周長江，張現(xiàn)軍，于忠海

(1.濟(jì)南市勘察測繪研究院，山東 濟(jì)南 250101； 2.山東省城市空間信息工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250101)

1 引 言

為全面掌握我國自然災(zāi)害風(fēng)險隱患情況，提升全社會抵御自然災(zāi)害的綜合防范能力，從2020年開始開展第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查工作。通過開展普查，摸清全國自然災(zāi)害風(fēng)險隱患底數(shù)，查明重點地區(qū)抗災(zāi)能力，客觀認(rèn)識全國和各地區(qū)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險水平，為中央和地方各級人民政府有效開展自然災(zāi)害防治工作、切實保障經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展提供權(quán)威的災(zāi)害風(fēng)險信息和科學(xué)決策依據(jù)[1]。

在綜合風(fēng)險普查中，房屋建筑承災(zāi)體調(diào)查是工作量最大、任務(wù)最重、參與人員最多、組織實施難度最大的工作之一[2]。房屋建筑調(diào)查是對房屋建筑開展基本信息和抗震設(shè)防基本信息以及使用情況等的調(diào)查[3]。按照全國災(zāi)害綜合風(fēng)險普查實施方案規(guī)定，房屋建筑調(diào)查需在房屋建筑面狀矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過軟件系統(tǒng)填報房屋承災(zāi)體災(zāi)害屬性信息和空間信息，并進(jìn)行現(xiàn)場核實和補(bǔ)充調(diào)查。因此房屋建筑調(diào)查，需要投入大量的人力到現(xiàn)場拍照、取證、核實。在各地綜合風(fēng)險普查實際工作中，房屋建筑調(diào)查往往需要投入最多的資金和人員，其調(diào)查效率直接決定了綜合風(fēng)險普查工作的整體進(jìn)度[4～6]。

國普辦下發(fā)了統(tǒng)一的綜合風(fēng)險普查軟件[7]，但在實際調(diào)查工作中，該軟件在以下情況無法完全滿足使用需求：①調(diào)查需配套房屋建筑面矢量工作底圖，在早期試點工作中，底圖制作及下發(fā)不及時、不完整，導(dǎo)致無法正常使用該軟件；②該軟件采用線上實時匯交的方式，信息提交后地方相關(guān)部門無法及時獲取原始數(shù)據(jù)，不利于普查成果的再加工及應(yīng)用；③該軟件在全國范圍內(nèi)用戶并發(fā)量大，涉及空間數(shù)據(jù)編輯等復(fù)雜交互過程和照片傳輸?shù)群木W(wǎng)絡(luò)資源的操作，在集中開展調(diào)查期間容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常；④在各地調(diào)查工作開展中，往往同步開展安全隱患排查、違建清查等其他專項調(diào)查。

在實際開展調(diào)查工作中，為了彌補(bǔ)上述不足，除了使用統(tǒng)一的綜合風(fēng)險普查軟件外，筆者開發(fā)了綜合風(fēng)險普查房屋建筑調(diào)查App及生產(chǎn)管理系統(tǒng)，作為輔助手段，在部分地區(qū)的綜合風(fēng)險普查工作中發(fā)揮了優(yōu)勢作用。尤其是在平陰試點、濱城試點[8]等地區(qū)的普查工作中，在底圖尚未統(tǒng)一下發(fā)的情況下，利用該軟件提前開展普查，進(jìn)行技術(shù)路線探索，保證了普查的質(zhì)量和進(jìn)度。

2 軟件設(shè)計及實現(xiàn)

2.1 工作流程

房屋建筑調(diào)查一般由縣市區(qū)組織開展具體調(diào)查工作，并進(jìn)行普查成果管理和提交。因此軟件設(shè)置了“四級組織、六類角色”的權(quán)限管理模式，四級組織從上至下分別為：縣市區(qū)相關(guān)管理部門(縣級管理員)、調(diào)查實施單位(單位管理員)、調(diào)查隊伍(班組長)、調(diào)查核查人員(調(diào)查員、核查員)，除了上述四級組織的5個角色外，還有系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)系統(tǒng)運維管理。其中，縣級管理員通過系統(tǒng)將調(diào)查任務(wù)按鄉(xiāng)鎮(zhèn)分發(fā)至各個調(diào)查單位，同時負(fù)責(zé)最終的質(zhì)檢和成果提交；調(diào)查實施單位將調(diào)查任務(wù)進(jìn)一步細(xì)化，以村為單元逐個下發(fā)至各個調(diào)查隊伍，同時負(fù)責(zé)任務(wù)內(nèi)成果的質(zhì)檢和現(xiàn)場核查任務(wù)分配；調(diào)查班組長將各個村的調(diào)查任務(wù)分配至個人，同時負(fù)責(zé)本組成果的檢查；調(diào)查員通過房屋建筑調(diào)查App進(jìn)行具體的外業(yè)調(diào)查；核查員由調(diào)查單位直接管理并分配現(xiàn)場核查任務(wù)，進(jìn)行具體的現(xiàn)場核查工作。軟件中房屋建筑調(diào)查業(yè)務(wù)工作流程如圖1所示。

圖1 房屋調(diào)查業(yè)務(wù)工作流程

2.2 軟件架構(gòu)

軟件分為四層結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)設(shè)施層，包括信息化軟硬件支撐環(huán)境；數(shù)據(jù)資源層，包括高分辨率影像底圖、矢量電子地圖、地名地址、村界、鎮(zhèn)界、宗地等地理信息數(shù)據(jù)、房屋建筑底圖、普查采集信息等；服務(wù)層，包括數(shù)據(jù)上傳服務(wù)、下載服務(wù)、地圖服務(wù)、空間定位服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)資源服務(wù)等；業(yè)務(wù)應(yīng)用層，即面向應(yīng)用的三個子系統(tǒng)，分別為面向房屋建筑外業(yè)調(diào)查的移動端App，用于外業(yè)生產(chǎn)綜合監(jiān)管的生產(chǎn)管理系統(tǒng)和用于運維管理的后臺運維系統(tǒng)。軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件架構(gòu)

2.3 安全設(shè)計

(1)用戶設(shè)備授權(quán)

采用后臺統(tǒng)一注冊方式，為每個用戶設(shè)置授權(quán)截止日期，保證用戶僅在授權(quán)期內(nèi)可登錄，項目結(jié)束時可通過修改授權(quán)日期使用戶無法再次登錄。用戶初次登錄時，會自動綁定當(dāng)前硬件設(shè)備碼，一旦綁定設(shè)備碼該賬號將無法在其他設(shè)備上登錄，實現(xiàn)用戶賬號與設(shè)備的一對一綁定，以這樣的方式避免App未經(jīng)授權(quán)使用。

離線登錄模式，設(shè)置10天的離線授權(quán)期，每次聯(lián)網(wǎng)登錄成功都會記錄下登錄日期，離線登錄時，會依據(jù)上次聯(lián)網(wǎng)登錄日期計算是否超過離線授權(quán)期，如果超過離線授權(quán)期，必須聯(lián)網(wǎng)登錄進(jìn)行授權(quán)判斷。

(2)移動端空間數(shù)據(jù)加密

現(xiàn)場調(diào)查中用到的影像、房屋建筑面、宗地、村區(qū)劃等數(shù)據(jù)往往是不公開數(shù)據(jù)，為保證數(shù)據(jù)安全，采用移動端空間數(shù)據(jù)離線加密技術(shù)，將空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并加密成自定義格式，分發(fā)至每個調(diào)查員的移動設(shè)備上，移動端App采用離線加載的方式直接調(diào)取本地空間數(shù)據(jù)。

2.4 技術(shù)路線及實現(xiàn)

(1)房屋建筑調(diào)查App

房屋建筑調(diào)查移動端App基于Android平臺開發(fā)，支持Android 8.0及以上的手機(jī)及平板設(shè)備，同時適配MIUI、EMUI、鴻蒙等國內(nèi)主流手機(jī)廠商系統(tǒng)。App功能包括：地圖(影像、房屋、區(qū)劃數(shù)據(jù)等)展示及操作、圖層控制、基于地名快速檢索定位、調(diào)查表采集、現(xiàn)場拍照、房屋新增、空間定位、采集任務(wù)進(jìn)度查看、采集信息上傳與導(dǎo)出、本地房屋數(shù)據(jù)在線更新、App版本升級等。

App設(shè)計開發(fā)遵循可靠、實用、易用、安全、可配置、可擴(kuò)展性等原則。App支持上百人同時使用的需求，支持離線數(shù)據(jù)加載與采集，簡單易用、易上手，盡可能兼容所有安卓設(shè)備型號，采用數(shù)據(jù)安全技術(shù)保障數(shù)據(jù)安全，功能及數(shù)據(jù)可配置管理，能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展以適應(yīng)其他專項調(diào)查任務(wù)。主界面為地圖界面，通過點擊房屋面，彈出待調(diào)查類型選擇窗，點擊選項可進(jìn)入農(nóng)村獨立住宅、集合住宅、住宅輔助、非住宅、城鎮(zhèn)住宅、城鎮(zhèn)非住宅等各類調(diào)查表，根據(jù)現(xiàn)場實際情況填寫信息并拍照完成該房屋信息的調(diào)查。移動端App界面如圖3所示。

圖3 移動端界面

(2)生產(chǎn)管理系統(tǒng)及后臺運維系統(tǒng)

房屋建筑調(diào)查外業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)及后臺運維系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，前端采用HTML5、JavaScript進(jìn)行開發(fā)，地圖服務(wù)采用ArcGIS API，Web后端采用.NET框架，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL Server。運維系統(tǒng)采用嚴(yán)格的權(quán)限控制，對不同角色用戶開放不同的功能模塊。生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)查任務(wù)分配管理、調(diào)查員軌跡監(jiān)控管理、普查進(jìn)度監(jiān)控統(tǒng)計、調(diào)查信息查詢管理、調(diào)查信息導(dǎo)出、地圖展示、空間查詢等功能。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)基于移動端的定位上傳功能可獲取并管理所有用戶的實時位置和活動軌跡，為兼顧軟件實用性及后臺服務(wù)器壓力，軌跡采集的定位間隔為 5 min；用戶提交的房屋調(diào)查數(shù)據(jù)根據(jù)房屋類型在地圖上用不同顏色區(qū)分，能夠進(jìn)行關(guān)鍵字查詢和空間點擊查詢；能夠?qū)崟r統(tǒng)計調(diào)查進(jìn)度，幫助管理員實時掌控工作進(jìn)展。管理系統(tǒng)調(diào)查員軌跡監(jiān)控功能如圖4所示。

圖4 調(diào)查員軌跡監(jiān)控

3 軟件關(guān)鍵技術(shù)

3.1 移動端矢量切片加密技術(shù)

房屋建筑、宗地、村界等不公開的地理信息矢量數(shù)據(jù)，采用了移動端矢量切片加密技術(shù)進(jìn)行處理?；赟QLite數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建移動端空間數(shù)據(jù)庫，屬性信息存儲在屬性表中，空間信息以二進(jìn)制形式存儲在STGeometry字段中。配套移動端矢量切圖轉(zhuǎn)換工具，可將Shapefile格式的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為移動端空間數(shù)據(jù)庫，以xml文件配置空間數(shù)據(jù)的注記、線型、顏色、填充、符號等顯示樣式，最終將轉(zhuǎn)換成果打包成自定義格式。影像等柵格數(shù)據(jù)同樣可以通過移動端矢量切圖轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)化為SQLite空間數(shù)據(jù)庫的形式并進(jìn)行加密存儲。基于JTS(空間分析工具包)、SpatiaLite等開源庫，開發(fā)了配套的自定義格式矢量切片離線數(shù)據(jù)類庫包，可快速讀取展示空間數(shù)據(jù)并提供空間查詢、分析等GIS功能。

該技術(shù)使空間數(shù)據(jù)不會泄密，沒有研發(fā)的配套類庫無法打開該數(shù)據(jù)，保障了數(shù)據(jù)安全可控；同時，以輕量級數(shù)據(jù)庫本地存儲空間數(shù)據(jù)的方式，具有讀取速度快、占用資源小、查詢簡單等優(yōu)勢[9]。

3.2 離線/在線模式互補(bǔ)策略

App采用離線/在線兩種模式相結(jié)合的方式，降低了后臺服務(wù)運維成本，提高了調(diào)查采集效率，提升了軟件穩(wěn)定性，避免了無網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)較差狀況下無法作業(yè)的情況。①App支持離線登錄和聯(lián)網(wǎng)登錄兩種方式，在網(wǎng)絡(luò)信號較差或服務(wù)異常情況下依然能夠正常開展調(diào)查；②影像及房屋建筑等空間數(shù)據(jù)采用離線加載方式，不依賴網(wǎng)絡(luò)信號，不占用服務(wù)器資源，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)寬帶資源；③現(xiàn)場調(diào)查信息臨時保存在本地SQLite數(shù)據(jù)庫內(nèi)，不會實時提交至后臺，由于采集過程不涉及網(wǎng)絡(luò)交互，因此采集速度更快、效率更高，且避免了網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定帶來的數(shù)據(jù)丟失問題；④App有數(shù)據(jù)提交和導(dǎo)出功能，可一鍵提交所有調(diào)查信息并導(dǎo)出到本地表格，為調(diào)查員提供了足夠的質(zhì)量檢查和補(bǔ)充調(diào)查的自由度，成果確認(rèn)后可批量提交至后臺，同時在本地生成成果表格，用于進(jìn)一步數(shù)據(jù)質(zhì)檢。

3.3 信息采集便捷化

App信息采集模塊秉持著簡單易用、盡量減少外業(yè)工作量的原則進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，具體來說采取了以下措施：①App適配主流型號的安卓系統(tǒng)手機(jī)及平板設(shè)備，無須另外采購移動設(shè)備；②輔助入戶調(diào)查，每個房屋建筑面上標(biāo)注產(chǎn)權(quán)人姓名，方便調(diào)查人員入戶調(diào)查詢問；③建筑面數(shù)據(jù)包含產(chǎn)權(quán)人姓名、身份證號、建筑面積、區(qū)劃等信息，App讀取這些信息并自動填充，現(xiàn)場只需核對，基本不需要再次手動錄入；④支持身份證拍照直接獲取身份證號，不需要手動填寫；⑤調(diào)查信息項盡量設(shè)置下拉選項以供選擇，部分信息項設(shè)置默認(rèn)值，減少人工填寫；⑥建筑位置信息自動填寫，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法及百度地圖API的逆地理編碼服務(wù)，自動獲取當(dāng)前建筑的地理位置描述；⑦提供涂鴉功能，用地圖涂鴉標(biāo)識記錄現(xiàn)場問題。

3.4 外業(yè)調(diào)查精細(xì)化管控

人員軌跡監(jiān)控：調(diào)查工作需要投入大量的人力，為有效管理作業(yè)人員調(diào)查工作，用戶作業(yè)軌跡監(jiān)控是一個重要抓手。App在提供定位的同時，每隔一段時間會將用戶位置及活動軌跡上傳至后臺，管理人員可通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)實時查看用戶位置和歷史運行軌跡。

進(jìn)度自動監(jiān)測：后臺接收調(diào)查員提交的調(diào)查成果，并進(jìn)行匯總統(tǒng)計，實時顯示已調(diào)查房屋數(shù)量及調(diào)查進(jìn)度，方便管理人員對調(diào)查工作進(jìn)行管控。

3.5 可配置和可擴(kuò)展性

軟件憑借可配置和可擴(kuò)展性，能夠快速搭建各類專題應(yīng)用，在各類專項調(diào)查工作中，起到了重要的技術(shù)支撐作用。在部分地區(qū)的綜合風(fēng)險普查工作開展過程中，為避免重復(fù)調(diào)查，還同步開展了其他專項調(diào)查，如商河縣開展農(nóng)村房屋安全調(diào)查、歷城區(qū)開展抗震設(shè)施普查、聊城市開展違法建設(shè)和違法違規(guī)審批清查。這些專項調(diào)查同樣依托建筑房屋面，需要逐個建筑現(xiàn)場調(diào)查核實。憑借該軟件的可配置和可擴(kuò)展特性，快速搭建專項調(diào)查擴(kuò)展模塊，利用該軟件同時開展綜合風(fēng)險普查的房屋建筑調(diào)查和各類專項調(diào)查。

4 總 結(jié)

軟件在平陰縣、濱州市、薛城區(qū)等多地綜合風(fēng)險普查的房屋建筑調(diào)查工作中得到較好應(yīng)用，提高了現(xiàn)場作業(yè)工作效率，輔助調(diào)查工作精細(xì)化管控，為調(diào)查工作提供了有力支撐。移動端數(shù)據(jù)加密技術(shù)、離線與在線互補(bǔ)策略、便捷化采集措施等關(guān)鍵技術(shù)，為外業(yè)調(diào)查類軟件提供了一套成熟的、可推廣的技術(shù)路線；生產(chǎn)管理系統(tǒng)對調(diào)查任務(wù)的精細(xì)化管控手段，為大規(guī)模外業(yè)調(diào)查工作的有效管理提供了一種思路。