趙真 郭紅梅 張瑩 何宗杭 張燦

摘要：建筑物建（構(gòu)）造特征信息獲取的準確性及詳實性直接影響房屋建筑物易損性模型的可靠性。建筑物信息采集過程覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)詳實程度要求高，需投入大量外業(yè)調(diào)查人員協(xié)同開展工作，耗時耗力且人工操作易出錯，難以保障數(shù)據(jù)的準確性和實效性。針對上述問題，開發(fā)了以Android平臺為移動終端，基于移動GIS的建筑物信息采集系統(tǒng)，并應用于地震災害承災體抽樣詳查工作。實踐表明，該系統(tǒng)人機交互友好、操作簡單方便，大幅度提高了建筑物信息采集效率及準確性，為開展房屋建筑物地震易損性分析建模提供了詳實資料。

關(guān)鍵詞：Android終端；建筑物；建（構(gòu)）造信息；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：P351.94文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2023）03-0453-08

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0049

0引言

地震以其突發(fā)性和巨大的破壞性給人類生存安全、社會經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定帶來嚴重危害，被稱為“群災之首”（張永春，2004；王楊，范植華，2013）。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人口和財富高度集中，加上能源的加速開發(fā)和新型城鎮(zhèn)化的推進，進一步加劇了地震災害風險。為摸清地震災害風險隱患底數(shù)，提升全社會抵御自然災害的綜合防范能力，我國于2020—2022年開展了第一次全國自然災害綜合風險普查工作，地震災害風險普查成為自然災害綜合風險普查的重要專項工作之一。

地震災害風險普查工作主要任務是組織開展地震災害致災調(diào)查與評估、地震災害重點隱患評估、地震災害風險評估與區(qū)劃。其中，地震災害風險評估與區(qū)劃工作需要地震危險性分析結(jié)果、房屋建筑地震易損性模型、房屋承災體普查結(jié)果等作為支撐。在開展地震災害承災體抽樣詳查收集其建構(gòu)造特征等詳細信息的基礎(chǔ)上，使用震害統(tǒng)計、數(shù)值模擬等方法建立典型結(jié)構(gòu)類型地震易損性模型。在建筑物建（構(gòu)）造信息實際采集過程中，由于基于單體建筑物的信息采集工作量大，且隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，建筑物也在不斷更新改建，數(shù)據(jù)的更新更加困難。因此，如何構(gòu)建一個高效的建筑物信息采集方法是目前亟待解決的問題。

移動終端因其良好的移動性、便攜性以及強大的信息處理能力和通訊能力（婁世平等，2018；郁璟貽等，2022），已廣泛被應用于各個行業(yè)，其在信息采集、上報、查詢管理等方面的應用也十分普遍。如陳小芳等（2014）基于Android開發(fā)系統(tǒng)研發(fā)了建筑物基本信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和質(zhì)檢功能，有效提高了建筑物數(shù)據(jù)采集效率；龍立等（2016）以Android平臺為終端，研發(fā)了城市建筑物信息采集系統(tǒng)，并以西安市灞橋區(qū)某街道辦為例實現(xiàn)了建筑物數(shù)據(jù)采集；劉博（2017）研發(fā)了PC版和手機APP兩個版本的建筑物信息采集軟件，并成功應用于北京市朝陽區(qū)建筑物信息的收集與管理工作。上述系統(tǒng)均采用通用的數(shù)據(jù)信息采集標準，對不同結(jié)構(gòu)類型建筑不具有針對性，且缺少多層級權(quán)限分配?；诖?，筆者針對地震災害承災體抽樣詳查工作的需求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求設(shè)計房屋建筑詳查信息表單，開發(fā)了以Android平臺為移動終端，基于移動GIS的建筑物信息采集系統(tǒng)，采集的數(shù)據(jù)可為房屋建筑地震易損性建模分析提供支持，支撐地震災害風險評估與區(qū)劃工作。

1系統(tǒng)設(shè)計

1.1需求分析

傳統(tǒng)的建筑物信息外業(yè)采集主要是以技術(shù)人員實地調(diào)查為主，按照表格列舉項對采集信息進行記錄，返回內(nèi)業(yè)后通過數(shù)據(jù)編輯、屬性錄入等來實現(xiàn)（FEMA，2002）。一是由于建筑物信息采集覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)詳實程度要求高，需要投入大量外業(yè)調(diào)查人員協(xié)同開展工作。但導致耗時耗力，時效性低，且人工錄入環(huán)節(jié)易出錯，無法保障數(shù)據(jù)的準確性和實效性（劉建等，2019）。二是由于建筑物結(jié)構(gòu)類型的多元化及特征的差異性，通用的數(shù)據(jù)信息采集標準難以滿足實際應用需求（李晉等，2017）。因此，為規(guī)范化不同結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)采集標準，提高建筑物信息采集效率及準確性，筆者設(shè)計研發(fā)了一套基于Android的建筑物信息采集系統(tǒng)。

系統(tǒng)設(shè)計應滿足4個方面的需求：①支持多人同時開展建筑物信息錄入，并提供多人同時編輯同一數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問機制；②支持多層級權(quán)限分配，通過在后臺系統(tǒng)設(shè)計用戶權(quán)限管理功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分級使用和管理；③針對不同結(jié)構(gòu)類型建筑物的建（構(gòu)）造特征，提供不同結(jié)構(gòu)類型建筑物詳查表單；④為保證數(shù)據(jù)的安全性，系統(tǒng)部署在行業(yè)內(nèi)網(wǎng)上，需登錄VPN后方能使用。

1.2邏輯架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)建筑物信息采集的特點與需求，基于Android的建筑物信息采集系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)劃分成4層，即基礎(chǔ)設(shè)施平臺、數(shù)據(jù)資源庫、應用支撐平臺以及應用層，如圖1所示?；A(chǔ)設(shè)施平臺為系統(tǒng)建設(shè)提供需要的硬件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括服務器、網(wǎng)絡(luò)、存儲設(shè)備等。數(shù)據(jù)資源層涵蓋了建筑物信息采集軟件所需的數(shù)據(jù)資源，包括基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)屬性數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)字典數(shù)據(jù)庫及元數(shù)據(jù)庫。應用支撐平臺層為建筑物信息采集系統(tǒng)提供通信網(wǎng)、ESB系統(tǒng)總線、報表工具、操作系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)平臺等支撐系統(tǒng)運行的軟硬件設(shè)備。應用層是前端直接展示，為用戶提供交互性操作，包含地圖服務、建筑物詳查采集、采集任務管理和系統(tǒng)管理功能模塊。標準規(guī)范體系是指導整個信息服務系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，需要遵循國家、行業(yè)、地方制定的相關(guān)技術(shù)要求和規(guī)范。信息安全保障體系貫穿系統(tǒng)建設(shè)各個層次，保障系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全地運行。在運行維護體系的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員可監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務器設(shè)備以及安全設(shè)備的運行狀態(tài)。

1.3功能設(shè)計

基于Android的建筑物信息采集系統(tǒng)包括地圖服務模塊、建筑物詳查采集模塊、采集任務管理模塊和系統(tǒng)管理功能模塊。

（1）地圖服務模塊

該模塊為APP提供在線天地圖底圖加載、建筑物專題電子地圖發(fā)布及電子地圖通用操作等功能。通過遙感解譯與經(jīng)驗估計獲取建筑物空間數(shù)據(jù)（明小娜等，2022），對其進行加工處理后利用GeoServer+PostGIS技術(shù)發(fā)布為電子地圖。同時，該模塊能夠加載在線天地圖作為背景底圖，并提供地圖縮放、圖層控制、底圖切換等地圖通用功能，以便采集人員能在地圖上快速找到與現(xiàn)實環(huán)境相對應的建筑物。

（2）建筑物詳查采集模塊

該模塊提供了8種不同建筑物結(jié)構(gòu)的詳查數(shù)據(jù)采集功能。用戶可查看建筑物的采集狀態(tài)，選擇待采集的建筑物面數(shù)據(jù)，通過實地判斷或查閱圖紙等形式確定建筑物結(jié)構(gòu)類型，選擇其對應結(jié)構(gòu)類型進入詳查表單。依據(jù)該表單內(nèi)容錄入建筑物詳查信息，上傳建筑物現(xiàn)場照片或結(jié)構(gòu)圖紙，并根據(jù)數(shù)據(jù)屬性值校驗和多字段邏輯校驗規(guī)則實現(xiàn)表單校驗，提高采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，并將采集結(jié)果保存至服務器數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)還提供“增、刪、重置、撤回、查、復制粘貼”等輔助功能?！霸觥敝饕槍ㄖ飯D層中缺失或遺漏的建筑物，通過在地圖空白區(qū)域上以打點的方式進行新增?！皠h”指選擇地圖中任意一個建筑物，將其刪除。“重置”針對數(shù)據(jù)采集中或處于提交狀態(tài)的建筑物，重置后會清除該建筑物已采集的信息，回到未錄入的狀態(tài)?！俺坊亍贬槍μ幱谔峤粻顟B(tài)的建筑物，撤回后建筑物回退到采集中狀態(tài)，可對該建筑物進行重新編輯采集?！安椤笔遣榭催x中建筑物數(shù)據(jù)的基本信息。“復制粘貼”主要針對統(tǒng)規(guī)統(tǒng)建的建筑物，選擇已錄入信息的建筑物（采集中或已提交）點擊復制，再選擇未錄入信息的建筑物進行粘貼，實現(xiàn)建筑物信息的拷貝。

（3）采集任務管理模塊

該模塊提供了采集任務的新增、編輯及刪除功能。用戶在地圖界面上繪制采集區(qū)域，繪制方式主要包括點選行政區(qū)劃（市州、區(qū)縣）和自由勾畫，再將繪制的區(qū)域進行多種方式的劃分，對每個小區(qū)域設(shè)置采集任務總數(shù)，供建筑物信息采集人員參考。以采集區(qū)域為界，該模塊還提供了按采集任務、建筑物結(jié)構(gòu)類型、行政區(qū)劃對采集結(jié)果進行統(tǒng)計的功能，并通過圖表的形式進行展示。

（4）系統(tǒng)管理模塊

該模塊提供了用戶管理、角色權(quán)限管理以及機構(gòu)管理等功能。用戶管理主要包括用戶的注冊、編輯、刪除、查詢及角色授權(quán)等功能。角色權(quán)限管理是后臺管理員對軟件注冊用戶分別授予不同的用戶角色并分配資源，具體包括默認角色、普通用戶角色和管理員角色。首次下載APP軟件并注冊的新用戶，系統(tǒng)將其自動授權(quán)為默認角色，僅擁有數(shù)據(jù)瀏覽的權(quán)限；普通用戶角色具有采集指定任務區(qū)建筑物詳查數(shù)據(jù)的權(quán)限；管理員角色具有采集任意工作區(qū)建筑物詳查數(shù)據(jù)的權(quán)限。機構(gòu)管理提供機構(gòu)的新增、編輯、刪除以及指定用戶功能。

1.4數(shù)據(jù)庫設(shè)計

不同結(jié)構(gòu)建筑物屬性具有顯著的差異，建筑物結(jié)構(gòu)類型的多元化及特征的差異性，致使通用數(shù)據(jù)采集標準已不再適用（張斌等，2010；安基文等，2015），需針對不同結(jié)構(gòu)類型建筑物的結(jié)構(gòu)特點，提供相應結(jié)構(gòu)類型信息采集表單，才能保證數(shù)據(jù)的準確性。筆者基于以上需求，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求設(shè)計了建筑物數(shù)據(jù)采集表單，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容主要包括基本概況、專業(yè)信息和詳查信息3個方面?；靖艣r包含建筑物基本信息和建筑物規(guī)模，建筑物基本信息包括建筑名稱、所屬省份、地級市、區(qū)（縣）、鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道、村居委會等，還包括建造年代、場地類型、基礎(chǔ)類型、設(shè)防標準、自振周期、規(guī)則程度等；建筑物規(guī)模包括建筑面積、長度、寬度、高度及層數(shù)。專業(yè)信息描述的是建筑物結(jié)構(gòu)參數(shù)，不同結(jié)構(gòu)類型建筑物的結(jié)構(gòu)參數(shù)有所差異。以磚混結(jié)構(gòu)、磚石木結(jié)構(gòu)房屋為例，具體的采集字段及取值見表1。詳查信息包括出屋面構(gòu)件、女兒墻設(shè)置、樓梯間布置、構(gòu)造柱布置、圈梁設(shè)置、圈梁最大水平間距、圈梁閉合情況、建筑現(xiàn)狀、造價及照片。

1.5業(yè)務流程設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計，對系統(tǒng)總體業(yè)務流程進行設(shè)計，如圖2所示。采集員到達現(xiàn)場后，啟動手機上的“建筑物信息采集系統(tǒng)”應用程序，進入建筑物詳查數(shù)據(jù)采集功能界面，通過現(xiàn)場定位獲取當時位置的地圖數(shù)據(jù)，查看建筑物的采集狀態(tài)。根據(jù)后臺管理系統(tǒng)設(shè)置的采集任務及劃定的數(shù)量要求，選擇黃色待采集的單體

建筑物，在判定其結(jié)構(gòu)類型的基礎(chǔ)上選擇其對應的結(jié)構(gòu)類型，如果超過該結(jié)構(gòu)類型規(guī)定的采集數(shù)量，系統(tǒng)會彈出對話框提示用戶是否進入表單，如果“是”則進入相應詳查表單，否則結(jié)束當前采集。如果未超過該結(jié)構(gòu)類型規(guī)定采集數(shù)量，則進入相應詳查表單，錄入建筑物詳查信息，全部錄入完成后上傳建筑物現(xiàn)場照片，經(jīng)確認表單無遺漏且填寫無誤后保存并提交。重復上述操作，直至完成管理員設(shè)置的采集任務。

2系統(tǒng)實現(xiàn)

手機端建筑物信息采集軟件基于Android系統(tǒng)開發(fā)，通過無線4G或5G通訊網(wǎng)絡(luò)訪問Web服務器，包括地圖服務和建筑物詳查數(shù)據(jù)采集兩大功能模塊。該軟件運用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，利用POSTGIS引擎實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫支持空間數(shù)據(jù)的存儲與分析，采用OpenLyaer4.1.1JS庫進行地圖的操作與建筑物要素信息的疊加等。后臺建筑物采集任務管理系統(tǒng)采用B/S系統(tǒng)架構(gòu)，借助Eclipse集成開發(fā)環(huán)境，使用JAVA+VUE開發(fā)語言定制開發(fā)，利用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)存儲，包括采集任務管理和系統(tǒng)管理兩大功能模塊。

基于Android平臺開發(fā)完成建筑物信息采集軟件后，將其打包成apk文件并制作二維碼，供用戶下載安裝。用戶打開APP后利用手機號綁定注冊賬號，即可瀏覽電子地圖和建筑物圖層數(shù)據(jù)。鑒于不同用戶的操作權(quán)限存在差異，為演示軟件的全部功能，下面將用戶權(quán)限設(shè)置成管理員，具體展示軟件的各功能。

2.1地圖服務模塊

打開軟件，輸入用戶名和密碼進入軟件主頁（圖3a），點擊“建筑物調(diào)查”模塊，進入建筑物調(diào)查首頁（圖3b），軟件自動加載電子地圖和建筑物分布數(shù)據(jù)。在采集過程中，可點擊右上角“衛(wèi)星”按鈕切換到衛(wèi)星地圖（圖3c），左下角“+”和“-”可實現(xiàn)地圖的放大和縮小，勾選右邊圖層菜單中的“圖層”可進行控制建筑物的顯示、隱藏等操作，幫助采集人員在地圖上找到與現(xiàn)實環(huán)境相對應的建筑物。

2.2建筑物詳查采集模塊

該模塊實現(xiàn)了對待采集狀態(tài)建筑物信息的錄入功能。采集員到達現(xiàn)場后，通過定位獲取當前位置的可視區(qū)域，在地圖上選擇黃色待采集建筑物面數(shù)據(jù)，該建筑物高亮顯示并在下端彈出磚混、磚石木結(jié)構(gòu)、多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)、空曠結(jié)構(gòu)、高層結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)8種結(jié)構(gòu)類型（圖4a）。選擇對應建筑物結(jié)構(gòu)類型，點擊“數(shù)據(jù)錄入”按鈕，進入數(shù)據(jù)錄入界面（圖4b），界面包含“基本概況”、“專業(yè)信息”和“詳查信息”3大模塊，分模塊填寫建筑物信息后保存和提交（圖4c）。

2.3采集任務管理模塊

該模塊實現(xiàn)了采集任務的劃分及采集情況的統(tǒng)計功能。點擊左邊“任務設(shè)置”菜單，在網(wǎng)頁上方出現(xiàn)一排工具欄，點擊工作區(qū)設(shè)置，彈出下拉菜單選擇市（州）、區(qū)（縣）或自由勾畫設(shè)置工作區(qū)（圖5a）。工作區(qū)設(shè)置完成后，點擊“任務區(qū)劃分”功能將工作區(qū)劃分為多個任務區(qū)，再點擊“生成任務區(qū)”，即可對每個任務區(qū)單獨進行任務設(shè)置，即劃定各任務區(qū)各結(jié)構(gòu)類型建筑物采集數(shù)量。點擊左邊“任務統(tǒng)計”菜單，可分區(qū)查看各類建筑物的調(diào)查任務進度（圖5b）。

2.4系統(tǒng)管理模塊

該模塊通過登錄用戶統(tǒng)一權(quán)限管理系統(tǒng)，對用戶進行角色和權(quán)限的相關(guān)設(shè)置，實現(xiàn)“用戶-角色-權(quán)限”的授權(quán)模型，具體操作的界面如圖6所示。

3應用實例

建筑物信息采集系統(tǒng)已應用于四川省德陽市、樂山市、蘆山縣、金堂縣和康定市等地區(qū)地震災害承災體抽樣詳查工作，本文以金堂縣為例進行示范應用。四川省地震局根據(jù)金堂縣建筑物結(jié)構(gòu)類型及在不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）的分布情況，并結(jié)合每種結(jié)構(gòu)類型至少采集40棟建筑物的工作任務，派出10名專業(yè)技術(shù)人員，分為3組在各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）開展承災體抽樣詳查外業(yè)工作。根據(jù)工程建設(shè)資料的完備性，將外業(yè)調(diào)查分為兩類：一類是針對有完整工程建設(shè)資料的建筑物，通過查閱房屋設(shè)計及竣工圖紙，填寫調(diào)查表單；另一類是針對缺乏工程建設(shè)資料的建筑物，通過實地調(diào)查，利用測距儀、皮尺等專業(yè)工具現(xiàn)場測量獲取專業(yè)信息。通過外業(yè)現(xiàn)場工作，完成了金堂縣境內(nèi)705個調(diào)研點的調(diào)查，調(diào)查建筑物總面積達237萬m2，主要結(jié)構(gòu)類型為多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房、高層結(jié)構(gòu)等，共計95個，面積為75.85萬m2，收集建筑物圖紙百余份，共計耗時5天，采集效率相較于填寫紙質(zhì)表格后錄入到Excel文件有顯著提升，具體采集數(shù)量見表2。在完成調(diào)查工作后，對抽樣調(diào)查的多源、異構(gòu)數(shù)據(jù)進行梳理、分層分類，按照規(guī)范設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)表格，開展數(shù)據(jù)完備性檢查工作，主要包括檢查數(shù)據(jù)的字段、字段類型是否與規(guī)定的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)一致；檢查數(shù)據(jù)內(nèi)容的完整性，重點檢查必填數(shù)據(jù)項是否完整，無缺省。經(jīng)檢查后，確認所采集的各結(jié)構(gòu)類型建筑物的數(shù)據(jù)完備性均較高，滿足建筑物抽樣詳查對數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求。

4結(jié)論

本文從系統(tǒng)的需求分析、邏輯架構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計和業(yè)務流程設(shè)計等方面進行了研究，研發(fā)了基于Android的建筑物信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了地圖服務、建筑物詳查采集、采集任務管理和系統(tǒng)管理等功能，并應用于四川省地震災害風險普查專項工作任務地震災害承災體抽樣詳查工作，得到以下結(jié)論：

（1）本系統(tǒng)提供了不同結(jié)構(gòu)類型建筑物詳查表單，實現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)類型數(shù)據(jù)的差異化采集，保障了建筑物建構(gòu)造信息的準確性；系統(tǒng)支持多層級權(quán)限分配，實現(xiàn)多人協(xié)同開展信息采集工作；通過采集軟件和定制采集輔助工具，為現(xiàn)場采集人員操作提供了便利，大幅提高了建筑物信息采集效率，為開展地震災害承災體抽樣詳查工作提供了有利工具。

（2）對金堂縣開展地震災害承災體抽樣詳查的實踐表明，本系統(tǒng)顯著提高了建筑物信息采集效率及數(shù)據(jù)質(zhì)量，降低了人力和時間的消耗，為開展建筑物易損性分析提供了詳實資料，為地震災害風險評估與區(qū)劃工作提供了支撐。

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