數(shù)字化巡查系統(tǒng)在天津市河道網(wǎng)格化管理中的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

周 軍

（天津市北三河管理處，天津 301800)

隨著天津市社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，河道管理體系不斷完善，在工程、環(huán)境、水行政、防汛調(diào)度等管理方面積累了大量的基礎(chǔ)信息，由于這些信息分散在各個(gè)職能部門(mén)，信息共享和利用程度不高。當(dāng)今，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息化管理，已成為信息化水務(wù)建設(shè)中常用的一項(xiàng)重要手段。隨著GPS（全球定位系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）及移動(dòng)終端技術(shù)的普及，使得通過(guò)GPS與GIS技術(shù)對(duì)巡檢人員的工作情況和整個(gè)管轄區(qū)域的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)施監(jiān)督管理成為可能。目前，巡查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲得主要依靠河道巡查人員現(xiàn)場(chǎng)收集與上報(bào)，但這一巡檢模式工作數(shù)據(jù)量大、工作效率低，巡檢人員是否按照既定的時(shí)間和路線完成巡檢任務(wù)，在巡查記錄中無(wú)法體現(xiàn)；同時(shí)，巡檢發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題也得不到及時(shí)處理。針對(duì)上述問(wèn)題，天津市對(duì)河道網(wǎng)格化管理開(kāi)展了技術(shù)研究，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出河道巡查巡視管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)河道網(wǎng)格化管理是整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，此研究是天津市首個(gè)針對(duì)河道巡查信息平臺(tái)的技術(shù)研究。

1 河道網(wǎng)格化管理思想

借鑒城市網(wǎng)格化管理[1]的思路，將巡查河道按照一定的標(biāo)準(zhǔn)劃分成若干單元網(wǎng)格。劃分思路是將網(wǎng)格化思想與關(guān)鍵點(diǎn)控制思想結(jié)合起來(lái)，在電子地圖中分解河道并布置關(guān)鍵點(diǎn)，用一個(gè)網(wǎng)格代表一個(gè)分解后的河段，并在每個(gè)網(wǎng)格中布置關(guān)鍵點(diǎn)即在每個(gè)河段中設(shè)定重點(diǎn)巡查工程，從而實(shí)現(xiàn)由整體到網(wǎng)格再到點(diǎn)的管理。將河道進(jìn)行網(wǎng)格化處理[2]后得到的直接成果，包括河道細(xì)分管理、自動(dòng)簽到、精確導(dǎo)航定位。

1.1 河道細(xì)分管理

將所有河道按各個(gè)河道管理所的管轄范圍進(jìn)行分段，而且細(xì)分到左、右堤岸。每個(gè)細(xì)分河段建立由巡查任務(wù)下發(fā)、河道巡查、問(wèn)題上報(bào)、上級(jí)批復(fù)、問(wèn)題處理、處理結(jié)果核查組成的閉環(huán)管理體系。

1.2 自動(dòng)簽到

按照建筑物類(lèi)別，在河道各個(gè)堤段設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)，并以點(diǎn)為圓心設(shè)置半徑，實(shí)現(xiàn)當(dāng)巡查人員在此半徑之內(nèi)移動(dòng)終端自動(dòng)簽到的功能。

1.3 精確導(dǎo)航定位

通過(guò)細(xì)分河道分段，在每個(gè)細(xì)分河段定位比整條河道的定位要精確得多。

2 地理數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)

河道管理中地理數(shù)據(jù)量大，處理數(shù)據(jù)成本很高。如，一幅典型的比例尺為1：25 000 的地形圖需要100 萬(wàn)～300 萬(wàn)對(duì)坐標(biāo)，才能使獲得的數(shù)字地圖的幾何精度達(dá)到一定的要求。同時(shí)，直接處理海量數(shù)據(jù)耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。要實(shí)現(xiàn)河道的網(wǎng)格化管理，需將各條河道根據(jù)不同管理單位的管轄范圍細(xì)分成多條河段，且上、下游河段首尾相接。在數(shù)字化多邊形地圖時(shí)，同一點(diǎn)可能被數(shù)字化許多次，即使很仔細(xì)，但由于儀器本身的精度和操作上的問(wèn)題，不能保證上游河段的終點(diǎn)與下游河段的起點(diǎn)經(jīng)過(guò)數(shù)字化后具有相同的坐標(biāo)。為此，需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差糾正的技術(shù)方法，以達(dá)到網(wǎng)格化管理的目的。

2.1 地圖數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)分析與算法實(shí)現(xiàn)

為了解決海量地圖數(shù)據(jù)處理成本高的難題，研究并實(shí)現(xiàn)了對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理壓縮的技術(shù)方法。以下3種方法，被應(yīng)用到地圖數(shù)據(jù)壓縮中。

（1）間隔取點(diǎn)法[3]。每隔k 個(gè)點(diǎn)取一點(diǎn)，或舍去那些離已選點(diǎn)比規(guī)定距離更近的點(diǎn)，但首末點(diǎn)一定要保留，取點(diǎn)過(guò)程如圖1所示。

（2）垂距法和偏角法[4]。這兩種方法是按垂距或偏角的限差選取符合或超過(guò)限差的點(diǎn)，取點(diǎn)過(guò)程如圖2所示。

（3）道格拉斯-普克法[5]。該方法試圖保持曲線走向和允許制圖人員規(guī)定合理的限差，其執(zhí)行過(guò)程如圖3所示。

圖1 間隔取點(diǎn)法示意

圖2 垂距法和偏角法示意

針對(duì)河道地理數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求，分析比較上述3個(gè)方法：①間隔取點(diǎn)法很容易將一些關(guān)鍵點(diǎn)除掉，這樣不利于河道巡查工作中自動(dòng)簽到功能的實(shí)現(xiàn)。②垂距法和偏角法比間隔取點(diǎn)法要好一些，但是不能保證數(shù)據(jù)壓縮后河段的趨勢(shì)與原河段相同。③對(duì)河道地理信息來(lái)說(shuō)，由于道格拉斯-普克法彌補(bǔ)了間隔取點(diǎn)法、垂距法、偏角法的缺點(diǎn)，所以在地圖數(shù)據(jù)預(yù)處理壓縮中采用此法。

具體算法的實(shí)現(xiàn)，有以下5個(gè)步驟：①首未點(diǎn)相連；②計(jì)算中間各點(diǎn)到直線的距離；③刪去距離小于臨界值的點(diǎn)；④在留下的點(diǎn)中，選擇距離最大的點(diǎn)，將曲線分成兩段；⑤重復(fù)①—④，依次類(lèi)推。

圖3 道格拉斯-普克法示意

針對(duì)道格拉斯-普克法采用數(shù)值計(jì)算中二分法的思想，編制數(shù)據(jù)壓縮程序，很好地解決了海量數(shù)據(jù)處理成本高的問(wèn)題。

2.2 地圖數(shù)據(jù)匹配技術(shù)分析與算法實(shí)現(xiàn)

為了將離散的河段無(wú)縫地連接起來(lái)，研究并實(shí)現(xiàn)了對(duì)地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配的技術(shù)方法。研究采用頂點(diǎn)匹配與數(shù)字接邊技術(shù)[6]來(lái)矯正誤差。

（1）頂點(diǎn)匹配法。該方法是用匹配程序?qū)Χ噙呅挝募M(jìn)行處理。經(jīng)處理后，在多邊形生成時(shí)若發(fā)現(xiàn)少數(shù)頂點(diǎn)不匹配，經(jīng)查明原因后可輔以交互編輯的方法處理。

（2）數(shù)字接邊法。在數(shù)字化地圖時(shí)，一般是一幅一幅地進(jìn)行，有時(shí)一幅圖還需分塊進(jìn)行。由于操作誤差，相鄰圖幅公共圖廓線（或分塊線）兩側(cè)本應(yīng)相互連接的地圖要素會(huì)發(fā)生錯(cuò)位，這是不可避免的。因此，在拼幅或合幅時(shí)均須對(duì)這些分幅數(shù)字地圖在公共邊上進(jìn)行相同地圖要素的匹配，如圖4所示。

圖4 數(shù)字接邊示意

3 河道網(wǎng)格化管理解決方案及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)河道網(wǎng)格化管理，研究并總結(jié)了一套解決方案，其中使用了多種技術(shù)手段，包括：采用Sky1ine G1obe作為三維電子地圖開(kāi)發(fā)平臺(tái)；采用B-S架構(gòu)；采用MYSQL作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；采用J2EE架構(gòu)作為編程開(kāi)發(fā)平臺(tái)；采用Java Deve1opment Kit，An?droid SDK平臺(tái)開(kāi)發(fā)移動(dòng)端Android應(yīng)用程序。

這里，只簡(jiǎn)要介紹與河道網(wǎng)格化管理有直接關(guān)系的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，包括Sky1ine G1obe 的二次開(kāi)發(fā)、An?droid系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)、桌面系統(tǒng)的專(zhuān)題圖開(kāi)發(fā)。

3.1 基于Sky1ine G1obe的二次開(kāi)發(fā)

河道巡查巡視工作涉及天津境內(nèi)19 條一級(jí)行洪河道、外環(huán)河及海堤，共計(jì)2 200余km堤防。依據(jù)網(wǎng)格化思想，在Sky1ine G1obe 平臺(tái)上將所有河道共分為268 個(gè)河段，其中點(diǎn)位數(shù)量1 045 個(gè)，共分為3類(lèi)，其中堤防點(diǎn)位667 個(gè)、水閘77 個(gè)、口門(mén)301 個(gè)。通過(guò)電子地圖，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)如下功能。

（1）實(shí)現(xiàn)三維基礎(chǔ)場(chǎng)景。由于河道巡查對(duì)象都是建筑物，應(yīng)用三維模型可以直觀地表現(xiàn)出各個(gè)建筑物的基本情況。搭建三維基礎(chǔ)場(chǎng)景可以提供很好的擴(kuò)展性，為平臺(tái)將來(lái)的升級(jí)、長(zhǎng)期應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

（2）與移動(dòng)端系統(tǒng)相配合，實(shí)現(xiàn)河道巡查過(guò)程中自動(dòng)簽到、精確定位功能。

（3）在電子地圖中顯示堤防或水利工程的巡查信息，實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)共享功能，這些信息包括問(wèn)題的文字描述、現(xiàn)場(chǎng)照片、錄像等。

3.2 基于Android系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)

智能移動(dòng)設(shè)備選用搭載Android 系統(tǒng)的智能手機(jī)或平板電腦，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)簽到、多媒體數(shù)據(jù)采集、任務(wù)下發(fā)等功能，具體實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

（1）任務(wù)下發(fā)。根據(jù)巡檢人員的工作范圍，系統(tǒng)自動(dòng)將任務(wù)內(nèi)容下發(fā)至巡查手持終端，并對(duì)相應(yīng)河段制定任務(wù)的計(jì)劃周期與持續(xù)周期，既滿足了對(duì)巡查時(shí)間管理，又保證了對(duì)巡查頻次的要求，同時(shí)還可以查詢(xún)各條河段的任務(wù)計(jì)劃及歷史任務(wù)。

（2）巡查簽到。巡查巡視任務(wù)確定后，為保證巡檢人員按照規(guī)定線路行進(jìn)，系統(tǒng)根據(jù)被巡查河道的重要程度布置關(guān)鍵巡檢簽到點(diǎn)位。當(dāng)巡查人員抵達(dá)預(yù)定巡檢地點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行任務(wù)簽到操作，記錄相關(guān)巡檢信息；對(duì)于重點(diǎn)點(diǎn)位，如口門(mén)及水閘實(shí)施情況，設(shè)定手動(dòng)簽到點(diǎn)位，需巡檢人員記錄工況信息后才能完成點(diǎn)位巡查。同時(shí)，巡檢簽到的位置是巡檢人員軌跡的依據(jù)，系統(tǒng)將根據(jù)巡檢簽到位置記錄自動(dòng)生成巡檢軌跡。

（3）精確定位。系統(tǒng)自動(dòng)將巡檢簽到點(diǎn)信息發(fā)送至巡檢人員手機(jī)端，并顯示每個(gè)簽到點(diǎn)的名稱(chēng)和位置信息。當(dāng)巡檢人員還沒(méi)有抵達(dá)預(yù)定巡檢地點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入巡檢項(xiàng)目導(dǎo)航流程，提示相關(guān)巡檢信息，引導(dǎo)巡檢人員抵達(dá)任務(wù)制定的巡檢位置。

（4）信息錄入并上傳。當(dāng)巡查人員發(fā)現(xiàn)管理問(wèn)題時(shí)，可隨時(shí)利用手機(jī)端進(jìn)行錄入操作，添加相關(guān)照片、錄像等現(xiàn)場(chǎng)多媒體信息。當(dāng)信息錄入完畢后，將自動(dòng)反饋至中央服務(wù)器，形成歷史存檔，問(wèn)題記錄也會(huì)共享至系統(tǒng)桌面端，由管理人員進(jìn)行處理。

3.3 桌面系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

圖5 移動(dòng)端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)河道工程、水環(huán)境、水政、防汛調(diào)度、河長(zhǎng)制等巡查工作的管理，桌面端系統(tǒng)制定了嚴(yán)謹(jǐn)、閉合的工作流程，通過(guò)巡查巡視管理平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字化、流程化管理，可以便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢(xún)。專(zhuān)題圖模塊主要滿足管理部門(mén)對(duì)巡檢數(shù)據(jù)共享的業(yè)務(wù)需求。通過(guò)對(duì)專(zhuān)題圖的管理，在Sky1ine G1obe平臺(tái)上為各個(gè)管理部門(mén)制定了專(zhuān)門(mén)的電子地圖圖層，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)特定部門(mén)的數(shù)據(jù)傳遞，并且針對(duì)特定權(quán)限的用戶(hù)開(kāi)放所有類(lèi)別的數(shù)據(jù)信息。目前，主要分為工管、水保、水政、水調(diào)四項(xiàng)管理任務(wù)的專(zhuān)題，每個(gè)專(zhuān)題中都可以查看與各自相關(guān)的各類(lèi)上報(bào)問(wèn)題的發(fā)生位置與情況描述。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)地理信息系統(tǒng)、移動(dòng)端系統(tǒng)、桌面端系統(tǒng)相互配合的方式，實(shí)現(xiàn)了河道的網(wǎng)格化管理，解決了傳統(tǒng)巡查工作中存在的工作監(jiān)督不力、問(wèn)題描述不清、流程復(fù)雜、各部門(mén)溝通不暢、巡檢手段傳統(tǒng)、重要信息實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題。目前，該系統(tǒng)已在天津市水務(wù)局5個(gè)業(yè)務(wù)處室、5個(gè)河道（海堤）處、10個(gè)區(qū)縣管理部門(mén)和單位運(yùn)行使用近2年，為工程、防汛、水資源、河長(zhǎng)制、水政監(jiān)察等管理搭建了信息共享平臺(tái)，有效地提高了巡檢人員工作的主動(dòng)性和工作完結(jié)率，提高了管理部門(mén)對(duì)巡檢任務(wù)下達(dá)完成過(guò)程進(jìn)行的質(zhì)量監(jiān)控，滿足了對(duì)巡檢過(guò)程中存在問(wèn)題進(jìn)行反饋和考評(píng)的需要，使巡查發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后的上報(bào)反饋、問(wèn)題處置的及時(shí)性、快速性、真實(shí)性等得到了顯著提升，在規(guī)范化巡查、自動(dòng)化管理方面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

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