周旺輝，蔡?hào)|健，王 濤

(蘇州工業(yè)園區(qū)測(cè)繪地理信息有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

在傳統(tǒng)測(cè)繪作業(yè)方式中，首先，分析、收集任務(wù)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(biāo)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(biāo)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(tái)，參考紙質(zhì)地圖的標(biāo)繪信息進(jìn)行數(shù)字化成圖，同時(shí)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(cè)量，忽略了其他屬性信息，比如采集時(shí)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(shí)效性差、易出錯(cuò)等不足[1-3]。測(cè)繪作業(yè)管理主要基于OA系統(tǒng)管理，以文檔形式進(jìn)行任務(wù)分配管理，無法基于項(xiàng)目的精確位置進(jìn)行把控，難以實(shí)現(xiàn)精確分配和實(shí)時(shí)掌控[4]。因此，為了實(shí)現(xiàn)快、準(zhǔn)、全的測(cè)繪地理信息采集模式，增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集時(shí)的數(shù)據(jù)共享與協(xié)同性，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，提高測(cè)繪項(xiàng)目智能化管理水平，亟需開展測(cè)繪地理信息移動(dòng)采集與管理服務(wù)平臺(tái)的研究。

針對(duì)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(wù)的移動(dòng)系統(tǒng)搭建以及Microstation V8i的內(nèi)業(yè)成圖自動(dòng)化等內(nèi)容，開發(fā)完成了一套測(cè)繪地理信息移動(dòng)采集與管理服務(wù)平臺(tái)，制定統(tǒng)一的成圖標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)測(cè)繪地理信息的移動(dòng)采集、內(nèi)業(yè)成圖自動(dòng)化及以圖管項(xiàng)目，即內(nèi)外業(yè)一體化。

1 需求分析

測(cè)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(wù)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(shí)為自己或者同伴提供數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)共享與協(xié)同作業(yè)、內(nèi)外業(yè)采集編輯一體化、測(cè)繪項(xiàng)目智能化管理正逐步實(shí)現(xiàn)[5]。本文將移動(dòng)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(cè)繪地理信息移動(dòng)采集與管理服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息采集與管理服務(wù)的智能化[6-9]。

1.1 快、準(zhǔn)、全的數(shù)據(jù)采集模式

快——免去作業(yè)前的測(cè)繪資料整理，現(xiàn)場(chǎng)直接加載最新各類專題數(shù)據(jù)庫，實(shí)時(shí)輔助信息采集；屬性采集實(shí)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(zhǔn)——實(shí)現(xiàn)外接GNSS設(shè)備與移動(dòng)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(hào)入庫。

1.2 協(xié)同化作業(yè)

平臺(tái)支持測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳與下載，移動(dòng)終端可以實(shí)時(shí)顯示所有人員已測(cè)繪的點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)測(cè)繪時(shí)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(huì)出現(xiàn)漏測(cè)、錯(cuò)測(cè)、復(fù)測(cè)等情況，見圖1。

圖1平臺(tái)數(shù)據(jù)流程圖

1.3 測(cè)繪項(xiàng)目管理智能化

測(cè)繪作業(yè)時(shí)位置信息回傳至服務(wù)器，管理人員基于平臺(tái)，實(shí)時(shí)查看各項(xiàng)目位置信息、時(shí)間屬性、任務(wù)狀態(tài)等信息，可以根據(jù)空間位置、時(shí)間分布進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)與分析，實(shí)現(xiàn)信息化管理。

1.4 安全、穩(wěn)定的WebService

在移動(dòng)終端與服務(wù)器間建立安全、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊機(jī)制，實(shí)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(dòng)化成圖

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)外業(yè)采集終端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，根據(jù)屬性進(jìn)行精細(xì)化、自動(dòng)化編輯處理[13]。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)采用分層設(shè)計(jì)，從邏輯上劃分為4個(gè)層，即基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層以及應(yīng)用層(見圖2)。每個(gè)層內(nèi)部完成屬于自己的任務(wù)，層與層之間通過接口聯(lián)系。將平臺(tái)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(wù)的移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于云服務(wù)技術(shù)，將系統(tǒng)服務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于云端，完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理，并從云端將數(shù)據(jù)提供給移動(dòng)用戶，保證用戶隨時(shí)隨地的獲取服務(wù)數(shù)據(jù)，即實(shí)現(xiàn)“在線模式”和“離線模式”相結(jié)合的新型應(yīng)用模式(見圖3)。平臺(tái)充分考慮高度虛擬化、高度資源共享要求，評(píng)估可彈性空間和可擴(kuò)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(chǔ)于數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)，提供對(duì)數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量的有效控制。從動(dòng)態(tài)角度通過行為建模來設(shè)計(jì)平臺(tái)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)流過程，采用“系統(tǒng)自適應(yīng)管理策略”來實(shí)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(shí)保證服務(wù)數(shù)據(jù)的連貫性和準(zhǔn)確性。

圖2平臺(tái)架構(gòu)圖

圖3基于云服務(wù)的移動(dòng)系統(tǒng)工作原理

3 平臺(tái)主要功能及實(shí)現(xiàn)

3.1 平臺(tái)功能模塊

根據(jù)上述平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)，深挖業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了如下平臺(tái)功能(見圖4)。平臺(tái)主要包括三部分內(nèi)容：平臺(tái)服務(wù)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(shí)現(xiàn)平臺(tái)的普適性、高效性，采用模塊式開發(fā)并支持不同測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)的高度自定義。

圖4平臺(tái)功能模塊

3.2 平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)

(1) 測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)自定義。為了能夠適應(yīng)不同區(qū)域、不同項(xiàng)目類型的采集要求，平臺(tái)支持測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)自定義。用戶根據(jù)項(xiàng)目類型、需要采集的信息，在平臺(tái)中任意定義字段及屬性約束。以管線測(cè)量為例，管線標(biāo)準(zhǔn)自定義流程為：新建管線標(biāo)準(zhǔn)、新建管線大類、添加管線小類、管點(diǎn)屬性添加、管段屬性添加等。屬性支持分級(jí)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(biāo)系自定義。由于不同區(qū)域設(shè)置了當(dāng)?shù)爻鞘凶鴺?biāo)系，本平臺(tái)支持用戶自定義坐標(biāo)系，以確保在任意城市均可以準(zhǔn)確測(cè)量至要求的坐標(biāo)系。坐標(biāo)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(xiàng)目管理。根據(jù)管理需要對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分類，如項(xiàng)目類型、項(xiàng)目區(qū)域、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、項(xiàng)目狀態(tài)等，方便管理者以不同視角掌握單位生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)情況，及時(shí)調(diào)配資源。結(jié)合電子地圖或影像圖等，將項(xiàng)目位置和范圍標(biāo)繪在地圖上直觀展示，基于地圖查詢定位項(xiàng)目，達(dá)到以圖管項(xiàng)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(shí)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(lán)牙通信內(nèi)容，解析串口轉(zhuǎn)藍(lán)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(shí)間、精度、緯度、速度和殘差等有用信息[15]?？紤]存在衛(wèi)星信號(hào)丟失等問題，移動(dòng)端內(nèi)置GPS定位與外接GNSS設(shè)備定位間進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jì)并實(shí)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(biāo)識(shí)、mdb反導(dǎo)標(biāo)繪等，減少用戶采集過程中的輸入頻次，避免漏測(cè)，真正達(dá)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(yīng)策略的數(shù)據(jù)訪問與傳輸。當(dāng)外界網(wǎng)絡(luò)條件穩(wěn)定時(shí)，平臺(tái)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(wù)器建立連接，實(shí)時(shí)地與服務(wù)器端進(jìn)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(tái)實(shí)際運(yùn)行過程中，由于服務(wù)器本身故障或者無線網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)不佳等因素，導(dǎo)致采集終端無法與服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，為保證用戶的正常使用，系統(tǒng)自動(dòng)、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?cái)?shù)據(jù)庫中，待重新與服務(wù)器取得聯(lián)系時(shí)，再將這個(gè)時(shí)段內(nèi)記錄的項(xiàng)目數(shù)據(jù)通過“在線模式”上傳至服務(wù)器端，及時(shí)更新服務(wù)器端的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，以確保本地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)與服務(wù)器中的數(shù)據(jù)同步，保證其他采集終端在同步作業(yè)時(shí)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)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(tái)，開發(fā)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，主要功能是對(duì)外業(yè)采集的信息進(jìn)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(tái)服務(wù)系統(tǒng)所建立的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，能對(duì)外業(yè)采集過程中的重復(fù)采集、錯(cuò)采、漏測(cè)進(jìn)行分析、預(yù)警，最大限度地保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理后，系統(tǒng)自動(dòng)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(cè)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(xiàng)目管理粗略等問題，然后針對(duì)信息化背景下新型測(cè)繪生產(chǎn)與項(xiàng)目管理提出了基于位置服務(wù)的新思路，成功開發(fā)了覆蓋作業(yè)全流程的測(cè)繪地理信息移動(dòng)采集與管理服務(wù)平臺(tái)。平臺(tái)基于云服務(wù)的移動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)自定義以及以圖管項(xiàng)目的后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，允許用戶在任意區(qū)域、標(biāo)準(zhǔn)下使用；基于Microstation V8i的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化成圖、質(zhì)檢與入庫。通過對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行外業(yè)信息采集生產(chǎn)作業(yè)，驗(yàn)證了本平臺(tái)具有一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值。