基于android平板的國土行業(yè)外業(yè)采集系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

胡海潮, 吳 劍, 彭小偉

(湖北省國土測繪院,湖北 武漢 430010)

在傳統(tǒng)的國土外業(yè)調(diào)查取證工作中,需要外業(yè)人員攜帶GPS測量設備、距離測量設備、數(shù)碼相機等工具,通過填寫相關紙質(zhì)表格、手繪、GPS測量、照相等方式進行數(shù)據(jù)采集工作,回到辦公室后內(nèi)業(yè)需要把采集的圖形信息進行手工數(shù)字化,把與其相關的屬性數(shù)據(jù)及取證信息錄入數(shù)據(jù)庫。

傳統(tǒng)的作業(yè)方法不僅需要外業(yè)人員具備較強的國土、測繪等專業(yè)知識,還存在內(nèi)外業(yè)人員無法進行實時有效溝通,及外業(yè)調(diào)查取證不充分影響內(nèi)業(yè)判讀的情況。因此,為了提高土地調(diào)查的生產(chǎn)效率、降低對外業(yè)采集人員專業(yè)知識的需求、減輕采集取證工作勞動強度,保障外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理有序有效的銜接,迫切需要開展國土外業(yè)采集系統(tǒng)的研究。

1 系統(tǒng)設計目標與總體架構(gòu)

1.1 設計目標

(1) 以國土行業(yè)外業(yè)調(diào)查工作流程為基礎,開發(fā)一套國土行業(yè)外業(yè)調(diào)查和綜合處理系統(tǒng),進行國土外業(yè)更新調(diào)查、采樣、監(jiān)察、在線核查與多媒體取證,其核心目標是建立一套的外業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸、內(nèi)業(yè)處理與信息管理的完整體系。

(2) 通過本次項目,可以建立起一套的以外業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸、內(nèi)業(yè)處理與信息管理為一體的整條服務鏈,同時以本次開發(fā)思路與源碼為基礎,在其他類似項目中加以應用。

1.2 總體框架

移動GIS的體系結(jié)構(gòu)主要由三部分組成:客戶端部分、服務器部分和數(shù)據(jù)源部分,分別承載在表現(xiàn)層、中間層和數(shù)據(jù)層[1]。

本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,分外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)兩個網(wǎng)段。內(nèi)外網(wǎng)分別對應內(nèi)業(yè)和外業(yè)工作,承擔不同的功能任務。外網(wǎng)主要用于:平板端在野外的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)上傳和平板之間即時通信的工作;內(nèi)網(wǎng)主要用于:底圖數(shù)據(jù)生成及分配、工作任務分配、成果數(shù)據(jù)檢查、處理和入庫工作。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中,服務器端如果部署在固定區(qū)域(如機房),Web服務器可通過配置雙網(wǎng)卡,設置為內(nèi)外網(wǎng)同時接入,實現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)的中繼功能。通信服務器只部署于外網(wǎng),實現(xiàn)平板間的即時通信。在即時通信量不大的情況下,通信服務器也可與Web服務器部署于同一臺機器。數(shù)據(jù)庫服務器則單獨部署于一臺機器,考慮數(shù)據(jù)安全因素,數(shù)據(jù)庫服務器只部署在內(nèi)網(wǎng)。

服務器端如果需要多測區(qū)移動,則Web服務器、通信服務器、數(shù)據(jù)服務器可同時部署于一臺PC機上。在測區(qū)內(nèi)搭建外網(wǎng)服務時,外網(wǎng)固定IP可通過花生殼類軟件進行綁定獲得。

系統(tǒng)由Web(GIS)服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、通信服務器三大服務器和Web客戶端、C/S客戶端、Android客戶端三類客戶端組成。其主要功能如下表1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.1 System architecture diagram

表1 系統(tǒng)總體框架圖Table 1 Overall framework of the system

系統(tǒng)組成主要功能Web(GIS)服務器1.項目任務分配、基礎數(shù)據(jù)分配2.外業(yè)成果數(shù)據(jù)核查3.文檔、信息檢索4.工作情況統(tǒng)計5.系統(tǒng)維護:人員管理、數(shù)據(jù)字典管理等數(shù)據(jù)庫服務器存儲整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù),包括:GIS數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、工作成果數(shù)據(jù)、基礎數(shù)據(jù)等通信服務器實現(xiàn)平板與平板、平板與Web間的即時消息通訊、文件傳輸?shù)萕eb客戶端內(nèi)業(yè)人員訪問操作Web服務器的客戶端程序C/S客戶端內(nèi)業(yè)人員更新GIS數(shù)據(jù)的客戶端程序Android客戶端外業(yè)人員作業(yè)及成果提交的客戶端程序

1.3 開發(fā)工具

(1) Android。Android是Google于2007年11月05日宣布的基于Linux平臺的開源手機操作系統(tǒng)名稱,該平臺由操作系統(tǒng)、中間件、用戶界面和應用軟件組成。它采用軟件堆層(Software Stack,又名軟件疊層)的架構(gòu),主要分為三部分。底層以Linux內(nèi)核工作為基礎,由C語言開發(fā),只提供基本功能;中間層包括函數(shù)庫Library和 虛擬機Virtual Machine,由C++開發(fā);最上層是各種應用軟件，包括通話程序，短信程序等，應用軟件則由各公司自行開發(fā)，以Java作為編寫程序的一部分[2]。

Android系統(tǒng)是一款以Linux為內(nèi)核、開放式的手機操作系統(tǒng)。和目前存在的其他操作系統(tǒng)類似,其采用分層架構(gòu)設計,從高層到低層依次為應用程序?qū)?、應用程序框架層、系統(tǒng)運行庫層和Linux核心層結(jié)構(gòu)[3]。

(2) ArcGIS for Android 10.2.7。ArcGIS for Android SDK是ArcGIS基于Android的開發(fā)包,基于此開發(fā)包可方便構(gòu)建Android本地APP。集成了廣泛的地圖和GIS功能,無論在線或離線。包括地圖查詢分析,地理對象編輯和地圖加載。

(3) Eclipse。Eclipse是一個開放源代碼的、基于Java的可擴展開發(fā)平臺。就其本身而言,它只是一個框架和一組服務,用于通過插件組件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境。Eclipse 附帶了一個標準的插件集,包括Java開發(fā)工具(Java Development Kit,JDK)。

2 系統(tǒng)功能模塊

本系統(tǒng)按照軟件邏輯功能劃分,可分為三大子系統(tǒng):Web項目管理子系統(tǒng)、外業(yè)采集平板子系統(tǒng)、GIS數(shù)據(jù)編輯插件。

2.1 Web項目管理子系統(tǒng)

Web項目管理子系統(tǒng)功能主要包括:地圖加載與瀏覽、圖層控制、外業(yè)任務分派、即時通訊、數(shù)據(jù)與軌跡管理、工作情況分析、文檔檢索、系統(tǒng)管理等。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 外業(yè)采集平板子系統(tǒng)

外業(yè)采集平板系統(tǒng)功能主要包括:數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)檢查、狀態(tài)自檢、工作線路規(guī)劃、規(guī)劃路徑導航、工作內(nèi)容設置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)自檢與整理、數(shù)據(jù)傳輸、即時通訊、位置共享等。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖2 Web項目管理子系統(tǒng)功能模塊圖Fig.2 Function module diagram of Web project management subsystem

圖3 外業(yè)采集平板子系統(tǒng)Fig.3 Field acquisition flat panel subsystem

2.3 GIS數(shù)據(jù)編輯插件

GIS數(shù)據(jù)編輯插件主要功能包括:數(shù)據(jù)加載、圖形及屬性編輯。系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 GIS數(shù)據(jù)編輯插件Fig.4 GIS data editing plug-in

3 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)的工作流程如圖5所示。

3.1 前期數(shù)據(jù)收集

對工作中涉及到的工作底圖數(shù)據(jù)(行政及村界、圖斑、地類界、線狀地物、注記層,遙感影像)進行數(shù)據(jù)收集工作。

3.2 數(shù)據(jù)預處理

對收集到的工作數(shù)據(jù),進行矢量裁剪、DOM分幅、瓦片切片等處理,然后根據(jù)工作人員進行相應工作區(qū)劃分,做相對應的數(shù)據(jù)配置。

3.3 工程環(huán)境設置

針對項目建立項目總數(shù)據(jù)庫(包含項目總文件夾、預處理數(shù)據(jù)、項目文檔等數(shù)據(jù)),并對各工作人員建立相應的分數(shù)據(jù)庫,將此前預處理的數(shù)據(jù)分發(fā)至各數(shù)據(jù)庫中,各工作人員將各自數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)拷貝至工作平板,檢查數(shù)據(jù)的可用性、完備性,根據(jù)自己的工作進行相應的設置。

3.4 路線導航與數(shù)據(jù)采集

圖5 系統(tǒng)工作流程圖Fig.5 System workflow diagram

根據(jù)工作的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)采集工作,目前的工作內(nèi)容主要有變更調(diào)查、采樣、國土檢查、空閑建設用地調(diào)查、巡視、在線核查等。

3.5 數(shù)據(jù)整理上傳

對采集到的數(shù)據(jù)進行檢查,檢驗數(shù)據(jù)是否滿足項目需求,然后根據(jù)項目需求進行標準化及保密性處理,將數(shù)據(jù)進行打包上傳(拷貝)至服務器指定目錄。

3.6 內(nèi)業(yè)處理

將外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)根據(jù)項目要求進行處理,形成成果數(shù)據(jù)后進行歸檔管理。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 WEB項目管理系統(tǒng)

4.1.1 項目管理

前期工作包括基礎數(shù)據(jù)收集和影像切片處理,主要功能包括調(diào)查任務分發(fā)、工作情況跟蹤、回傳數(shù)據(jù)管理,調(diào)查數(shù)據(jù)瀏覽檢查,工作量統(tǒng)計分析等。系統(tǒng)主界面如下圖6所示。

4.1.2 采集結(jié)果查看

主要功能包括數(shù)據(jù)檢索、查看外業(yè)采集回傳數(shù)據(jù)(包括:圖形、GPS位置、文字、圖像、語音等信息),在工作底圖中對采集照片的拍攝位置及角度進行展繪。對不同階段采集數(shù)據(jù)進行痕跡管理,清晰反映事物變化發(fā)展全貌。數(shù)據(jù)查看界面如下圖7所示。

圖6 項目管理WEB系統(tǒng)主界面Fig.6 Main interface of project management WEB system

圖7 外業(yè)數(shù)據(jù)展示界面Fig.7 Display interface of external data

4.2 外業(yè)采集平板系統(tǒng)

圖形采集可通過手繪及GPS自動記錄兩種方式進行點、線、面要素圖形繪制。屬性采集方式包括文字屬性錄入、自定義屬性內(nèi)容快速注記,并結(jié)合錄音、照片、視頻、截屏涂鴉等多種方式進行現(xiàn)場記錄取證。其中屬性內(nèi)容圖面注記還具備將常用字段進行配置、快速檢索的功能。作業(yè)人員可根據(jù)實際情況靈活多樣的進行組合(如圖8-圖10所示)。

圖8 要素圖形采集Fig.8 Element graph collection

圖9 外業(yè)現(xiàn)場調(diào)繪Fig.9 Field scene mapping

圖10 自定義屬性內(nèi)容快速標注Fig.10 Quick labelling of custom attribute content

5 結(jié)論

通過基于android平板的外業(yè)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn),系統(tǒng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡環(huán)境下的數(shù)據(jù)在線交換,解決了大數(shù)據(jù)量影像數(shù)據(jù)的快速加載,克服了離線環(huán)境下外業(yè)信息采集的難點,為涉密數(shù)據(jù)的安全使用提供了有效的保障。給移動外業(yè)信息采集系統(tǒng)提出了一整套框架設計思路。通過在相關項目外業(yè)信息采集試生產(chǎn)作業(yè),發(fā)現(xiàn)通過平板進行外業(yè)采集,大大降低了外業(yè)勞動強度,提高了位置判定的準確性,提高了內(nèi)外業(yè)協(xié)同效率。該系統(tǒng)可廣泛應用于土地詳查與更新、像片調(diào)繪、地名調(diào)查、資源調(diào)查、行政區(qū)界線調(diào)查等不同領域,具有廣闊的應用和推廣價值。