基于ＧＰＳ／ＧＩＳ／ＰＤＡ的土地變更調查系統

謝　偉

摘要:根據土地變更調查的需要,將GIS控件嵌入到移動設備,結合GPS定位功能實現了集數據采集、信息錄入、查詢等多功能的野外土地變更調查系統。實例證明該系統能夠滿足1:500比例尺城鎮土地變更調查的精度要求,利用GPS/GIS/PDA進行土地利用現狀調查的技術方法可行。

關鍵詞:GPS/GIS/PDA;土地變更調查;數據采集

前言

隨著微電子技術、通信技術發展,以及掌上電腦(PDA)的移動式計算系統的日益普及,土地利用現狀調查以不僅僅局限于測繪學科,與測量學、計算機制圖、3S技術、網絡技術有緊密聯系,土地利用現狀調查理論和技術取得了突破性進展,集成了3S技術的移動數據采集系統已成為一種新的調查技術。本文根據全國第二次國土利用現狀調查的需要開發出集GPS/TS/PDA為一體的土地變更調查系統,實現土地資源信息的社會化服務,滿足經濟社會發展與國土資源管理的需要。

1 基于嵌入式GIS的開發技術

嵌入式系統的開發工具的選取在很大程度上取決于移動智能終端所使用的嵌入式操作系統,目前PDA采用的主要有Palm OS和Windows CE兩大操作系統。基于Palm OS操作系統開發不是很方便且較困難,而Windows CE適用于多種CPU和多種硬件平臺,且與PC機Windows兼容性較好,并且考慮到從PC機上Windows系統的開發很容易過渡到Windows CE,因此選取Windows CE作為該系統軟件開發平臺。

地理信息系統是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機信息系統。嵌入式地理信息系統(Embedded GIS)是集成GIS功能的嵌入式系統產品,是系統設計與開發層次上的應用,是一個軟硬件混合的系統,它是導航、定位、地圖查詢和空間數據管理的一種理想解決方案。嵌入式GIS通過集成先進的個人化計算機技術PDA、移動通信技術(GSM/CDMA)和衛星導航定位GPS技術,以拓展GIS系統的應用領域,提高GIS信息采集和數據處理的方便性和實時性。本文以Mapinfor公司推出的MapX3.0為數據承載平臺建立土地變更調查系統,方便用戶快捷、可靠的進行數據采集及信息查詢。

2系統設計

軟件開發主要是針對土地二次調查的業務要求,完成對可疑變化圖斑的地類變更、權屬變更、行政轄區變化境界的調查核實,變更線狀地物和零星地物的量測,以及遙感未發現的遺漏圖斑的補測。采集系統包括PDA電子手簿和采集軟件兩部分,用戶可根據實際需要制定基于常規測繪(全站儀)、GPS等多種采集方式,主要完成土地外業數據采集、數據編輯、數據更新等功能。

2.1 系統總體框架設計。系統主要由GPS接收機和PDA電子手簿等部分組成。GPS接收機模塊用于實現獲取地理位置坐標的功能。PDA電子手簿用于實現數據的存儲、通訊、顯示等功能,便于核查地理位置的邏輯性錯誤,應用在室外有其優勢。

2.2 系統的功能設計。合理的功能模塊劃分有助于系統的擴展、更新、后期維護等。為實現系統的總體目標,將系統主要劃分為:文件管理模塊、數據采集模塊、圖層數據管理模塊、查詢統計模塊、GPS功能模塊、數據庫管理模塊,通信模塊。系統模塊結構如圖1 所示。

3 模塊設計

3.1 文件管理模塊。其主要功能為實現本系統中數據文件的管理操作,如導入、導出及存貯等。數據主要以數據庫的形式存儲,即ESRI定義shp格式文件,由一個后綴名為shp的主文件、一個后綴名為shx的索引文件、一個后綴名為dbf的dBASE表組成,并且這三個文件具有相同的文件名。shp主文件描述了其對象類型及每個空間對象記錄值,其記錄的長度為變化值; shx索引文件記錄了每個空間對象在主文件中的起始與偏移地址;dbf表文件記錄了每個空間對象的屬性特征。同時,系統為CASS7.0提供了數據接口,可直接導出DAT格式的數據文件用于CASS成圖。另外,系統在工作時為了方便勾繪土地變更信息,系統專門設計了測區底圖功能,測區底圖數據為DWG格式的CAD圖形,方便實用,簡單明了。

3.2 圖層數據管理模塊。為提高空間數據在移動設備上的分析處理的速度與效率,對空間數據圖層進行分級、分塊管理。采用不同比例尺的空間圖層進行分級管理,采用網格方法進行分塊管理,其中格網的大小取決于移動設備的屏幕尺寸或者圖幅分幅的大小,視空間數據的具體情況而定。另外,還包括地圖縮放、漫游、全圖顯示、多邊形選取等圖層操作功能。

3.3 數據庫管理模塊。主要實現土地變更屬性信息的錄入、保存、更新、查詢統計等功能,保存數據庫中。土地權屬等屬性信息的錄入主要由工作人員通過PDA現場入庫更新使用信息,空間幾何數據的采集由控制手簿PDA通過藍牙模塊控制GPS接收機自動測量并保存數據。屬性數據的查詢,如土地使用者的信息查詢;空間數據查詢,屬性數據與空間數據交叉查詢,如土地使用者的宗地圖,點、線、多邊形方式查詢空間數據的屬性信息等。

3.4 數據采集模塊。數據采集形式以GPS與全站儀兩種方式,根據點位環境選擇適宜數據采集方式。當以GPS方式采集時,首先將GPS與PDA聯接,導入當前地點的土地利用現狀圖后,利用定位功能,可快速定位到當前的工作地點。GPS接收機以RTK模式接入VRS參考站,實現動態高精度定位;獲得厘米級WGS-84界址點坐標后,對WGS-84坐標做相應的轉換得到地圖坐標,完成繪圖及地理位置動態顯示。

3.5 通信模塊。主要實現PDA對GPS與全站儀的控制,以及PDA與數據處理中心的數據交換。

3.6 圖形旋轉模塊。數據采集時以自由設站方式進行,土地界址點坐標、拐點坐標均以自由坐標方式錄入,在保證相對位置正確的情況下,通過RTK坐標聯測將圖形整體旋轉即可。這種模式避免了常規技術中首級控制測量后再進行圖根點加密的工作。其工作流程圖見圖3。

4 實例分析

以深圳市某小區土地變更調查為例,按照《第二次全國土地調查技術規程》,開展1:500比例尺城鎮土地變更調查。通過PDA數據采集系統現場勾繪,野外數據采集回來后,把PDA系統中的數據上傳至電腦,進行后續的內業編輯整理、入庫,完成土地利用現狀調查,更新數據庫,生成新的土地利用現狀。為了驗證該系統的正確性,在運用該系統進行數據采集的同時,以常規方式重復進行一次,其結果如下:

4.1 界址點和地物點檢核

在界址點和地物點檢核方面,我們選取以圍墻拐點為主的界址點和明顯地物點(如門墩拐點、房角點等)36個與傳統方式所測結果進行比較,其結果見表1。

由表1可以看出:點位坐標差大多在5cm以內,個別在10cm左右,經分析,較大的差值的主要由于站位及棱鏡自身結構產生的偏心誤差及測點周圍有樹木遮擋衛星信號導致GPS測量精度降低所致。但總體上,界址點精度一致,能夠滿足1:500比例尺土地變更調查的應用。

2.相對地物檢核

為了檢核宗地內部不相關地物間的符合關系,我們用鋼卷尺量測13個地物間的實地距離,并與所測地籍圖中相應距離作了比較,差值最小為2cm,最大為14cm,基本符合1:500地籍圖測繪精度要求。統計信息見表2。

5結束語

把地理信息系統與GPS嵌入到PDA等移動計算設備中,是解決人們對空間信息依賴的有效途徑,特別是在移動過程中以及在野外需要記錄這些空間信息的時候。通過以上研究與實例驗證,該系統能夠滿足城鎮土地變更調查的精度要求;利用GPS/PDA數據采集系統進行土地利用現狀調查的技術路線合理、技術方法可行。

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