移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)及在城市勘測(cè)中的應(yīng)用

張健源，胡振彪，李志剛

(青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032)

移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)及在城市勘測(cè)中的應(yīng)用

張健源?，胡振彪，李志剛

(青島市勘察測(cè)繪研究院，山東青島 266032)

介紹了移動(dòng)GIS的主要特點(diǎn)，分析了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)GIS的關(guān)鍵技術(shù)，介紹了基于Trimble GeoXT手持設(shè)備移動(dòng)GIS軟件的開(kāi)發(fā)，其可實(shí)現(xiàn)Shp數(shù)據(jù)、XML數(shù)據(jù)和自定義二進(jìn)制數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)的瀏覽、空間查詢等操作，通過(guò)設(shè)備端程序?qū)崿F(xiàn)NTRIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與VRS服務(wù)器進(jìn)行交互，實(shí)時(shí)獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)修正GPS測(cè)繪精度，并實(shí)地測(cè)量進(jìn)行了精度檢驗(yàn)，闡述了該系統(tǒng)在城市勘測(cè)中如基礎(chǔ)設(shè)施測(cè)量、執(zhí)法巡查、城管部件數(shù)據(jù)檢查、巖土工程勘察幾個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

移動(dòng)GIS；土地巡查；城管部件檢查

1 引 言

地理信息系統(tǒng)(GIS)是一門(mén)綜合性的技術(shù)，它的概念和基礎(chǔ)是地理和測(cè)繪，技術(shù)支撐是計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域是地理、規(guī)劃與管理等許多行業(yè)和部門(mén)。自從20世紀(jì)80年代以來(lái)，GIS已被各行業(yè)所應(yīng)用。特別是近20年來(lái)，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，GIS取得一次一次重大進(jìn)步，如空間數(shù)據(jù)的管理、網(wǎng)絡(luò)GIS、三維GIS等技術(shù)。

在這些應(yīng)用過(guò)程中，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新至關(guān)重要。傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)采集手段數(shù)據(jù)輸入效率較低，需重復(fù)操作，容易出錯(cuò)，且不能保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。移動(dòng)GIS通過(guò)綜合運(yùn)用GPS的精確定位技術(shù)、便攜移動(dòng)設(shè)備、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入和GIS的空間信息處理能力，使得系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地獲取、存儲(chǔ)、更新、處理、分析和顯示地理信息，解決了傳統(tǒng)GIS中存在的不足，提高了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和工作效率。

2 移動(dòng)GIS及其開(kāi)發(fā)

移動(dòng)GIS是一種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，其定義有狹義與廣義之分。狹義的移動(dòng)GIS是指運(yùn)行于移動(dòng)終端(如PDA、便攜機(jī)等)并具有傳統(tǒng)GIS功能的地理信息系統(tǒng)，它不需與服務(wù)器交互，是一種離線運(yùn)行模式。廣義的移動(dòng)GIS是一種集成系統(tǒng)，是GIS、GNSS(全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng))、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、多媒體技術(shù)等的集成。移動(dòng)GIS主要由移動(dòng)終端設(shè)備、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、地理應(yīng)用服務(wù)器及空間數(shù)據(jù)庫(kù)組成。移動(dòng)終端設(shè)備是一種便攜式、低功能，并且可以用來(lái)快速、精確定位和地理要素識(shí)別的設(shè)備。硬件主要包括掌上電腦(PDA)、便攜式計(jì)算機(jī)、WAP手機(jī)、GPS定位儀器等。軟件主要是嵌入式的GIS應(yīng)用軟件。無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是連接用戶終端和應(yīng)用服務(wù)器的紐帶，它將用戶的需求無(wú)線傳輸給地理信息應(yīng)用服務(wù)器，再將服務(wù)器的分析結(jié)果傳輸給用戶終端。地理應(yīng)用服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，也是系統(tǒng)的GIS引擎。它位于固定場(chǎng)所，為移動(dòng)GIS用戶提供大范圍的地理服務(wù)以及潛在的空間分析和查詢操作服務(wù)?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)用于組織和存儲(chǔ)與地理位置有關(guān)的空間數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性描述信息，移動(dòng)GIS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，并且能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，為移動(dòng)應(yīng)用提供各種空間位置數(shù)據(jù)，是地理應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)地理信息服務(wù)的數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.1 移動(dòng)GIS特點(diǎn)

(1)移動(dòng)性:運(yùn)行于各種移動(dòng)終端上，與服務(wù)端通過(guò)無(wú)線通信交互實(shí)時(shí)獲取空間數(shù)據(jù)。

(2)服務(wù)實(shí)時(shí)性:在各種導(dǎo)航定位設(shè)備的支持下，在移動(dòng)的過(guò)程中，不受限制地把采集到的相關(guān)信息及時(shí)處理并發(fā)布給用戶。

(3)信息載體的多樣性:與傳統(tǒng)GIS相比，移動(dòng)終端用戶與服務(wù)器及其他用戶的交互手段更加豐富，包括定位服務(wù)、視頻、語(yǔ)音、圖像、圖形、文本等。

2.2 移動(dòng)GIS關(guān)鍵技術(shù)

(1)嵌入式技術(shù)

移動(dòng)GIS的無(wú)線終端是一種嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其軟硬件可以根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行“裁剪”。代表性的嵌入式無(wú)線終端設(shè)備包括:PDA(個(gè)人數(shù)字助理)、掌上電腦和手機(jī)等。

(2)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

移動(dòng)通信系統(tǒng)是連接用戶終端和應(yīng)用服務(wù)器的紐帶，其核心技術(shù)為無(wú)線接入技術(shù)，可分為兩類:一是基于蜂窩的接入技術(shù)，如GSM、CDMA、GPRS等；二是基于局域網(wǎng)的技術(shù)，如藍(lán)牙(Blue Tooth)、無(wú)線局域網(wǎng)(WIFI)技術(shù)。移動(dòng)通信技術(shù)正處在從2G向3G演進(jìn)過(guò)程中，傳輸速度提高，網(wǎng)絡(luò)容量增大，覆蓋面拓寬，保密性加強(qiáng)，使得海量的空間信息得以快捷、安全地?zé)o線傳輸。

(3)分布式空間數(shù)據(jù)管理技術(shù)

分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是指在物理上分布、邏輯上集中的分布式結(jié)構(gòu)。由于移動(dòng)用戶的位置是不斷變化的，需要的信息多種多樣，因此任何單一的數(shù)據(jù)源都無(wú)法滿足要求，必須有地理上分布的各種數(shù)據(jù)源，借助于現(xiàn)有的分布式處理技術(shù)，為多用戶并發(fā)訪問(wèn)提供支持。

(4)移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)是指移動(dòng)環(huán)境的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，是分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的延伸和發(fā)展。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)要求支持用戶在多種網(wǎng)絡(luò)條件下都能夠有效地訪問(wèn)，完成移動(dòng)查詢和事務(wù)處理。利用數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制/緩存技術(shù)或數(shù)據(jù)廣播技術(shù)，移動(dòng)用戶即使在斷接的情況下也可以訪問(wèn)所需的數(shù)據(jù)，從而繼續(xù)自己的工作。其中的時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是移動(dòng)GIS的關(guān)鍵。移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的研究主要涉及5個(gè)方面:移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)復(fù)制/緩存技術(shù)、移動(dòng)查詢技術(shù)、數(shù)據(jù)廣播技術(shù)、移動(dòng)事務(wù)處理技術(shù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)安全技術(shù)。

2.3 移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)介

我們基于Windows Mobile操作系統(tǒng)完全自主研發(fā)了移動(dòng)GIS軟件，本軟件可運(yùn)行于Windows Mobile 5、6、及6.5等版本的掌上電腦或智能手機(jī)中，開(kāi)發(fā)環(huán)境采用Microsoft Visual Studio 2008、C＃語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)；其中GIS底層采用自主研發(fā)的移動(dòng)GIS引擎實(shí)現(xiàn)，GPS接收及糾正采用Trimble公司的PFTools 2.3.1插件，從而針對(duì)Trimble設(shè)備實(shí)現(xiàn)高精度的定位。

本軟件可實(shí)現(xiàn)Shp數(shù)據(jù)、XML數(shù)據(jù)和自定義二進(jìn)制數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)的瀏覽、空間查詢等操作，其中自定義二進(jìn)制格式實(shí)現(xiàn)了對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的加密，有效避免因移動(dòng)設(shè)備丟失造成的數(shù)據(jù)泄密，保護(hù)了數(shù)據(jù)所有者的權(quán)利。通過(guò)設(shè)備端程序?qū)崿F(xiàn)NTRIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與VRS服務(wù)器進(jìn)行交互，實(shí)時(shí)獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)修正GPS測(cè)繪精度，用于實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用。軟件具有如下特點(diǎn):

(1)基于GDI＋底層實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)多尺度矢量數(shù)據(jù)和多分辨率影像數(shù)據(jù)在Windows Mobile設(shè)備的電子地圖平臺(tái)(圖1)。

(2)提供了放大、縮小、漫游、自由縮放、查看全圖等基本電子地圖功能，并可對(duì)圖層進(jìn)行管理，如圖層關(guān)閉，圖層顏色設(shè)置等(圖2)。

(3)通過(guò)VRS等技術(shù)，獲取我院搭建的COSS站RTK服務(wù)獲得差分?jǐn)?shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)高精度的GPS定位，滿足多種應(yīng)用需求；可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面三種類型的地物要素采集及外業(yè)數(shù)據(jù)檢查，提供選擇添加、修改、刪除三種數(shù)據(jù)采集模式(圖3)。

圖1 PDA平臺(tái)

圖2 視圖瀏覽

圖3 數(shù)據(jù)采集

2.4 精度分析與評(píng)價(jià)

為測(cè)試手持GPS定位精度能否滿足實(shí)際需求，我們使用硬件平臺(tái)采用Trimble GeoXT的手持設(shè)備，連接青島市連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站系統(tǒng)，實(shí)測(cè)若干點(diǎn)位，如圖4所示，解算精度如表1、表2，在亞米級(jí)定位精度要求下，本設(shè)備和軟件可以滿足該精度要求的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)檢查需求。

圖4 點(diǎn)位示意

坐標(biāo)值對(duì)比 表1

坐標(biāo)精度 表2

3 移動(dòng)GIS在城市勘測(cè)中的應(yīng)用

在上述GIS核心功能的基礎(chǔ)上，我們?cè)谝苿?dòng)GIS方面展開(kāi)了多項(xiàng)應(yīng)用，其中部分典型應(yīng)用如下:

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀的測(cè)量

包括道路、建筑物、城管部件、電力線路、石油管道等，通過(guò)移動(dòng)GIS終端對(duì)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，建立地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，并不斷對(duì)其更新和管理。

我們?cè)谇鄭u高新區(qū)3天之內(nèi)利用基于VRS移動(dòng)GIS平臺(tái)，完成以下任務(wù):

(1)測(cè)繪了整個(gè)高新區(qū)約 60 km2范圍內(nèi)的道路，包括主要道路、次要道路以及鹽田區(qū)范圍內(nèi)的道路，共計(jì)134條；

(2)整個(gè)高新區(qū)(60 km2)的現(xiàn)狀廠房測(cè)繪，及每個(gè)公司的信息調(diào)查；

(3)整個(gè)高新區(qū)回填情況調(diào)查內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理；

另外我們還完成了旅游數(shù)據(jù)采集(嶗山驢友圖等、木棧道采集、索道、海上游船路線等)、嶗山景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、政務(wù)專題數(shù)據(jù)快速采集等工程，充分體現(xiàn)了其快速、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

3.2 土地、林業(yè)、海洋等執(zhí)法巡查

我們根據(jù)移動(dòng)設(shè)備中加載的各種電子檔案資料及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量資料，利用平臺(tái)提供PDF電子檔案瀏覽功能輕松可獲得數(shù)據(jù)差異，快速判斷各種違法情況。并使用GPS測(cè)量設(shè)備放樣核準(zhǔn)邊界界址點(diǎn)，埋樁定界。

3.3 城管部件數(shù)據(jù)檢查

通過(guò)移動(dòng)GIS桌面管理軟件，將城市部件位置、屬性及照片數(shù)據(jù)導(dǎo)入到移動(dòng)終端中實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)檢查，提高了城市部件數(shù)據(jù)質(zhì)檢的工作效率。

3.4 巖土工程勘察應(yīng)用

針對(duì)勘察行業(yè)特點(diǎn)和掌上電腦能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，我們利用移動(dòng)GIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)的巖土工程勘察掌上電腦外業(yè)輔助系統(tǒng)(圖5)，能夠GPS輔助放點(diǎn)(圖6)及巖樣照片、語(yǔ)音描述與深度自動(dòng)關(guān)聯(lián)等，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了巖土勘察工程的內(nèi)外業(yè)一體化，大大提高了工作效率。

圖5 勘察軟件主頁(yè)面

圖6 鉆孔布置圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹了基于 Trimble GeoXT手持設(shè)備移動(dòng)GIS軟件的開(kāi)發(fā)，闡述了該系統(tǒng)在城市勘測(cè)中幾個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，體現(xiàn)出了快速、便捷等諸多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，該技術(shù)在軟件實(shí)用功能及在精確GPS的應(yīng)用開(kāi)發(fā)上還需要進(jìn)一步的優(yōu)化完善，形成一套精確、實(shí)用的GIS勘測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)。

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Mobile GIS Development and Application in the City Surveying

Zhang Jianyuan，Hu Zhenbiao，Li Zhigang
(QingDao Geotechnical Investigation And Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China)

This article describes the main features of mobile GIS，mobile GIS analysis of the key technologies to achieve introduced based on Trimble GeoXT handheld mobile GIS software development，which enables Shp data，XML data and custom binary data，remote sensing image data browsing，spatial queries and other operations，the device－side program to achieve NTRIP server network protocol to interact with the VRS，real time differential GPS correction data mapping accuracy，and precision of field measurements carried out tests described in the system in cities such as infrastructure survey measurement，enforcement inspections，the inspectors checked the data components，geotechnical engineering investigation of several fields.

mobile GIS；land inspections；urban parts inspection

2011—07—12

張健源(1980—)，男，工程師，主要從事城市測(cè)量工作。

1672－8262(2012)01－16－04

P208.2

B