數(shù)字城管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)外業(yè)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭紅操,陳 川,馬 煜,陳柄任,陳柏行,袁勇軍

（1.成都市規(guī)劃編制研究和應(yīng)用技術(shù)中心，四川成都 610041；2.四川省第一測繪工程院，四川成都 610100）

0 引言

測繪質(zhì)量是測繪產(chǎn)業(yè)發(fā)展的生命線，不僅關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速健康發(fā)展，而且關(guān)系到國家主權(quán)、國防安全和民族利益，直接影響著廣大人民群眾的切身利益，提高測繪質(zhì)量水平是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會科學(xué)發(fā)展的必然要求。目前測繪產(chǎn)品的質(zhì)檢方式包括內(nèi)業(yè)和外業(yè)2 種，傳統(tǒng)的外業(yè)質(zhì)檢通常是由檢驗(yàn)人員室內(nèi)將抽取的樣本數(shù)據(jù)打印成紙質(zhì)文件，帶到實(shí)地進(jìn)行巡視檢驗(yàn)，在巡視過程中將檢查信息記錄在紙質(zhì)圖表上，這種方式不僅數(shù)據(jù)攜帶不方便，并且受紙張大小限制，攜帶數(shù)據(jù)量有限，在外業(yè)記錄過程中存在涂改困難、不易保存等諸多缺陷。因此，需要一種效率和準(zhǔn)確率更高的數(shù)據(jù)采集方式來支持測繪產(chǎn)品的外業(yè)巡檢工作。

隨著ArcGIS 移動端技術(shù)不斷發(fā)展，ArcGIS Runtime SDK for Android 版本已經(jīng)從10.X 系列更新至100.X 系列，目前100.X 版本可以直接對Shapefile 文件進(jìn)行可視化和編輯。利用ArcGIS 移動端開發(fā)技術(shù)，可將測繪產(chǎn)品樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成Shapefile 格式，從電腦端拷貝到移動端設(shè)備，由檢驗(yàn)人員帶到實(shí)地進(jìn)行外業(yè)巡視檢驗(yàn)，通過外業(yè)巡檢軟件瀏覽數(shù)據(jù)并將檢查信息記錄在移動端設(shè)備里。

本文的測繪產(chǎn)品外業(yè)巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，將基于ArcGIS Runtime SDK for Android 100.4 和ArcObjects SDK10.2.2 二次開發(fā)技術(shù)，采用C/S 架構(gòu)設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)外業(yè)巡檢及檢查記錄自動化輸出。

1 巡檢系統(tǒng)分析

測繪產(chǎn)品巡檢系統(tǒng)是指將已預(yù)處理好的樣本數(shù)據(jù)攜帶至現(xiàn)場對測繪成果進(jìn)行檢驗(yàn)，并通過外業(yè)檢查將其屬性信息和空間信息記錄在巡檢系統(tǒng)中，這里的測繪成果是通過測量采集、計(jì)算、繪制編輯等手段形成的圖形、表格等資料，常見數(shù)據(jù)格式包括矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)等。

測繪產(chǎn)品巡檢是指基于已有的測繪成果，在成果現(xiàn)場對測繪成果進(jìn)行比對檢查，檢查成果圖形及相關(guān)屬性信息是否和現(xiàn)場情況一致，對測繪成果有錯漏的地方進(jìn)行標(biāo)注，并記錄其空間信息和屬性信息。隨著測繪的應(yīng)用越來越廣泛，這里的測繪成果數(shù)據(jù)不僅包括傳統(tǒng)的地形圖、影像圖等，還包括行業(yè)應(yīng)用成果，如，城市道路部件調(diào)查成果、河湖劃定成果等。如上所述，測繪產(chǎn)品巡檢系統(tǒng)可分為以下4 個模塊：

1）實(shí)現(xiàn)文件地理數(shù)據(jù)庫和柵格影像的分幅裁剪、外業(yè)調(diào)繪底圖制作、檢查記錄表的輸出、樣本質(zhì)量的評價(jià)，包括數(shù)據(jù)裁剪、制作tpk、輸出檢查意見記錄表等功能。

2）實(shí)現(xiàn)對已有測繪產(chǎn)品的瀏覽，系統(tǒng)兼容并支持多種測繪產(chǎn)品格式，包括柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)、視頻、圖片等，具體表現(xiàn)為可以在移動端上對成果實(shí)現(xiàn)移動、縮放、屬性標(biāo)注、圖層控制、測量、符號化等功能。

3）實(shí)現(xiàn)檢查信息的記錄和標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)的選擇、繪制、保存、刪除等編輯功能，支持點(diǎn)、線、面3 種數(shù)據(jù)類型，可以記錄檢查信息的屬性和空間信息。

4）實(shí)現(xiàn)空間位置實(shí)時(shí)定位，可以實(shí)現(xiàn)離線GPS定位和網(wǎng)絡(luò)定位2 種方式，同時(shí)顯示圖形北方向。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

此次測繪產(chǎn)品外業(yè)巡檢系統(tǒng)硬件配置為華為M5 平板電腦，處理器4×A73，處理頻率2.1 GHz，運(yùn)行內(nèi)存4GB，開發(fā)工具采用Android Studio，開發(fā)語言采用Java，結(jié)合成都市數(shù)字城管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普查更新檢驗(yàn)項(xiàng)目的需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 數(shù)據(jù)瀏覽

數(shù)據(jù)加載：此系統(tǒng)采用離線方式加載、訪問測繪成果數(shù)據(jù)，其中支持包括shp、tif、mp4、jpg 等格式的數(shù)據(jù)，工作背景底圖主要采用衛(wèi)星影像和道路數(shù)據(jù)，將這2 種數(shù)據(jù)疊加，在ArcMap 中進(jìn)行切片處理，制作成tpk 的文件，以便在實(shí)地查找位置。

MapView mMapView = findViewById（R. id.map）；

ShapefileFeatureTable shapeTable=new ShapefileFeatureTable（path2）；

FeatureLayer Layer_sanbao = new FeatureLayer（shapeTable）；

mMapView.getMap（）.getOperationalLayers（）.add（Layer_sanbao）；

屬性標(biāo)注：采用單一屬性和多種屬性標(biāo)注的方法，多種屬性標(biāo)注樣式采用分子式，要素屬性標(biāo)注位于要素正上方，檢查記錄的標(biāo)注位于要素正下方，使用不同的顏色區(qū)別，如圖2 所示。

圖2 編輯視圖

LabelDefinition labelsanbao=LabelDefinition.fromJson（otherLabelsJsonsanbao）；

Layer_sanbao.getLabelDefinitions（）.add（labelsanbao）；

hapefileLayer_sanbao.setLabelsEnabled（true）；

圖層管理：采用批量和單選2 種方式控制視圖中各個圖層的開關(guān)顯示，支持控制矢量圖層、柵格圖層等。

數(shù)據(jù)視圖：在視圖中可以用手直接觸摸屏幕，滿足移動、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等需求，并實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前視圖比例尺和正北方向，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種要素的符號化顯示。

LocationDisplay locationDisplay=mMapView.getLocationDisplay（）；

Envelope envel=Layer_sanbao.getFullExtent（）；

mMapView.setViewpointAsync（new Viewpoint（penvel））；

CheckBox checkboxsb=contentView.findViewById（R.id.cb_sanbao）；

checkboxsb.setChecked（true）；

2.2.2 數(shù)據(jù)編輯

實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面3 種要素的繪制、刪除、選擇、保存等操作，此系統(tǒng)直接編輯Shapefile 矢量數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的工作，并可采集當(dāng)前要素實(shí)地照片，作為檢查記錄的輔助資料。

SketchEditor mainSketchEditor mainSketchEditor=new SketchEditor（）；

ListenableFuture＜FeatureQueryResult＞selectR=

Layer_sanbao.getSelectedFeaturesAsync（）；

FeatureQueryResult result=selectR.get（）；

Iterator＜Feature＞iterator=result.iterator（）；

while（iterator.hasNext（））｛

Feature feature=iterator.next（）；

feature.getAttributes（）.put（＂ErrorType＂，et_cuowuleix.getText（）.toString（））；

feature.getAttributes（）.put（＂ErrorDescribe＂，et_miaoshuleix.getText（）.toString（））；

final ListenableFuture＜Void＞addFeatureFuture=

Layer_sanbao.getFeatureTable（）.updateFeatureAsync（feature）；

mainSketchEditor.stop（）；｝

2.2.3 空間定位

定位方式：此系統(tǒng)采用離線定位和網(wǎng)絡(luò)定位2種方式獲取當(dāng)前實(shí)時(shí)位置。離線定位是根據(jù)平板電腦GPS 模塊獲取衛(wèi)星信號而計(jì)算獲取位置的方式，網(wǎng)絡(luò)定位是平板電腦在連接互聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下，根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)信號計(jì)算獲取位置的方式。

locationDisplay.setAutoPanMode（LocationDisplay.AutoPanMode.RECENTER）；

ActivityCompat.requestPermissions（MainActi.this，reqPermissions，requestCode）；

mMapView.setViewpointCenterAsync（locationDisplay.getMapLocation（），200）；

測量工具：此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)測量距離、測量面2種測量功能，測量結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在界面上，根據(jù)距離可以判斷視圖上的要素的相對位置。

Geometry geometry=mainSketchEditor.getGeometry（）；

Polyline ply=（Polyline）GeometryEngine.project（geometry，SpatialReference.

create（3857））；

String tv=＂Lengh：＂+Math.round（GeometryEngine.length（ply））+＂m＂；

Polygon polygon=（Polygon）GeometryEngine.project（polygonGeometry，

SpatialReference.create（3857））；

LinearUnit linearUnit=（LinearUnit）

SpatialReference.create（3857）.getUnit（）；

AreaUnit unit=newAreaUnit（linearUnit）；

String tv=＂Area：＂+Math.round（Math.abs（GeometryEngine.area（polygon）））+＂m2＂；

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用

本次系統(tǒng)已經(jīng)在成都市數(shù)字城管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)普查更新檢驗(yàn)項(xiàng)目中應(yīng)用，該項(xiàng)目的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)包括gdb 矢量數(shù)據(jù)、jpg 照片等，其中g(shù)db 矢量數(shù)據(jù)中涉及城管部件點(diǎn)、城管部件線、單元網(wǎng)格、門前三包、興趣點(diǎn)、社區(qū)界線等若干圖層，要素類型涉及點(diǎn)、線、面3 種。本次為了輔助檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)判斷實(shí)地位置，同時(shí)收集了數(shù)字正射影像、道路數(shù)據(jù)。檢驗(yàn)人員使用測繪產(chǎn)品外業(yè)巡檢系統(tǒng)時(shí)，可離線訪問工作目錄中存儲的tpk 和已經(jīng)處理后的Shapefile 樣本數(shù)據(jù)，并在平板電腦中繪制檢查點(diǎn)、檢查線、檢查面等圖形，同時(shí)記錄相關(guān)檢查屬性，包括要素錯誤類型、錯誤描述等信息，并存儲在工作目錄中，有效提高測繪產(chǎn)品的外業(yè)檢驗(yàn)效率。

2.3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

tpk 是ArcGIS10.1 推出的一種新的數(shù)據(jù)文件類型，主要是用于將切片文件打包形成離線地圖包，可以用于在移動設(shè)備中使用離線切片。切片是由多個256× 256 像素的圖片組成，tpk 具體來說屬于zip 格式壓縮文件的一種，它是切片圖片按一定規(guī)則組織后對其進(jìn)行壓縮并修改文件擴(kuò)展名制作而成，本次tpk 數(shù)據(jù)的制作平臺采用ArcGIS10.2.2 軟件。該數(shù)據(jù)具備體積小、加載速度快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于移動端設(shè)備硬件配置性能限制，本次把影像數(shù)據(jù)切片打包到本地，即從移動端本地加載地圖，檢驗(yàn)人員可以在外業(yè)質(zhì)檢系統(tǒng)中很流暢地對tpk 數(shù)據(jù)進(jìn)行加載、瀏覽、放大、縮小等操作。

通過數(shù)據(jù)裁剪、制作tpk 等功能，可以將總的gdb 數(shù)據(jù)庫、數(shù)字正射影像，根據(jù)分幅結(jié)合圖或者行政界線進(jìn)行裁剪，形成每個樣本數(shù)據(jù)組織目錄，樣本目錄包含裁剪后的shp 文件夾和調(diào)繪底圖數(shù)據(jù)（tpk）。本次制作tpk 數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源是數(shù)字正射影像和道路矢量數(shù)據(jù)，將道路名稱進(jìn)行標(biāo)注，檢驗(yàn)人員可以根據(jù)底圖上的道路名稱迅速判斷當(dāng)前所在位置，其中tpk 命名格式為樣本名稱+“.tpk”，其中shp 文件夾內(nèi)包含城管部件點(diǎn)、城管部件線、興趣點(diǎn)、界線4 個圖層。

2.3.2 加載編輯

使用軟件的加載數(shù)據(jù)功能，數(shù)據(jù)加載成功后，軟件頂部會顯示樣本名稱，地圖視圖中包含1 個影像圖層、4 個矢量（城管部件點(diǎn)、城管部件線、興趣點(diǎn)、界線）圖層，其中屬性默認(rèn)標(biāo)注為名稱+材質(zhì)+狀態(tài)，標(biāo)注位置在點(diǎn)正上方，顏色為紅色。

不同的部件對應(yīng)不同的符號，其中社區(qū)界線為紅色、工地面為藍(lán)色。視圖右上角有指北針，軟件右上方顯示當(dāng)前比例尺，“標(biāo)注屬性”功能為實(shí)現(xiàn)不同字段的屬性標(biāo)注，分別有3 種標(biāo)注樣式。

“采集照片”功能實(shí)現(xiàn)采集要素相對應(yīng)的實(shí)景照片，需選中一個要素，點(diǎn)擊該按鈕，則彈出拍照界面，可以調(diào)用平板電腦的拍攝功能，采集的照片名稱和選中的要素是多對一的關(guān)系。拍照結(jié)束，照片保存在樣本數(shù)據(jù)中的photo 文件夾內(nèi)，若目錄內(nèi)無photo 文件夾則會自動新建，照片名稱為標(biāo)識碼+拍照時(shí)間。

“興趣點(diǎn)照片”功能實(shí)現(xiàn)在選中興趣點(diǎn)之后，點(diǎn)擊該按鈕則打開該興趣點(diǎn)對應(yīng)的實(shí)景照片。

“開關(guān)天地圖”功能是在連接無線網(wǎng)的狀態(tài)下，加載數(shù)據(jù)時(shí)底圖數(shù)據(jù)可以調(diào)用天地圖在線服務(wù)，若關(guān)閉天地圖，則調(diào)用的底圖數(shù)據(jù)為離線tpk 文件。

“全圖顯示”功能實(shí)現(xiàn)視圖范圍縮放至全圖，全圖范圍以城管部件點(diǎn)的外接矩形為準(zhǔn)。

“圖層管理”功能實(shí)現(xiàn)控制城管部件點(diǎn)、城管部件線、興趣點(diǎn)、門前三包4 個矢量圖層顯示和關(guān)閉，包括全選、全不選、單選3 種方式。

“測量”功能實(shí)現(xiàn)測量長度和測量面積2 種方式，測量結(jié)果在軟件的右上方比例尺位置顯示量測結(jié)果，長度單位是m，面積單位是m2。

界面右側(cè)為編輯屬性欄，可以分別對部件點(diǎn)、部件線、興趣點(diǎn)、門前三包圖層單獨(dú)編輯，例如點(diǎn)擊部件點(diǎn)，則鎖定其他圖層，部件點(diǎn)則處于可編輯狀態(tài)，編輯的方式包括繪制、選中、保存、刪除4 種。

右側(cè)要素屬性顯示框中的“標(biāo)識碼”為設(shè)置不可編輯，其中“錯誤類型”和“錯誤描述”兩欄屬性支持可選列表和自由錄入2 種方式，以保證檢驗(yàn)描述的規(guī)范性，其中“錯誤描述”可選列表與選擇的“錯誤類型”對應(yīng)，例如選擇的“錯誤類型”為“部件材質(zhì)錯誤”，則“錯誤描述”的可選列表為部件材質(zhì)的選項(xiàng)，若錯誤描述被選擇并進(jìn)行要素保存后，則該選項(xiàng)自動排序第一位，以便于檢驗(yàn)人員下一次選擇。

為避免檢驗(yàn)人員對外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤刪，刪除功能僅限對錯誤記錄進(jìn)行操作，以提高數(shù)據(jù)的安全性。

若在視圖中進(jìn)行新增繪制要素，軟件會根據(jù)uuid 的規(guī)則自動生成一個32 位唯一文本字符串作為更改要素的標(biāo)識碼。在視圖中點(diǎn)擊相應(yīng)位置，選擇“錯誤類型”“錯誤描述”，選擇保存，即可將新增要素保存在對應(yīng)的shp 圖層中，并顯示到視圖中。

選擇按鈕，實(shí)現(xiàn)在圖上進(jìn)行點(diǎn)選，以點(diǎn)擊位置為中心，周圍5 個像素以內(nèi)的要素自動被選中，若要素位置很近或者重疊，會有多個要素被選中，則會彈出被選中要素列表提示選擇其中一個進(jìn)行編輯，選中該要素后進(jìn)行高亮顯示，并將該要素屬性顯示到右側(cè)屬性框中，繼而進(jìn)行檢查信息編輯，錯誤標(biāo)識結(jié)束，點(diǎn)擊保存，可將“錯誤類型”“錯誤描述”等檢查記錄保存在該要素屬性中。

視圖左方有圓形按鈕為定位功能，支持網(wǎng)絡(luò)定位和衛(wèi)星定位2 種方式，使用之前首先將平板的“位置信息”打開，在定位信息穩(wěn)定之后，點(diǎn)擊定位按鈕則視圖會自動縮放到當(dāng)前位置。

2.3.3 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件主要包括外業(yè)質(zhì)檢前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作，包括數(shù)據(jù)裁剪、制作tpk 等，前面已經(jīng)有介紹。內(nèi)業(yè)處理還包括對外業(yè)檢查記錄的處理工作，即檢查意見記錄表的輸出和整理。

本次檢驗(yàn)項(xiàng)目的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是參照GB/T 24356《測繪成果質(zhì)量檢查與驗(yàn)收》，軟件根據(jù)外業(yè)矢量檢查記錄進(jìn)行自動化輸出符合CMA 體系的檢查意見記錄表，同時(shí)在表中會對每項(xiàng)檢查記錄進(jìn)行扣分計(jì)算，如表1 所示。錯漏分類包括A 類、B 類、C 類、D類4 種，每類對應(yīng)分?jǐn)?shù)分別是42 分、12 分、4 分、1分。軟件自動計(jì)算可有效避免人工計(jì)算的誤差，提高資料整理的準(zhǔn)確性和效率。

表1 檢查意見記錄表

3 結(jié)語

鑒于本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用，在測繪產(chǎn)品的外業(yè)檢驗(yàn)中采用ArcGIS 移動端開發(fā)技術(shù)可以明顯提高工作效率，同時(shí)ArcGIS Runtime SDK for Android 100.4 版本能夠?qū)崿F(xiàn)對本地Shapefile 文件的編輯。相比之前的開發(fā)工具，Android Studio、UI編輯器，具備速度更快、UI 更漂亮、更加智能等多種優(yōu)點(diǎn)，因此ArcGIS for Android 開發(fā)工作更為便捷。隨著平板電腦硬件配置不斷提高，本次采用的華為M5 處理器已經(jīng)達(dá)到八核，移動端設(shè)備的硬件性能已經(jīng)不再是限制移動端軟件開發(fā)的瓶頸，因此在測繪產(chǎn)品外業(yè)巡檢中采用ArcGIS 移動技術(shù)的方式是未來發(fā)展的主要趨勢。