運(yùn)算引擎組成，主要是響應(yīng)移動客戶端的各種請求和查詢操作，并調(diào)用相關(guān)的空間信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)。

(3)通訊網(wǎng)絡(luò)層

提供業(yè)務(wù)邏輯層和終端展現(xiàn)層的數(shù)據(jù)交互媒介。業(yè)務(wù)邏輯層的訪問接口在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，iOS、Android等移動終端借助3G/WIFI/GPRS等無線網(wǎng)絡(luò)與Webservice訪問接口進(jìn)行通訊。

(4)終端展現(xiàn)層

提供最終的人機(jī)交互界面，將業(yè)務(wù)邏輯層提供的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的展現(xiàn)，終端設(shè)備采用移動智能設(shè)備，進(jìn)行扶貧數(shù)據(jù)的采集、編輯、提交等；桌面端完成數(shù)據(jù)的檢查、同步，進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等。

4.2 軟件功能設(shè)計(jì)

基于精準(zhǔn)扶貧信息化的需求，實(shí)現(xiàn)了貧困戶信息精準(zhǔn)采集、快速編輯、直觀可視化、核查巡檢導(dǎo)航到戶等功能，包含四個模塊：導(dǎo)航到戶模塊、信息采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和統(tǒng)計(jì)應(yīng)用模塊，主要功能如圖3所示。

圖3 軟件功能圖

導(dǎo)航到戶模塊和信息采集模塊包含在移動端的扶貧數(shù)據(jù)采集軟件中，數(shù)據(jù)管理模塊和統(tǒng)計(jì)應(yīng)用模塊包含在扶貧桌面應(yīng)用中。扶貧數(shù)據(jù)采集軟件分為安卓版和蘋果版，分別基于ArcGIS API for JavaScript和ArcGIS API for iOS進(jìn)行開發(fā)，鑒于天地圖數(shù)據(jù)在不發(fā)達(dá)地區(qū)的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，數(shù)據(jù)采集的底圖調(diào)用天地圖的數(shù)據(jù)服務(wù)。實(shí)現(xiàn)了查詢、信息展示、定位、導(dǎo)航等功能。在信息采集模塊中，為防止采集人員偽造數(shù)據(jù)，采集軟件開發(fā)了保存貧困戶空間位置和采集人員運(yùn)動軌跡的功能，實(shí)現(xiàn)了貧困戶各類信息的采集與錄入，并根據(jù)當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)條件通過在線或離線的方式將數(shù)據(jù)上傳至楚天云服務(wù)器中。

數(shù)據(jù)管理模塊和統(tǒng)計(jì)應(yīng)用模塊包含在桌面端應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)管理模塊完成數(shù)據(jù)的下載、審核等功能，并將通過審核的數(shù)據(jù)同步到精準(zhǔn)扶貧大數(shù)據(jù)庫中，審核未通過的數(shù)據(jù)返回移動采集端進(jìn)行重新采集。統(tǒng)計(jì)應(yīng)用模塊包含統(tǒng)計(jì)圖表、專題圖表制作和打印等功能。

5 實(shí)踐與結(jié)論

通過基于眾包的數(shù)據(jù)采集模式，開發(fā)了iOS和Android版的扶貧數(shù)據(jù)采集軟件，軟件的部分效果如圖4所示：

圖4 軟件效果圖

采集軟件廣泛應(yīng)用于湖北省13個市州、98個縣市區(qū)扶貧辦， 1 131個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、 25 763個村的扶貧工作人員，完成了300萬精準(zhǔn)扶貧貧困戶的數(shù)據(jù)采集、檢查、校正、入庫工作。通過政府領(lǐng)導(dǎo)下的廣大基層扶貧工作人員作為志愿者進(jìn)行扶貧地理信息采集與更新，圓滿完成了湖北省政府下達(dá)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，突破了數(shù)據(jù)采集在專業(yè)、地理、時間上的限制，減少專業(yè)人員的采集成本，提高了信息采集的效率，并完成采集數(shù)據(jù)的實(shí)時同步更新。該采集模式不僅在工期、花費(fèi)上占優(yōu)，且外業(yè)采集只需要一般工作人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)，使用智能手機(jī)即可，不需要專業(yè)人員和專業(yè)設(shè)備，作業(yè)流程簡單，解決了短時間內(nèi)難以組織大量的專業(yè)技術(shù)人員的問題。依據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，每個市同時開展，在全面開始采集時，單日采集人員可達(dá)到 1 000多采集人員，單日信息上傳峰值超過8萬條，相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模式，提高采集效率約十倍，驗(yàn)證了軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和方案的可行性，基于眾包的數(shù)據(jù)采集模式可以在類似數(shù)據(jù)采集任務(wù)中進(jìn)行推廣。