張中源
摘要:利用MobileGIS技術空間數據加載功能,采用Java語言,利用衛(wèi)星定位、GIS空間分析等技術,設計并實現管線智能數據采集系統(tǒng),為測繪單位進行管線測繪提供更加便捷、智能的野外數據采集工具,最大限度地提高野外工作效率與成果質量。經過某實地項目生產測試證明,基于MobileGIS的管線智能調查系統(tǒng)在實際項目生產中發(fā)揮著重要作用,相比傳統(tǒng)紙質錄入方式,生產效率與成果質量提高30%以上。
關鍵詞:Android? MobileGIS? ArcGIS? 管線測繪? 智能采集? 地圖瓦片
Design and Implementation of Pipeline Intelligent Data Acquisition System Based on MobileGIS
ZHANG Zhongyuan
(The Third Geodetic Team of the Ministry of Natural Resources of PRC, Chengdu, Sichuan Province, 610100 China)
Abstract: Using the spatial data loading function of MobileGIS technology, using Java language, satellite positioning, GIS spatial analysis and other technologies, the pipeline intelligent data acquisition system is designed and implemented to provide more convenient and intelligent field data acquisition tools for surveying and mapping units to conduct pipeline surveying and mapping, so as to maximize the efficiency of field work and the quality of results. The production test of a field project shows that the pipeline intelligent investigation system based on MobileGIS plays an important role in the actual project production. Compared with the traditional paper input method, the production efficiency and achievement quality are improved by more than 30%.
Key Words: Android; MobileGIS; ArcGIS; Pipeline mapping; Intelligent acquisition; Map tile
地下管線被稱作城市的“血管”,伴隨著我國城市化進程的加快,城市地下管線的建設也越來越復雜,相關政府職能部門也高度重視地下空間的開發(fā)利用。同時,隨著社會的發(fā)展,信息技術水平的進步,對于外業(yè)測繪工作在數據獲取的現勢性和獲取能力上也提出了更高的要求[1]。
近年來,隨著智能手機在存儲和計算能力上的快速發(fā)展,為移動GIS技術在智能終端設備上的應用創(chuàng)造了便利的條件[2,3],基于位置服務的移動GIS系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的信息采集方式,以智能手機為載體來實現傳統(tǒng)測繪行業(yè)野外數據采集的智能化、便捷化成為可能[4-8]。目前有一些野外測繪數據采集過程中已經實現屬性信息的簡單錄入,但在野外實現管線及附屬物符號化詳細顯示、模板定制、空間分析以及結合語音識別等智能化功能實現較少。目前很多單位仍采用傳統(tǒng)的管線數據采集方式,即在野外使用紙質繪制草圖并記錄主要屬性,內業(yè)加班將紙質數據錄入計算機,此種方式工作效率低下且數據容易出錯,給后期內業(yè)工作帶來諸多不便。
基于以上情況,本文結合筆者從事地下管線探測多年以來的野外作業(yè)經驗和實踐,建立基于MobileGIS技術的管線智能調查系統(tǒng),實現管線要素信息的智能化錄入、管線及附屬物的分類符號化顯示以及在線地圖本地化等功能,為專業(yè)管線測繪單位提供便捷化的野外數據采集工具,極大地提高野外工作效率與成果質量。
1 關鍵技術
1.1 管線要素分類符號化技術
本文中管線要素空間圖形數據在移動端以shp格式進行存儲,管線要素線型及附屬物的符號通過ArcGIS Pro創(chuàng)建的Mobile style樣式進行實現。
首先通過ArcGIS Pro制作Mobile Style樣式文件,該文件包括點符號與線樣式。由于管線要素要實現不同管類不同符號化顯示,在加載時需要以管類為唯一值加載,加載結果如圖1所示。
DictionarySymbolStyle symbolStyle = new DictionarySymbolStyle(樣式文件路徑);
symbolStyle.loadAsync();
Symbol source_currentSymbol = symbolStyle.getSymbolAsync(關鍵字).get();
UniqueValueRenderer uniqueValueRenderer = new UniqueValueRenderer();
uniqueValueRenderer.getFieldNames().add(分類字段);
List
currentValue.add(樣式名);
uniqueValueRenderer.getUniqueValues().add(new UniqueValueRenderer.UniqueValue(樣式名, 樣式名, currentSymbol, currentValue));
1.2底圖離在線一體化技術
在野外繪制管線要素需要基于底圖來判斷實際位置,而日常使用的底圖均為在線底圖,由于野外網絡信號的不穩(wěn)定性,為方便野外使用在線底圖數據,需要將在線底圖數據下載到本地以及實現無縫加載在線與離線底圖數據。
瓦片金字塔是采用倍率方法形成多分辨率層次,每層細分為大小相等的矩形瓦片,瓦片包含固定數據的采樣點[9]。移動端使用的在線地圖其實是由一個個地圖瓦片按規(guī)律拼接而成的,不同層級的地圖也有不同的瓦片構成,瓦片存儲在對應發(fā)布商的服務器中,瓦片本身不帶坐標,是根據其URL中的行列號及層級來進行顯示。以下以國家天地圖數據源為例。
(1)根據經緯度坐標計算瓦片行列號。按照ArcGIS地圖瓦片的生產規(guī)則,根據范圍換算出不同比例尺下的瓦片行列號范圍[10]。行列號根據數據源的原點、地圖比例尺、圖片分辨率以及瓦片圖片大小確定。
國家天地圖數據源根據坐標計算行列號:
double n = Math.pow(2,zoom);
int column_tile = (int)Math.floor((lon + 180) / 360 * n);
int row_tile = (int)(Math.floor( (1 - Math.log(Math.tan(lat * Math.PI /180.0) + 1 / Math.cos(lat * Math.PI /180.0)) / Math.PI) / 2 * n));
此處zoom指層級,lon指經度,lat指緯度。
(2)將瓦片下載到本地并按目錄組織。將層級與獲取到的行列號按照天地圖的url格式組織并進行瓦片下載,下載后在本地按層級/行/列進行存儲(見圖2)。
http://{subDomain}.tianditu.com/DataServer?T=vec_c&x={col}&y={row}&l={level}
(3)加載瓦片時首先根據坐標計算行列號后查詢本地是否有瓦片,有對應瓦片則加載本地數據,否則請求在線數據,以此來實現離在線地圖的一體化無縫集成。
1.3模板定制與適配技術
由于管線樣式及信息采集屬性在各地均有差別,要實現在移動端進行屬性采集必須做到模板適配,用戶需在使用前制作對應模板,包括管點與管線字段及類型、枚舉范圍(字段的取值范圍)、屬性邏輯顯示(如不同的附屬設施需要用戶采集不同的屬性信息)、管線類型及顏色等模板。移動端在加載時需要根據不同的字段、管類、枚舉范圍等配置顯示不同的屬性信息與邏輯關系。
2 系統(tǒng)設計
2.1系統(tǒng)架構
本系統(tǒng)主要適用于測繪人員在野外作業(yè)使用,運行于Android系統(tǒng)手機或平板電腦終端上,結合衛(wèi)星定位、空間分析、語音識別等技術為管線測繪人員在野外實現草圖繪制與管線信息采集功能。系統(tǒng)主要由支持層、數據層、服務層以及表現層組成,如圖3所示。
(1)支持層。由于Android系統(tǒng)的開源性及普適性,本系統(tǒng)設計運行于Android系統(tǒng)終端上。系統(tǒng)研發(fā)使用Android Studio進行開發(fā),結合實際工作的需求,開發(fā)平臺采用ArcGIS Runtime for Android平臺。
(2)數據層。主要包括在野外使用的在線或離線的底圖數據,以及信息采集產生的圖形數據、屬性數據與多媒體數據。
(3)服務層。主要為系統(tǒng)表現出提供接口服務,主要包括空間分析、數據查詢、地理位置以及地圖加載顯示等服務,在表現層上直接調用對應接口實現業(yè)務功能。
(4)表現層。表現層直接展示給用戶,與用戶實現交互操作。主要包括工程管理、數據加載、要素編輯以及屬性查詢等輔助工具。
2.2系統(tǒng)功能設計
系統(tǒng)功能模塊主要由工程管理、數據加載、要素編輯以及輔助工具等4個功能模塊,如圖4所示。
(1)工程管理。主要用來根據模板新建工程或對本機中的所有工程進行管理。系統(tǒng)會自動顯示工程中的管線及附屬物數量、工程的創(chuàng)建信息等,也便于后期對工作量的進一步統(tǒng)計。具體包括新建工程、切換工程、分享工程及刪除工程操作。
(2)數據加載。主要用于加載在線或離線柵格底圖以及加載本機中的矢量數據。系統(tǒng)支持天地圖、ArcGIS地圖等在線數據,支持tpk、vtpk、mmpk、tif、img、shp、geodatabase等多種離線柵格或矢量數據,系統(tǒng)支持對天地圖、ArcGIS底圖離線下載到本機以及無縫加載在線與離線底圖數據。在矢量數據加載中,系統(tǒng)支持對矢量數據按字段組合進行自定義標注,用戶可以對矢量數據進行自定義符號化。
(3)要素編輯。該功能為系統(tǒng)的主要業(yè)務操作,使用最頻繁。用戶選擇地圖位置與對應管類即可輸入管線主要屬性,系統(tǒng)實時對管線要素及附屬物進行分類符號化表示,讓用戶感官更直接,同時降低了軟件的使用技術門檻。系統(tǒng)提供屬性繼承、AI語音識別等功能來輔助用戶實現更便捷的信息錄入操作。系統(tǒng)支持線上加點、接已有點等多種復雜GIS操作,提供照片、音頻、視頻等多媒體信息的錄入,擴展了外業(yè)屬性的格式,極大地方便外業(yè)測繪人員操作。
(4)輔助工具。主要為測繪人員在野外提供空間量算、坐標定位、軌跡記錄、地名搜索以及系統(tǒng)設置等輔助工具。系統(tǒng)為便于后期維護,支持異常日志記錄功能,當系統(tǒng)屬性異常時,研發(fā)人員直接查看本地的異常日志即可查找異常原因。
3 典型應用實例
本系統(tǒng)以成都市某地區(qū)地下管線探測項目為例進行野外數據采集應用。系統(tǒng)運行在Android6.0以上的手機或平板電腦終端上,完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)通過紙質記錄的方式,具體工作界面如圖5所示。作業(yè)人員在現場實時繪制管線圖并錄入相關屬性,導出成果即為數據庫。作業(yè)人員在實際作業(yè)的過程中還進行了硬件集成方面的小創(chuàng)新,將手機通過腕帶固定在手臂上,為野外作業(yè)帶來極大的方便。經過實地管線數據采集驗證了系統(tǒng)設計的合理性與工程化應用的可操作性。
4 結語
本文所涉及的管線智能數據采集系統(tǒng)采用分層架構,提高了系統(tǒng)數據加載與處理的能力,同時結合實際應用需求采用了語音識別、模板適配、底圖離在線、屬性繼承等多種技術,更能符合一線作業(yè)人員的使用習慣,大大提高了軟件的通用性。經過實際生產測試,相比較傳統(tǒng)的在野外紙質記錄信息、內業(yè)加班錄入信息而言,本系統(tǒng)可以一鍵成庫,日均減少作業(yè)人員內業(yè)加班時間2h以上,其生產效率與成果質量提升30%以上。
參考文獻
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