基于iPad的移動(dòng)外業(yè)信息采集系統(tǒng)研究與試驗(yàn)

徐柳華，陳 捷，陳少勤

(浙江省測(cè)繪科學(xué)技術(shù)研究院，浙江杭州310012)

一、引 言

當(dāng)前，浙江省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全省覆蓋，未來將主要圍繞基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的快速更新工作展開，為此浙江省專門提出了“313”更新目標(biāo)(3年對(duì)全省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行一次全面更新，1年內(nèi)對(duì)主要地形要素進(jìn)行一次更新，3個(gè)月內(nèi)對(duì)標(biāo)志性、特大型建設(shè)工程等重要地理信息進(jìn)行更新)。然而，與此同時(shí)，浙江省地理空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)中還存在技術(shù)方法與工藝流程老舊、落后，以及密集型人工處理、單機(jī)作業(yè)、自動(dòng)化水平低等問題，特別是野外調(diào)繪作業(yè)工作量繁重，人員勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度大，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)更新周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)勢(shì)性差，時(shí)間難保證，難以滿足政府部門、企事業(yè)單位和社會(huì)公眾對(duì)地理信息的迫切需求。因此，為了提高基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)效率，降低野外調(diào)繪工作勞動(dòng)強(qiáng)度，把基礎(chǔ)測(cè)繪外業(yè)工作人員從繁重的野外作業(yè)中解脫出來，實(shí)現(xiàn)真正意義上的基礎(chǔ)測(cè)繪一體化生產(chǎn)，迫切需要開展移動(dòng)外業(yè)信息采集系統(tǒng)建設(shè)的研究。

針對(duì)上述背景，本文開展了內(nèi)外一體化外業(yè)信息采集系統(tǒng)平臺(tái)的研究工作，并在將美國(guó)Apple公司智能平板電腦iPad作為采集終端的基礎(chǔ)上，開發(fā)完成了一套基于iPad的移動(dòng)外業(yè)信息采集原型系統(tǒng)平臺(tái)。

二、總體框架設(shè)計(jì)

鑒于當(dāng)前信息技術(shù)的飛速發(fā)展，未來內(nèi)外一體化的移動(dòng)外業(yè)信息采集系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)該是能充分結(jié)合信息化技術(shù)成果，并能實(shí)現(xiàn)外業(yè)信息采集與內(nèi)業(yè)采集編輯一體化協(xié)同作業(yè)的工作平臺(tái)。該系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)包含外業(yè)信息采集終端系統(tǒng)、平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三大部分，同時(shí)平臺(tái)應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1)平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)支持影像底圖及數(shù)據(jù)采集服務(wù)的快速、靈活發(fā)布。

2)平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)能有效地對(duì)外業(yè)采集作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控、管理，能依據(jù)實(shí)際情況方便地設(shè)定外業(yè)信息采集作業(yè)路徑，能對(duì)采集作業(yè)員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，查看其作業(yè)軌跡。

3)平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)支持對(duì)采集作業(yè)中涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，并能對(duì)作業(yè)終端回傳的數(shù)據(jù)成果進(jìn)行解密;同時(shí)能對(duì)外業(yè)采集成果進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、展示、查詢、統(tǒng)計(jì)等處理操作。

4)外業(yè)采集終端支持對(duì)地物信息的多種采集方式靈活組合，可以采用類似手寫記錄、錄音、照相等方式記錄地物的各類信息，采集的各類信息應(yīng)該與地物相關(guān)聯(lián)，且能方便查看、修改。

5)外業(yè)采集終端具備隨記功能，從而使得外業(yè)人員可以如同在紙質(zhì)底圖上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集作業(yè)，方便地將任意信息記錄于隨記層。

6)外業(yè)采集終端在采集地物信息時(shí)，不對(duì)地物要素進(jìn)行過多的編輯作業(yè)，只是簡(jiǎn)單地采集地物的屬性數(shù)據(jù)及大致形態(tài)信息。

7)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)支持對(duì)外業(yè)采集終端系統(tǒng)所采集的地物粗略形態(tài)及其屬性進(jìn)行精細(xì)化編輯處理;同時(shí)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理人員對(duì)發(fā)現(xiàn)的外業(yè)采集作業(yè)中的遺漏、疑似錯(cuò)誤也可反饋給外業(yè)采集作業(yè)人員，從而避免數(shù)據(jù)采集過程中的漏采、錯(cuò)采。

8)外業(yè)采集終端能提供較為精確的定位功能，在網(wǎng)絡(luò)暢通情況下，能以其實(shí)地理位置為中心實(shí)時(shí)加載一定區(qū)域的相關(guān)影像底圖服務(wù)及采集數(shù)據(jù)服務(wù)。

9)外業(yè)采集終端能在離線或在線兩種條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并能在采集終端與服務(wù)端網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通的情況下將采集得到的數(shù)據(jù)批量上傳。

10)數(shù)據(jù)采集終端具備對(duì)難以到達(dá)的地物進(jìn)行輔助采集的功能，如輔助延長(zhǎng)線等方法。

結(jié)合以上特點(diǎn)，該平臺(tái)的總體架構(gòu)如圖1所示，從上到下依次為服務(wù)發(fā)布層、數(shù)據(jù)管理層、無線傳輸層和移動(dòng)終端層。

圖1 系統(tǒng)總體框架

三、技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1．系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)上述系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，并綜合對(duì)比、分析當(dāng)前各種移動(dòng)終端設(shè)備優(yōu)劣，筆者最終選擇了基于美國(guó)Apple公司的平板電腦iPad開發(fā)一套移動(dòng)外業(yè)信息采集系統(tǒng)平臺(tái)。究其原因，主要是由于iPad具有屏幕信息承載能力強(qiáng)、系統(tǒng)操控性強(qiáng)及卓越的電池續(xù)航能力等特點(diǎn)。該系統(tǒng)平臺(tái)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能圖

2．外業(yè)信息采集終端系統(tǒng)

(1)外業(yè)作業(yè)用戶登入、管理

用戶登入、管理主要是針對(duì)外業(yè)作業(yè)人員在實(shí)際采集作業(yè)中權(quán)限的管理與維護(hù)，主要包括采集人員賬號(hào)、密碼輸入及采集作業(yè)參數(shù)設(shè)置等功能。

(2)地物信息采集

地物信息采集主要是依靠采集終端系統(tǒng)所提供的地物采集工具對(duì)實(shí)地地物要素進(jìn)行采集，外業(yè)采集時(shí)不對(duì)地物要素進(jìn)行過多的編輯作業(yè)，只是采集其所需要的屬性信息，采集編輯作業(yè)主要是在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中完成。外業(yè)采集方式包括手寫屬性、隨記屬性、錄音、照片等方式。其中，手寫屬性還具備將某作業(yè)區(qū)內(nèi)可能的常用字段進(jìn)行配置、快速檢索等功能，在實(shí)際采集過程中作業(yè)員可以根據(jù)實(shí)際情況靈活地選擇其所需要的地物信息采集方式，并且也可將多種采集方式靈活組合(如圖3～圖6所示)。

圖3 常用字段快速編輯圖

圖4 隨記屬性圖

圖5 錄音屬性

圖6 照片屬性

(3)隨記層

隨記層為外業(yè)數(shù)據(jù)采集作業(yè)員提供了類似傳統(tǒng)紙質(zhì)調(diào)繪的功能體驗(yàn)。作業(yè)員可以在隨記層中將地物的各類信息及特殊屬性信息記錄于隨記層上，并且所記錄的信息可以實(shí)時(shí)或離線地傳輸?shù)椒?wù)端。記錄模式主要是采用手寫模式，作業(yè)員可以依靠手指或電容筆在屏幕中隨意地記錄下任意感興趣的信息(如圖7所示)。

圖7 隨記屬性

(4)興趣點(diǎn)、路徑搜索功能

本功能主要是針對(duì)野外作業(yè)人員在采集數(shù)據(jù)時(shí)，可能需要查詢一些地名地址的方位信息以便為作業(yè)員查找目的地或選擇路徑之用。其中，既可以調(diào)用Google Maps的路徑查詢服務(wù)，也可調(diào)用浙江省地理空間數(shù)據(jù)交換和共享平臺(tái)所發(fā)布的查詢服務(wù)(如圖8所示)。

圖8 路徑搜索

3．平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)

(1)數(shù)據(jù)接收與載入

平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)接收iPad移動(dòng)采集終端上傳的外業(yè)采集數(shù)據(jù);同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)外業(yè)采集數(shù)據(jù)自動(dòng)解壓縮、格式轉(zhuǎn)換、任務(wù)分組，并可以自動(dòng)載入到服務(wù)端系統(tǒng)的采集影像底圖上去。用戶可以在服務(wù)端系統(tǒng)的底圖上實(shí)時(shí)查看自動(dòng)載入的新采集任務(wù)的數(shù)據(jù)層、隨記層及作業(yè)員GPS軌跡層(如圖9所示)。

圖9 作業(yè)員作業(yè)路徑展示

(2)任務(wù)信息查詢

平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)的采集任務(wù)信息查詢功能主要是展現(xiàn)各個(gè)外業(yè)采集作業(yè)員在具體采集過程中的一些基本信息與任務(wù)要求，包括采集作業(yè)員信息、采集的圖幅編號(hào)、GPS軌跡的記錄方式(時(shí)間、距離)與記錄間隔、采集過程中常用的屬性字段及該采集任務(wù)用到的輔助采集數(shù)據(jù)信息(如圖10所示)。

圖10 采集任務(wù)信息查詢

(3)采集成果查詢

平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)的采集成果空間查詢主要是方便用戶以空間矩形框、多邊形框、圓形框或者指定查詢坐標(biāo)范圍的方式選擇一個(gè)或者多個(gè)采集任務(wù)中數(shù)據(jù)層的調(diào)繪成果數(shù)據(jù)，并查詢選中點(diǎn)的文字屬性、隨機(jī)屬性、照片屬性及錄音屬性(如圖11所示)。

圖11 采集成果列表

4．內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

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。由于移動(dòng)外業(yè)信息采集系統(tǒng)在外業(yè)采集作業(yè)時(shí)，是不對(duì)地物要素進(jìn)行過多的編輯處理的，因此這些地物要素的精細(xì)化編輯操作主要是在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中完成的。在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程中，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還能對(duì)外業(yè)采集過程中的錯(cuò)采、漏采進(jìn)行分析、預(yù)警，從而最大限度地保證數(shù)據(jù)質(zhì)量。這種外業(yè)采集與內(nèi)業(yè)編輯完全分開的作業(yè)模式既能有效地提高地理空間數(shù)據(jù)采集的作業(yè)效率，也能最大限度地提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

四、結(jié)束語

本文首先針對(duì)未來信息化背景下的移動(dòng)外業(yè)信息采集系統(tǒng)提出了一整套框架設(shè)計(jì)思路，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該套設(shè)計(jì)思路的可行性，最后通過利用Apple公司所提供的iOS開發(fā)幫助及Ersi公司提供的ArcGISAPI for iOS成功開發(fā)了一套外業(yè)信息采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)克服了離線環(huán)境下外業(yè)信息采集的難點(diǎn)，并針對(duì)外業(yè)信息采集作業(yè)中可能會(huì)遇到的不利條件開發(fā)了相應(yīng)的輔助功能。通過對(duì)小區(qū)域進(jìn)行外業(yè)信息采集試生產(chǎn)作業(yè)，驗(yàn)證了本系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

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