綜合風(fēng)險(xiǎn)普查中的房屋建筑調(diào)查軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周長(zhǎng)江，張現(xiàn)軍，于忠海

(1.濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院，山東 濟(jì)南 250101； 2.山東省城市空間信息工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250101)

1 引 言

為全面掌握我國(guó)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患情況，提升全社會(huì)抵御自然災(zāi)害的綜合防范能力，從2020年開始開展第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作。通過(guò)開展普查，摸清全國(guó)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患底數(shù)，查明重點(diǎn)地區(qū)抗災(zāi)能力，客觀認(rèn)識(shí)全國(guó)和各地區(qū)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)水平，為中央和地方各級(jí)人民政府有效開展自然災(zāi)害防治工作、切實(shí)保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供權(quán)威的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)信息和科學(xué)決策依據(jù)[1]。

在綜合風(fēng)險(xiǎn)普查中，房屋建筑承災(zāi)體調(diào)查是工作量最大、任務(wù)最重、參與人員最多、組織實(shí)施難度最大的工作之一[2]。房屋建筑調(diào)查是對(duì)房屋建筑開展基本信息和抗震設(shè)防基本信息以及使用情況等的調(diào)查[3]。按照全國(guó)災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查實(shí)施方案規(guī)定，房屋建筑調(diào)查需在房屋建筑面狀矢量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件系統(tǒng)填報(bào)房屋承災(zāi)體災(zāi)害屬性信息和空間信息，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)和補(bǔ)充調(diào)查。因此房屋建筑調(diào)查，需要投入大量的人力到現(xiàn)場(chǎng)拍照、取證、核實(shí)。在各地綜合風(fēng)險(xiǎn)普查實(shí)際工作中，房屋建筑調(diào)查往往需要投入最多的資金和人員，其調(diào)查效率直接決定了綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作的整體進(jìn)度[4～6]。

國(guó)普辦下發(fā)了統(tǒng)一的綜合風(fēng)險(xiǎn)普查軟件[7]，但在實(shí)際調(diào)查工作中，該軟件在以下情況無(wú)法完全滿足使用需求：①調(diào)查需配套房屋建筑面矢量工作底圖，在早期試點(diǎn)工作中，底圖制作及下發(fā)不及時(shí)、不完整，導(dǎo)致無(wú)法正常使用該軟件；②該軟件采用線上實(shí)時(shí)匯交的方式，信息提交后地方相關(guān)部門無(wú)法及時(shí)獲取原始數(shù)據(jù)，不利于普查成果的再加工及應(yīng)用；③該軟件在全國(guó)范圍內(nèi)用戶并發(fā)量大，涉及空間數(shù)據(jù)編輯等復(fù)雜交互過(guò)程和照片傳輸?shù)群木W(wǎng)絡(luò)資源的操作，在集中開展調(diào)查期間容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常；④在各地調(diào)查工作開展中，往往同步開展安全隱患排查、違建清查等其他專項(xiàng)調(diào)查。

在實(shí)際開展調(diào)查工作中，為了彌補(bǔ)上述不足，除了使用統(tǒng)一的綜合風(fēng)險(xiǎn)普查軟件外，筆者開發(fā)了綜合風(fēng)險(xiǎn)普查房屋建筑調(diào)查App及生產(chǎn)管理系統(tǒng)，作為輔助手段，在部分地區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作中發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)作用。尤其是在平陰試點(diǎn)、濱城試點(diǎn)[8]等地區(qū)的普查工作中，在底圖尚未統(tǒng)一下發(fā)的情況下，利用該軟件提前開展普查，進(jìn)行技術(shù)路線探索，保證了普查的質(zhì)量和進(jìn)度。

2 軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 工作流程

房屋建筑調(diào)查一般由縣市區(qū)組織開展具體調(diào)查工作，并進(jìn)行普查成果管理和提交。因此軟件設(shè)置了“四級(jí)組織、六類角色”的權(quán)限管理模式，四級(jí)組織從上至下分別為：縣市區(qū)相關(guān)管理部門(縣級(jí)管理員)、調(diào)查實(shí)施單位(單位管理員)、調(diào)查隊(duì)伍(班組長(zhǎng))、調(diào)查核查人員(調(diào)查員、核查員)，除了上述四級(jí)組織的5個(gè)角色外，還有系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)維管理。其中，縣級(jí)管理員通過(guò)系統(tǒng)將調(diào)查任務(wù)按鄉(xiāng)鎮(zhèn)分發(fā)至各個(gè)調(diào)查單位，同時(shí)負(fù)責(zé)最終的質(zhì)檢和成果提交；調(diào)查實(shí)施單位將調(diào)查任務(wù)進(jìn)一步細(xì)化，以村為單元逐個(gè)下發(fā)至各個(gè)調(diào)查隊(duì)伍，同時(shí)負(fù)責(zé)任務(wù)內(nèi)成果的質(zhì)檢和現(xiàn)場(chǎng)核查任務(wù)分配；調(diào)查班組長(zhǎng)將各個(gè)村的調(diào)查任務(wù)分配至個(gè)人，同時(shí)負(fù)責(zé)本組成果的檢查；調(diào)查員通過(guò)房屋建筑調(diào)查App進(jìn)行具體的外業(yè)調(diào)查；核查員由調(diào)查單位直接管理并分配現(xiàn)場(chǎng)核查任務(wù)，進(jìn)行具體的現(xiàn)場(chǎng)核查工作。軟件中房屋建筑調(diào)查業(yè)務(wù)工作流程如圖1所示。

圖1 房屋調(diào)查業(yè)務(wù)工作流程

2.2 軟件架構(gòu)

軟件分為四層結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)設(shè)施層，包括信息化軟硬件支撐環(huán)境；數(shù)據(jù)資源層，包括高分辨率影像底圖、矢量電子地圖、地名地址、村界、鎮(zhèn)界、宗地等地理信息數(shù)據(jù)、房屋建筑底圖、普查采集信息等；服務(wù)層，包括數(shù)據(jù)上傳服務(wù)、下載服務(wù)、地圖服務(wù)、空間定位服務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)資源服務(wù)等；業(yè)務(wù)應(yīng)用層，即面向應(yīng)用的三個(gè)子系統(tǒng)，分別為面向房屋建筑外業(yè)調(diào)查的移動(dòng)端App，用于外業(yè)生產(chǎn)綜合監(jiān)管的生產(chǎn)管理系統(tǒng)和用于運(yùn)維管理的后臺(tái)運(yùn)維系統(tǒng)。軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件架構(gòu)

2.3 安全設(shè)計(jì)

(1)用戶設(shè)備授權(quán)

采用后臺(tái)統(tǒng)一注冊(cè)方式，為每個(gè)用戶設(shè)置授權(quán)截止日期，保證用戶僅在授權(quán)期內(nèi)可登錄，項(xiàng)目結(jié)束時(shí)可通過(guò)修改授權(quán)日期使用戶無(wú)法再次登錄。用戶初次登錄時(shí)，會(huì)自動(dòng)綁定當(dāng)前硬件設(shè)備碼，一旦綁定設(shè)備碼該賬號(hào)將無(wú)法在其他設(shè)備上登錄，實(shí)現(xiàn)用戶賬號(hào)與設(shè)備的一對(duì)一綁定，以這樣的方式避免App未經(jīng)授權(quán)使用。

離線登錄模式，設(shè)置10天的離線授權(quán)期，每次聯(lián)網(wǎng)登錄成功都會(huì)記錄下登錄日期，離線登錄時(shí)，會(huì)依據(jù)上次聯(lián)網(wǎng)登錄日期計(jì)算是否超過(guò)離線授權(quán)期，如果超過(guò)離線授權(quán)期，必須聯(lián)網(wǎng)登錄進(jìn)行授權(quán)判斷。

(2)移動(dòng)端空間數(shù)據(jù)加密

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中用到的影像、房屋建筑面、宗地、村區(qū)劃等數(shù)據(jù)往往是不公開數(shù)據(jù)，為保證數(shù)據(jù)安全，采用移動(dòng)端空間數(shù)據(jù)離線加密技術(shù)，將空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并加密成自定義格式，分發(fā)至每個(gè)調(diào)查員的移動(dòng)設(shè)備上，移動(dòng)端App采用離線加載的方式直接調(diào)取本地空間數(shù)據(jù)。

2.4 技術(shù)路線及實(shí)現(xiàn)

(1)房屋建筑調(diào)查App

房屋建筑調(diào)查移動(dòng)端App基于Android平臺(tái)開發(fā)，支持Android 8.0及以上的手機(jī)及平板設(shè)備，同時(shí)適配MIUI、EMUI、鴻蒙等國(guó)內(nèi)主流手機(jī)廠商系統(tǒng)。App功能包括：地圖(影像、房屋、區(qū)劃數(shù)據(jù)等)展示及操作、圖層控制、基于地名快速檢索定位、調(diào)查表采集、現(xiàn)場(chǎng)拍照、房屋新增、空間定位、采集任務(wù)進(jìn)度查看、采集信息上傳與導(dǎo)出、本地房屋數(shù)據(jù)在線更新、App版本升級(jí)等。

App設(shè)計(jì)開發(fā)遵循可靠、實(shí)用、易用、安全、可配置、可擴(kuò)展性等原則。App支持上百人同時(shí)使用的需求，支持離線數(shù)據(jù)加載與采集，簡(jiǎn)單易用、易上手，盡可能兼容所有安卓設(shè)備型號(hào)，采用數(shù)據(jù)安全技術(shù)保障數(shù)據(jù)安全，功能及數(shù)據(jù)可配置管理，能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展以適應(yīng)其他專項(xiàng)調(diào)查任務(wù)。主界面為地圖界面，通過(guò)點(diǎn)擊房屋面，彈出待調(diào)查類型選擇窗，點(diǎn)擊選項(xiàng)可進(jìn)入農(nóng)村獨(dú)立住宅、集合住宅、住宅輔助、非住宅、城鎮(zhèn)住宅、城鎮(zhèn)非住宅等各類調(diào)查表，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況填寫信息并拍照完成該房屋信息的調(diào)查。移動(dòng)端App界面如圖3所示。

圖3 移動(dòng)端界面

(2)生產(chǎn)管理系統(tǒng)及后臺(tái)運(yùn)維系統(tǒng)

房屋建筑調(diào)查外業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)及后臺(tái)運(yùn)維系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，前端采用HTML5、JavaScript進(jìn)行開發(fā)，地圖服務(wù)采用ArcGIS API，Web后端采用.NET框架，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server。運(yùn)維系統(tǒng)采用嚴(yán)格的權(quán)限控制，對(duì)不同角色用戶開放不同的功能模塊。生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)查任務(wù)分配管理、調(diào)查員軌跡監(jiān)控管理、普查進(jìn)度監(jiān)控統(tǒng)計(jì)、調(diào)查信息查詢管理、調(diào)查信息導(dǎo)出、地圖展示、空間查詢等功能。

生產(chǎn)管理系統(tǒng)基于移動(dòng)端的定位上傳功能可獲取并管理所有用戶的實(shí)時(shí)位置和活動(dòng)軌跡，為兼顧軟件實(shí)用性及后臺(tái)服務(wù)器壓力，軌跡采集的定位間隔為 5 min；用戶提交的房屋調(diào)查數(shù)據(jù)根據(jù)房屋類型在地圖上用不同顏色區(qū)分，能夠進(jìn)行關(guān)鍵字查詢和空間點(diǎn)擊查詢；能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)調(diào)查進(jìn)度，幫助管理員實(shí)時(shí)掌控工作進(jìn)展。管理系統(tǒng)調(diào)查員軌跡監(jiān)控功能如圖4所示。

圖4 調(diào)查員軌跡監(jiān)控

3 軟件關(guān)鍵技術(shù)

3.1 移動(dòng)端矢量切片加密技術(shù)

房屋建筑、宗地、村界等不公開的地理信息矢量數(shù)據(jù)，采用了移動(dòng)端矢量切片加密技術(shù)進(jìn)行處理。基于SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建移動(dòng)端空間數(shù)據(jù)庫(kù)，屬性信息存儲(chǔ)在屬性表中，空間信息以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)在STGeometry字段中。配套移動(dòng)端矢量切圖轉(zhuǎn)換工具，可將Shapefile格式的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為移動(dòng)端空間數(shù)據(jù)庫(kù)，以xml文件配置空間數(shù)據(jù)的注記、線型、顏色、填充、符號(hào)等顯示樣式，最終將轉(zhuǎn)換成果打包成自定義格式。影像等柵格數(shù)據(jù)同樣可以通過(guò)移動(dòng)端矢量切圖轉(zhuǎn)換工具轉(zhuǎn)化為SQLite空間數(shù)據(jù)庫(kù)的形式并進(jìn)行加密存儲(chǔ)。基于JTS(空間分析工具包)、SpatiaLite等開源庫(kù)，開發(fā)了配套的自定義格式矢量切片離線數(shù)據(jù)類庫(kù)包，可快速讀取展示空間數(shù)據(jù)并提供空間查詢、分析等GIS功能。

該技術(shù)使空間數(shù)據(jù)不會(huì)泄密，沒(méi)有研發(fā)的配套類庫(kù)無(wú)法打開該數(shù)據(jù)，保障了數(shù)據(jù)安全可控；同時(shí)，以輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)本地存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的方式，具有讀取速度快、占用資源小、查詢簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)[9]。

3.2 離線/在線模式互補(bǔ)策略

App采用離線/在線兩種模式相結(jié)合的方式，降低了后臺(tái)服務(wù)運(yùn)維成本，提高了調(diào)查采集效率，提升了軟件穩(wěn)定性，避免了無(wú)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)較差狀況下無(wú)法作業(yè)的情況。①App支持離線登錄和聯(lián)網(wǎng)登錄兩種方式，在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差或服務(wù)異常情況下依然能夠正常開展調(diào)查；②影像及房屋建筑等空間數(shù)據(jù)采用離線加載方式，不依賴網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，不占用服務(wù)器資源，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)寬帶資源；③現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查信息臨時(shí)保存在本地SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，不會(huì)實(shí)時(shí)提交至后臺(tái)，由于采集過(guò)程不涉及網(wǎng)絡(luò)交互，因此采集速度更快、效率更高，且避免了網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定帶來(lái)的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題；④App有數(shù)據(jù)提交和導(dǎo)出功能，可一鍵提交所有調(diào)查信息并導(dǎo)出到本地表格，為調(diào)查員提供了足夠的質(zhì)量檢查和補(bǔ)充調(diào)查的自由度，成果確認(rèn)后可批量提交至后臺(tái)，同時(shí)在本地生成成果表格，用于進(jìn)一步數(shù)據(jù)質(zhì)檢。

3.3 信息采集便捷化

App信息采集模塊秉持著簡(jiǎn)單易用、盡量減少外業(yè)工作量的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，具體來(lái)說(shuō)采取了以下措施：①App適配主流型號(hào)的安卓系統(tǒng)手機(jī)及平板設(shè)備，無(wú)須另外采購(gòu)移動(dòng)設(shè)備；②輔助入戶調(diào)查，每個(gè)房屋建筑面上標(biāo)注產(chǎn)權(quán)人姓名，方便調(diào)查人員入戶調(diào)查詢問(wèn)；③建筑面數(shù)據(jù)包含產(chǎn)權(quán)人姓名、身份證號(hào)、建筑面積、區(qū)劃等信息，App讀取這些信息并自動(dòng)填充，現(xiàn)場(chǎng)只需核對(duì)，基本不需要再次手動(dòng)錄入；④支持身份證拍照直接獲取身份證號(hào)，不需要手動(dòng)填寫；⑤調(diào)查信息項(xiàng)盡量設(shè)置下拉選項(xiàng)以供選擇，部分信息項(xiàng)設(shè)置默認(rèn)值，減少人工填寫；⑥建筑位置信息自動(dòng)填寫，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法及百度地圖API的逆地理編碼服務(wù)，自動(dòng)獲取當(dāng)前建筑的地理位置描述；⑦提供涂鴉功能，用地圖涂鴉標(biāo)識(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

3.4 外業(yè)調(diào)查精細(xì)化管控

人員軌跡監(jiān)控：調(diào)查工作需要投入大量的人力，為有效管理作業(yè)人員調(diào)查工作，用戶作業(yè)軌跡監(jiān)控是一個(gè)重要抓手。App在提供定位的同時(shí)，每隔一段時(shí)間會(huì)將用戶位置及活動(dòng)軌跡上傳至后臺(tái)，管理人員可通過(guò)生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看用戶位置和歷史運(yùn)行軌跡。

進(jìn)度自動(dòng)監(jiān)測(cè)：后臺(tái)接收調(diào)查員提交的調(diào)查成果，并進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)顯示已調(diào)查房屋數(shù)量及調(diào)查進(jìn)度，方便管理人員對(duì)調(diào)查工作進(jìn)行管控。

3.5 可配置和可擴(kuò)展性

軟件憑借可配置和可擴(kuò)展性，能夠快速搭建各類專題應(yīng)用，在各類專項(xiàng)調(diào)查工作中，起到了重要的技術(shù)支撐作用。在部分地區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)普查工作開展過(guò)程中，為避免重復(fù)調(diào)查，還同步開展了其他專項(xiàng)調(diào)查，如商河縣開展農(nóng)村房屋安全調(diào)查、歷城區(qū)開展抗震設(shè)施普查、聊城市開展違法建設(shè)和違法違規(guī)審批清查。這些專項(xiàng)調(diào)查同樣依托建筑房屋面，需要逐個(gè)建筑現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查核實(shí)。憑借該軟件的可配置和可擴(kuò)展特性，快速搭建專項(xiàng)調(diào)查擴(kuò)展模塊，利用該軟件同時(shí)開展綜合風(fēng)險(xiǎn)普查的房屋建筑調(diào)查和各類專項(xiàng)調(diào)查。

4 總 結(jié)

軟件在平陰縣、濱州市、薛城區(qū)等多地綜合風(fēng)險(xiǎn)普查的房屋建筑調(diào)查工作中得到較好應(yīng)用，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作效率，輔助調(diào)查工作精細(xì)化管控，為調(diào)查工作提供了有力支撐。移動(dòng)端數(shù)據(jù)加密技術(shù)、離線與在線互補(bǔ)策略、便捷化采集措施等關(guān)鍵技術(shù)，為外業(yè)調(diào)查類軟件提供了一套成熟的、可推廣的技術(shù)路線；生產(chǎn)管理系統(tǒng)對(duì)調(diào)查任務(wù)的精細(xì)化管控手段，為大規(guī)模外業(yè)調(diào)查工作的有效管理提供了一種思路。