“一點(diǎn)一景”地理信息數(shù)據(jù)在線采集技術(shù)研究與應(yīng)用

程寶銀張 蒙

（蘇州市測繪院有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州215006）

0 引 言

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對地理信息的需求越來越高，對地理信息數(shù)據(jù)的質(zhì)量和現(xiàn)勢性要求也越來越高。然而，傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集需要由少量專業(yè)單位或?qū)I(yè)人員實(shí)施，效率低、耗時長，不能滿足廣大用戶需求。

傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集方法包括內(nèi)業(yè)采集和外業(yè)調(diào)繪2種。然而，無論是利用各種比例尺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)（圖）、各類行業(yè)專題數(shù)據(jù)（圖）、地理國情監(jiān)測成果等資料進(jìn)行目標(biāo)地理信息數(shù)據(jù)提取的內(nèi)業(yè)采集，還是根據(jù)外業(yè)工作底圖、實(shí)地采用GPS等測量儀器進(jìn)行目標(biāo)地理信息數(shù)據(jù)測繪的外業(yè)調(diào)繪，均具有以下幾方面局限[1-6]。

（1）通常采用項(xiàng)目模式。這種模式只能由專業(yè)測繪單位實(shí)施，不能充分利用數(shù)據(jù)使用者本身的人員力量和數(shù)量眾多的社會公眾力量。例如在智慧城市、智慧社區(qū)建設(shè)過程中，這種模式無法充分利用城市網(wǎng)格管理員和廣大市民快速化、碎片化的信息反饋，很大程度上制約了數(shù)據(jù)采集與更新的效率和及時性。

（2）實(shí)時服務(wù)能力弱。內(nèi)業(yè)采集可利用的資料類型有限、現(xiàn)勢性不高、時點(diǎn)不統(tǒng)一，外業(yè)采集工作量大、周期長、協(xié)同作業(yè)靈活度不高，無法滿足輔助決策、應(yīng)急測繪、公眾信息服務(wù)等實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時服務(wù)需要。

（3）質(zhì)量檢查強(qiáng)度大。在采集過程中，也往往無法避免由于人為因素導(dǎo)致的錯漏。目標(biāo)地理信息數(shù)據(jù)的源數(shù)據(jù)通常不明確，無法直觀查詢、顯示源數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集與質(zhì)檢過程中查詢核對的重復(fù)工作量大、易出錯，不便于質(zhì)量控制和質(zhì)量追溯。

因此，如何實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的快速采集與實(shí)時更新，需要在互聯(lián)網(wǎng)泛在地理信息數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用、基于Web+的實(shí)時在線數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)眾籌與聯(lián)動更新等方面進(jìn)行突破與創(chuàng)新，使地理信息數(shù)據(jù)采集更新工作由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)、離線變?yōu)樵诰€、滯后變?yōu)閷?shí)時、專業(yè)變?yōu)闃I(yè)余、少量變?yōu)榇蟊奫1-3]。

為了突破傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集局限，本文構(gòu)思設(shè)計(jì)了“一點(diǎn)一景”地理信息數(shù)據(jù)在線采集與更新技術(shù)方法。另一方面，隨著移動GIS、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)地圖等技術(shù)不斷發(fā)展，使地理信息數(shù)據(jù)快速采集、實(shí)時傳輸、在線處理與交互成為一種可能。開發(fā)基于天地圖等互聯(lián)網(wǎng)電子地圖進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)搜索、篩選、采集、錄入，通過云服務(wù)器進(jìn)行同步更新、數(shù)據(jù)存儲的在線采集系統(tǒng)，是一種切實(shí)可行、行之有效的技術(shù)方法，具有一定研究意義和應(yīng)用價值。

1 “一點(diǎn)一景”技術(shù)

“一點(diǎn)一景”指任意一個地理信息點(diǎn)（泛指點(diǎn)、線、面狀地理要素）都鏈接了一張（或一組）對應(yīng)的實(shí)景（照片）。如周市鎮(zhèn)興趣點(diǎn)，鏈接了一張實(shí)景照片（圖1）。

“一點(diǎn)一景”技術(shù)繼承了傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，對內(nèi)外業(yè)采集方法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

圖1 “一點(diǎn)一景”地理信息數(shù)據(jù)示例

（1）靈活性。傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集需要測繪專業(yè)技術(shù)和相應(yīng)的測量儀器設(shè)備?！耙稽c(diǎn)一景”數(shù)據(jù)采集方法采用普通手機(jī)完成拍照，一個操作同時完成坐標(biāo)數(shù)據(jù)、實(shí)景數(shù)據(jù)的采集。這種“隨手拍”的作業(yè)模式，可以充分利用數(shù)據(jù)使用者本身和社會志愿者的力量進(jìn)行快速、實(shí)時的數(shù)據(jù)采集或信息反饋，在工作安排上具有更大靈活性。

（2）客觀可靠性。傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集時，調(diào)注的地理名稱屬性及現(xiàn)狀信息等不可避免地存在一定人為偏差和取舍誤差，“一點(diǎn)一景”數(shù)據(jù)采集的實(shí)景（照片）更具有原真性和客觀可靠性。

（3）高效實(shí)時性。傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集通常采用項(xiàng)目模式，需要一定項(xiàng)目運(yùn)行周期?！耙稽c(diǎn)一景”數(shù)據(jù)采集操作更為簡便，可利用的人力物力更為泛在、充沛，保證了地理信息數(shù)據(jù)采集的高效性與實(shí)時性。

與傳統(tǒng)地理信息數(shù)據(jù)采集方法相比，“一點(diǎn)一景”技術(shù)通過開發(fā)基于移動端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Web端的數(shù)據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地理信息數(shù)據(jù)的快速采集及在線更新，在工作安排、采集方法、成果內(nèi)容、更新頻率等方面具有更多優(yōu)勢（表1）。

表1 “一點(diǎn)一景”技術(shù)與傳統(tǒng)采集方法的比較

2 平臺系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體框架

“一點(diǎn)一景”地理信息數(shù)據(jù)在線采集云平臺（圖2）采用 Web GIS、移動 GIS、Android SDK二次開發(fā)、數(shù)據(jù)傳輸及加密等技術(shù)，利用天地圖API接口加載作業(yè)參考地圖和獲取相關(guān)服務(wù)，結(jié)合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和天翼云服務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對“一點(diǎn)一景”地理信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、更新、存儲、管理，形成集移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Web端數(shù)據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)于一體的在線采集云平臺。

圖2 “一點(diǎn)一景”云平臺總體框架

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 WebGIS與移動GIS

Web GIS是基于網(wǎng)絡(luò)的GIS。作為傳統(tǒng)GIS在互聯(lián)網(wǎng)上的延伸，通過在GIS中嵌入HTTP標(biāo)準(zhǔn)體系，利用Internet技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展。Web端采用B/S結(jié)構(gòu)，通過服務(wù)端向客戶端提供的各種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)隨時隨地利用瀏覽器對地理信息數(shù)據(jù)的共享、管理、發(fā)布等應(yīng)用功能。

移動GIS是一種繼桌面端GIS、WebGIS后，基于無線通訊和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，以移動設(shè)備為終端，采用BDS、GPS或基站為定位手段的GIS技術(shù)[7]。移動端采用基于現(xiàn)有平臺的二次開發(fā)模式，運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、移動計(jì)算及通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對地理信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸?shù)葢?yīng)用功能。

2.2.2 天地圖API

“天地圖”作為“數(shù)字中國”的重要組成部分，由國家測繪地理信息局建設(shè)，以各級GIS數(shù)據(jù)為依托，提供了多尺度、多類型地理信息實(shí)時在線服務(wù)的綜合性地理信息服務(wù)平臺[8]。相較其他網(wǎng)絡(luò)地圖，其數(shù)據(jù)資源有較高現(xiàn)勢性、準(zhǔn)確性、可靠性和權(quán)威性。天地圖API包括 Web端API、移動端API以及其他服務(wù)，提供了快速調(diào)用各種地圖服務(wù)和數(shù)據(jù)資源的通道。

在平臺建設(shè)中，以天地圖基礎(chǔ)地理信息構(gòu)建了基礎(chǔ)參考底圖數(shù)據(jù)框架。Web端調(diào)用符合HTML5.0規(guī)范的JavaScript API4.0接口，移動端調(diào)用基于Android2.2及以上應(yīng)用程序接口的移動API（Android）v3.0，通過天地圖服務(wù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地圖顯示、坐標(biāo)獲取、圖層切換、地名搜索等功能，滿足平臺建設(shè)需求。

2.2.3 Android SDK

考慮Android系統(tǒng)在手機(jī)、平板等移動智能終端設(shè)備系統(tǒng)中份額占比較大，選擇該系統(tǒng)作為移動端應(yīng)用的承載平臺。Android系統(tǒng)是一個基于開源軟件Linux的手機(jī)系統(tǒng)平臺[9]，具有高度開放性，提供了種類繁多的函數(shù)庫及框架。移動端的基礎(chǔ)框架基于原生態(tài)Android SDK的Java核心類庫，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用okhttp網(wǎng)絡(luò)框架，圖形圖像處理采用glide圖片加載框架，通過這種不依賴于第三方組件開發(fā)方式，避免了商業(yè)平臺的限制，同時可以靈活定制各種功能。

2.2.4 云服務(wù)技術(shù)

平臺服務(wù)端及數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)庫部署在天翼彈性云主機(jī)（CT-ECS）中[10]。相較傳統(tǒng)服務(wù)器，CTECS具有快速（即開即用，不受主機(jī)數(shù)量限制）、靈活（彈性擴(kuò)展，按需隨時升級配置）、安全（完善防護(hù)，專線接入，提供流量清洗、服務(wù)器及網(wǎng)站安全、數(shù)據(jù)備份存儲）、穩(wěn)定（可靠系統(tǒng)，云盤自動備份）的特點(diǎn)。

同時，基于“移動端-云端-Web端”數(shù)據(jù)同步的設(shè)計(jì)框架，將計(jì)算、分析移植入服務(wù)器云端，借助云端強(qiáng)大的計(jì)算能力可快速響應(yīng)用戶請求，降低了移動端及Web端有限資源的消耗與運(yùn)行壓力，保證了信息處理效率。

2.2.5 數(shù)據(jù)加密技術(shù)

顧及數(shù)據(jù)安全性，從實(shí)體位置信息、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫孢M(jìn)行加密。對于實(shí)體位置信息的加密，存儲階段通過將獲取的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為模擬坐標(biāo)（偽坐標(biāo)）進(jìn)行加密，顯示階段利用反地理編碼的方式匹配原始坐標(biāo)[11];對于數(shù)據(jù)存儲加密，在數(shù)據(jù)庫中采用TDE透明數(shù)據(jù)加密技術(shù)，使用加密密鑰對數(shù)據(jù)庫文件加密;在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用AES技術(shù)對數(shù)據(jù)加密;同時，通過云平臺的安全機(jī)制加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的安全性和保密性。

2.3 功能設(shè)計(jì)

“一點(diǎn)一景”云平臺應(yīng)用系統(tǒng)包括移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Web端的數(shù)據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)（圖3）。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地圖導(dǎo)航、實(shí)景采集、屬性編輯、用戶監(jiān)控及動態(tài)實(shí)時定位等功能（圖4）。

圖4 移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面

Web端數(shù)據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線用戶管理、歷史軌跡查詢、實(shí)景定位、數(shù)據(jù)傳輸（上傳與下載）、計(jì)劃查詢及工作量統(tǒng)計(jì)等功能（圖5）。

圖5 Web端數(shù)據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)界面（點(diǎn)位查詢）

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 應(yīng)用于地圖興趣點(diǎn)采編

在地圖編制項(xiàng)目中，采用“一點(diǎn)一景”云平臺進(jìn)行地圖興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集與更新（圖6），提高了地圖興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的效率與質(zhì)量。

圖6 地圖興趣點(diǎn)采編示例

3.2 應(yīng)用于地理國情監(jiān)測

在地理國情監(jiān)測項(xiàng)目中，采用“一點(diǎn)一景”云平臺進(jìn)行外業(yè)遙感影像樣本解譯，完成了樣本影像與實(shí)景照片的掛接（圖7）、軌跡線提取等工作。

圖7 地理國情應(yīng)用示例

3.3 應(yīng)用于智慧城市數(shù)據(jù)采集與更新

在“子城在線”等智慧城市管理平臺項(xiàng)目建設(shè)過程中，通過“一點(diǎn)一景”技術(shù)應(yīng)用，使城市網(wǎng)格管理員可以通過“隨手拍”模式，進(jìn)行地名地址數(shù)據(jù)、城市管理事件數(shù)據(jù)、城市部件狀態(tài)和屬性等數(shù)據(jù)的快速采集、上傳與更新（圖8）。

圖8 城市管理事件采集示例

4 結(jié) 語

通過對“一點(diǎn)一景”技術(shù)的研究，開發(fā)了“一點(diǎn)一景”地理信息數(shù)據(jù)在線采集云平臺。該平臺以地理實(shí)體為基本單元，采用“一點(diǎn)一景”的數(shù)據(jù)組織管理方式，實(shí)現(xiàn)了地理信息數(shù)據(jù)從采集、傳輸、更新、入庫、應(yīng)用的全生命周期管理。這種以“‘云’為后端、‘Web+APP’為前端”的作業(yè)模式，為地理信息數(shù)據(jù)采集及更新提供了新的思路和解決方案，使得更多志愿者和社會公眾能夠通過便捷式的移動設(shè)備參與到信息化建設(shè)中，可更好服務(wù)于數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)。