基于安卓操作系統(tǒng)的智能外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

段佳 劉仁峰 鐘耀武 張航 劉莉

摘 要：為提高外業(yè)調(diào)繪工作的效率，本文以地理國(guó)情普查為實(shí)例，分析外業(yè)調(diào)繪的工作流程與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、外業(yè)調(diào)繪與內(nèi)業(yè)解譯的關(guān)系，從系統(tǒng)的需求、總體設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)過程、系統(tǒng)應(yīng)用等四個(gè)方面開展工作，開發(fā)基于安卓操作系統(tǒng)的智能外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用，驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能與運(yùn)行效果。

關(guān)鍵詞：平板電腦；外業(yè)調(diào)繪；內(nèi)業(yè)解譯；系統(tǒng)開發(fā)

0 引言

外業(yè)調(diào)繪是目前測(cè)繪生產(chǎn)中重要的工作之一。隨著當(dāng)前工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，地表自然與人文地理信息更新越來越快，同時(shí)信息化技術(shù)迅速發(fā)展，地理相關(guān)數(shù)據(jù)量陡增。外業(yè)調(diào)查工作量增加，作業(yè)人員待遇提高，原材料成本和差旅開銷的上漲，這些迫切需要提高外業(yè)數(shù)據(jù)攜帶量、提高工作效率、減少物資消耗。同時(shí)，完成野外調(diào)繪后，如何將調(diào)繪成果與內(nèi)業(yè)處理進(jìn)行快速銜接，也是需要研究的問題。

本文以地理國(guó)情外業(yè)調(diào)查為研究實(shí)例，以裝有安卓操作系統(tǒng)的平板電腦為智能終端，通過信息化數(shù)據(jù)處理方式，研發(fā)輕量級(jí)外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)框架；依據(jù)地理國(guó)情普查標(biāo)準(zhǔn)體系，建立了流程化、智能化的外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)的快速處理，縮短了數(shù)據(jù)采集周期，改變傳統(tǒng)外業(yè)調(diào)繪的方式，提高系統(tǒng)的作業(yè)性能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

1.1.1快速的個(gè)性化需求響應(yīng)

不同的外業(yè)調(diào)繪業(yè)務(wù)流程，需要個(gè)性化的軟件定制開發(fā)工作，來提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。因此，軟件體系一方面要提供大量通用工具模塊進(jìn)行組裝，另一方面需要一個(gè)清晰的軟件架構(gòu)便于功能快速擴(kuò)充。本文分析了外業(yè)調(diào)繪工作流程之后，采用迭代開發(fā)的模式進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。

1.1.2優(yōu)秀的用戶體驗(yàn)

研究提高軟件操作響應(yīng)速度、減少軟件崩潰出現(xiàn)幾率，避免操作失誤造成數(shù)據(jù)丟失；提供復(fù)雜環(huán)境下的思路和方法，優(yōu)化用戶體驗(yàn)的軟件操作界面，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定快速和各種傳感器集成；重點(diǎn)強(qiáng)化常用功能的易用性和可靠性，提高外業(yè)數(shù)據(jù)的生產(chǎn)速度和質(zhì)量。

1.1.3成本控制

研究現(xiàn)有資源的合理優(yōu)化利用方案，減少軟件平臺(tái)采購的費(fèi)用投入和使用限制，研制滿足未來3～5年生產(chǎn)任務(wù)需要的，具有良好性價(jià)比和使用潛力的硬件平臺(tái)，以及構(gòu)建具有良好可擴(kuò)充性和可維護(hù)性的軟件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí)維護(hù)成本低，代碼復(fù)用性高的優(yōu)良特性，達(dá)到降低開發(fā)和使用成本的目的。

1.2系統(tǒng)總體架構(gòu)

主要包括兩大子系統(tǒng)：外業(yè)調(diào)繪子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)的建設(shè)框架自頂向下分為三層：應(yīng)用層、功能層、數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)庫，是系統(tǒng)的支撐，主要存儲(chǔ)調(diào)繪用的影像數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)，主要以數(shù)據(jù)庫或者文件夾的形式存儲(chǔ)和管理；功能層是實(shí)現(xiàn)調(diào)繪數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、顯示加載、GPS軌跡管理、要素編輯等調(diào)繪相關(guān)的功能；應(yīng)用層主要是通過應(yīng)用界面與平板電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的操作與分析。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能

2.1數(shù)據(jù)組織

在進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪之前，需要將內(nèi)業(yè)解譯的影像地圖文件和輔助信息進(jìn)行整理，導(dǎo)入到外業(yè)調(diào)繪平板中。為了便于數(shù)據(jù)的管理與處理，要求打包的文件按照一定的方式和規(guī)則進(jìn)行歸并和存儲(chǔ)。在外業(yè)調(diào)繪工作中，其作業(yè)單位為“工程”，一個(gè)工程包含以該圖幅號(hào)命名的db矢量數(shù)據(jù)庫文件、影像地圖、工程配置（sys.db）、多媒體數(shù)據(jù)（media文件夾）等文件信息。矢量數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)內(nèi)業(yè)解譯成果，系統(tǒng)采用了安卓原生支持的SQLite3數(shù)據(jù)庫格式作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式；工程配置文件是SQLite3數(shù)據(jù)庫格式，存儲(chǔ)該工程的配置信息；影像地圖文件夾存儲(chǔ)了影像地圖和輔助數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)組織形式見圖2。

2.2開發(fā)環(huán)境

外業(yè)調(diào)繪子系統(tǒng)采用Java+Arcgis Runtime SDK For Android進(jìn)行二次開發(fā)。該體系是Arcgis新一代服務(wù)器+端應(yīng)用形式的實(shí)現(xiàn)，是輕量級(jí)GIS應(yīng)用開發(fā)工具體系的一員。通過在該輕量級(jí)的開發(fā)工具基礎(chǔ)上構(gòu)建系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示優(yōu)化處理，合理控制程序規(guī)模、提升系統(tǒng)運(yùn)行性能；在人機(jī)交互設(shè)計(jì)方面，根據(jù)移動(dòng)設(shè)備的操作特點(diǎn)，研究智能化輔助工作，提高數(shù)據(jù)采集質(zhì)量和效率。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)以ArcEngine+C#為開發(fā)平臺(tái)，采用單機(jī)桌面應(yīng)用程序形式完成軟件研發(fā)。

2.3系統(tǒng)功能

外業(yè)調(diào)繪子系統(tǒng)：該系統(tǒng)以平板電腦為智能終端，采用服務(wù)器加客戶端的運(yùn)行模式進(jìn)行開發(fā)，采用MVC設(shè)計(jì)思想，構(gòu)建了由數(shù)據(jù)層、控制層和界面層組成的程序體系。主要實(shí)現(xiàn)外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)加載顯示和常用的數(shù)據(jù)和基本地圖操作。具體如下：

（1）數(shù)據(jù)顯示優(yōu)化

為了優(yōu)化顯示效果、突出重要要素、減少性能壓力、提高顯示流暢度，在地圖顯示內(nèi)容發(fā)生變更時(shí)，以要素顯示狀態(tài)、地圖顯示范圍和分辨率作為過濾條件進(jìn)行顯示優(yōu)化。

（2）數(shù)據(jù)采集與定位

基于平板電腦實(shí)現(xiàn)了野外數(shù)據(jù)涂鴉、快速標(biāo)記、節(jié)點(diǎn)編輯功能，同時(shí)接入板載GPS和藍(lán)牙GPS信號(hào)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)定位標(biāo)記功能輔助野外數(shù)據(jù)的調(diào)查與標(biāo)繪（見圖3、4）。

（3）調(diào)查目標(biāo)自動(dòng)分析和地理圍欄

調(diào)查目標(biāo)自動(dòng)分析是指根據(jù)內(nèi)業(yè)解譯成果，依據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)（Tag值、國(guó)情要素必填項(xiàng)、覆蓋要素面積、數(shù)目等因子），結(jié)合作業(yè)人員采集任務(wù)計(jì)劃線路，挑選需要采集的目標(biāo)并標(biāo)注任務(wù)內(nèi)容，構(gòu)建任務(wù)區(qū)段，并將結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫中；地理圍欄是指利用GPS或是射頻識(shí)別（RFID）構(gòu)筑虛擬的地理邊界，當(dāng)設(shè)備進(jìn)入、離開或是停留于某個(gè)特定地理區(qū)域時(shí)，會(huì)自動(dòng)接收推送、通知和提醒。結(jié)合自動(dòng)分析的任務(wù)區(qū)段數(shù)據(jù)，當(dāng)作業(yè)員進(jìn)入任務(wù)區(qū)段時(shí)，通過語音合成和消息框向作業(yè)員推送區(qū)段工作重點(diǎn)和注意事項(xiàng)；離開區(qū)段時(shí)，統(tǒng)計(jì)工作任務(wù)完成情況，提示未完成的工作。

（4）數(shù)據(jù)加載和瀏覽

用戶通過工程管理面板選擇工程，在加載工程后，應(yīng)用統(tǒng)一的分類面板控制作業(yè)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)作業(yè)任務(wù)控制不同分類級(jí)別數(shù)據(jù)的加載狀態(tài)（見圖5）；實(shí)現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)多種地圖顯示模式、方便不同環(huán)境下查看矢量和影像數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)的漫游、放大、縮小等功能（見圖6）。

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)主要是以PC機(jī)為載體，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的軟件。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，確保外業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出過程中，不會(huì)存在數(shù)據(jù)丟失問題的出現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的具體功能如下：

（1）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能

實(shí)現(xiàn)將內(nèi)業(yè)解譯的矢量地表覆蓋和地理國(guó)情要素mdb數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換為平板電腦所需的db文件格式，便于外業(yè)調(diào)繪工作的開展。

（2）外業(yè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能

在外業(yè)調(diào)查技術(shù)人員根據(jù)內(nèi)業(yè)解譯的數(shù)據(jù)進(jìn)行外業(yè)調(diào)繪之后，調(diào)繪數(shù)據(jù)要再次傳回。此功能輔助外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)回mdb文件格式，以利于后續(xù)的修改和核查。

（3）地圖和資料打包功能

在數(shù)據(jù)處理和調(diào)繪時(shí)，需要影像地圖和一些幫助識(shí)別處理的輔助信息。本系統(tǒng)考慮實(shí)際工作的需要，能夠更好的輔助完成外業(yè)調(diào)繪工作，實(shí)現(xiàn)了地圖和資料打包功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

自2014年2月起，基于安卓操作系統(tǒng)的智能外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)正式開發(fā)完成，陸續(xù)為五個(gè)生產(chǎn)部門部署。為118臺(tái)平板安裝該套軟件，共進(jìn)行了250人次的集中培訓(xùn)。目前已完成了平江縣、華容縣、岳陽縣、臨湘市等多個(gè)縣市的地理國(guó)情生產(chǎn)任務(wù)和成果檢查。在測(cè)試和試運(yùn)行期間，未出現(xiàn)因軟件質(zhì)量造成的嚴(yán)重問題，系統(tǒng)以良好的用戶體驗(yàn)和完善的技術(shù)支持得到了一致好評(píng)。

4 結(jié)論

通過基于安卓操作系統(tǒng)的智能外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目組優(yōu)化了外業(yè)調(diào)繪的流程，研究掌握了整個(gè)安卓系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)流程。同時(shí)，該研究成果將進(jìn)一步促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用，有利于有關(guān)部門對(duì)自然和人文地理要素的現(xiàn)狀和空間分布情況進(jìn)行全面的掌握，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，提高了政府、企業(yè)和公眾的服務(wù)能力。項(xiàng)目成果在地理國(guó)情普查和省直屬國(guó)有土地資產(chǎn)清查等典型項(xiàng)目上應(yīng)用推廣，將進(jìn)一步提升地理信息產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)和服務(wù)能力。

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