移動GIS開發及在城市勘測中的應用

張健源，胡振彪，李志剛

(青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

移動GIS開發及在城市勘測中的應用

張健源?，胡振彪，李志剛

(青島市勘察測繪研究院，山東青島 266032)

介紹了移動GIS的主要特點，分析了實現移動GIS的關鍵技術，介紹了基于Trimble GeoXT手持設備移動GIS軟件的開發，其可實現Shp數據、XML數據和自定義二進制數據、遙感影像數據的瀏覽、空間查詢等操作，通過設備端程序實現NTRIP網絡協議與VRS服務器進行交互，實時獲取差分數據修正GPS測繪精度，并實地測量進行了精度檢驗，闡述了該系統在城市勘測中如基礎設施測量、執法巡查、城管部件數據檢查、巖土工程勘察幾個領域的應用。

移動GIS；土地巡查；城管部件檢查

1 引 言

地理信息系統(GIS)是一門綜合性的技術，它的概念和基礎是地理和測繪，技術支撐是計算機技術，應用領域是地理、規劃與管理等許多行業和部門。自從20世紀80年代以來，GIS已被各行業所應用。特別是近20年來，伴隨計算機技術的迅速發展，GIS取得一次一次重大進步，如空間數據的管理、網絡GIS、三維GIS等技術。

在這些應用過程中，數據的實時更新至關重要。傳統的GIS數據采集手段數據輸入效率較低，需重復操作，容易出錯，且不能保證數據的實時性。移動GIS通過綜合運用GPS的精確定位技術、便攜移動設備、無線網絡接入和GIS的空間信息處理能力，使得系統能夠實時地獲取、存儲、更新、處理、分析和顯示地理信息，解決了傳統GIS中存在的不足，提高了數據的實時性和工作效率。

2 移動GIS及其開發

移動GIS是一種應用服務系統，其定義有狹義與廣義之分。狹義的移動GIS是指運行于移動終端(如PDA、便攜機等)并具有傳統GIS功能的地理信息系統，它不需與服務器交互，是一種離線運行模式。廣義的移動GIS是一種集成系統，是GIS、GNSS(全球衛星導航定位系統)、移動通信、互聯網服務、多媒體技術等的集成。移動GIS主要由移動終端設備、無線通信網絡、地理應用服務器及空間數據庫組成。移動終端設備是一種便攜式、低功能，并且可以用來快速、精確定位和地理要素識別的設備。硬件主要包括掌上電腦(PDA)、便攜式計算機、WAP手機、GPS定位儀器等。軟件主要是嵌入式的GIS應用軟件。無線通信網絡是連接用戶終端和應用服務器的紐帶，它將用戶的需求無線傳輸給地理信息應用服務器，再將服務器的分析結果傳輸給用戶終端。地理應用服務器是整個系統的關鍵部分，也是系統的GIS引擎。它位于固定場所，為移動GIS用戶提供大范圍的地理服務以及潛在的空間分析和查詢操作服務。空間數據庫用于組織和存儲與地理位置有關的空間數據及相應的屬性描述信息，移動GIS的數據存儲中心，并且能對數據進行管理，為移動應用提供各種空間位置數據，是地理應用服務器實現地理信息服務的數據來源。

2.1 移動GIS特點

(1)移動性:運行于各種移動終端上，與服務端通過無線通信交互實時獲取空間數據。

(2)服務實時性:在各種導航定位設備的支持下，在移動的過程中，不受限制地把采集到的相關信息及時處理并發布給用戶。

(3)信息載體的多樣性:與傳統GIS相比，移動終端用戶與服務器及其他用戶的交互手段更加豐富，包括定位服務、視頻、語音、圖像、圖形、文本等。

2.2 移動GIS關鍵技術

(1)嵌入式技術

移動GIS的無線終端是一種嵌入式系統，嵌入式系統是以應用為中心的專用計算機系統，其軟硬件可以根據應用需要進行“裁剪”。代表性的嵌入式無線終端設備包括:PDA(個人數字助理)、掌上電腦和手機等。

(2)無線網絡技術

移動通信系統是連接用戶終端和應用服務器的紐帶，其核心技術為無線接入技術，可分為兩類:一是基于蜂窩的接入技術，如GSM、CDMA、GPRS等；二是基于局域網的技術，如藍牙(Blue Tooth)、無線局域網(WIFI)技術。移動通信技術正處在從2G向3G演進過程中，傳輸速度提高，網絡容量增大，覆蓋面拓寬，保密性加強，使得海量的空間信息得以快捷、安全地無線傳輸。

(3)分布式空間數據管理技術

分布式空間數據庫系統是指在物理上分布、邏輯上集中的分布式結構。由于移動用戶的位置是不斷變化的，需要的信息多種多樣，因此任何單一的數據源都無法滿足要求，必須有地理上分布的各種數據源，借助于現有的分布式處理技術，為多用戶并發訪問提供支持。

(4)移動數據庫技術

移動數據庫是指移動環境的分布式數據庫，是分布式數據庫的延伸和發展。移動數據庫要求支持用戶在多種網絡條件下都能夠有效地訪問，完成移動查詢和事務處理。利用數據庫復制/緩存技術或數據廣播技術，移動用戶即使在斷接的情況下也可以訪問所需的數據，從而繼續自己的工作。其中的時態空間數據庫技術是移動GIS的關鍵。移動數據庫技術的研究主要涉及5個方面:移動數據庫復制/緩存技術、移動查詢技術、數據廣播技術、移動事務處理技術、移動數據庫安全技術。

2.3 移動GIS開發簡介

我們基于Windows Mobile操作系統完全自主研發了移動GIS軟件，本軟件可運行于Windows Mobile 5、6、及6.5等版本的掌上電腦或智能手機中，開發環境采用Microsoft Visual Studio 2008、C＃語言實現；其中GIS底層采用自主研發的移動GIS引擎實現，GPS接收及糾正采用Trimble公司的PFTools 2.3.1插件，從而針對Trimble設備實現高精度的定位。

本軟件可實現Shp數據、XML數據和自定義二進制數據、遙感影像數據的瀏覽、空間查詢等操作，其中自定義二進制格式實現了對地理信息數據的加密，有效避免因移動設備丟失造成的數據泄密，保護了數據所有者的權利。通過設備端程序實現NTRIP網絡協議與VRS服務器進行交互，實時獲取差分數據修正GPS測繪精度，用于實際項目應用。軟件具有如下特點:

(1)基于GDI＋底層實現了適應多尺度矢量數據和多分辨率影像數據在Windows Mobile設備的電子地圖平臺(圖1)。

(2)提供了放大、縮小、漫游、自由縮放、查看全圖等基本電子地圖功能，并可對圖層進行管理，如圖層關閉，圖層顏色設置等(圖2)。

(3)通過VRS等技術，獲取我院搭建的COSS站RTK服務獲得差分數據從而實現高精度的GPS定位，滿足多種應用需求；可實現點、線、面三種類型的地物要素采集及外業數據檢查，提供選擇添加、修改、刪除三種數據采集模式(圖3)。

圖1 PDA平臺

圖2 視圖瀏覽

圖3 數據采集

2.4 精度分析與評價

為測試手持GPS定位精度能否滿足實際需求，我們使用硬件平臺采用Trimble GeoXT的手持設備，連接青島市連續運行基準站系統，實測若干點位，如圖4所示，解算精度如表1、表2，在亞米級定位精度要求下，本設備和軟件可以滿足該精度要求的數據采集和數據檢查需求。

圖4 點位示意

坐標值對比 表1

坐標精度 表2

3 移動GIS在城市勘測中的應用

在上述GIS核心功能的基礎上，我們在移動GIS方面展開了多項應用，其中部分典型應用如下:

3.1 基礎設施現狀的測量

包括道路、建筑物、城管部件、電力線路、石油管道等，通過移動GIS終端對空間數據和屬性數據進行采集，建立地理信息數據庫和管理信息系統數據庫，并不斷對其更新和管理。

我們在青島高新區3天之內利用基于VRS移動GIS平臺，完成以下任務:

(1)測繪了整個高新區約 60 km2范圍內的道路，包括主要道路、次要道路以及鹽田區范圍內的道路，共計134條；

(2)整個高新區(60 km2)的現狀廠房測繪，及每個公司的信息調查；

(3)整個高新區回填情況調查內業數據處理；

另外我們還完成了旅游數據采集(嶗山驢友圖等、木棧道采集、索道、海上游船路線等)、嶗山景區地質災害調查、政務專題數據快速采集等工程，充分體現了其快速、簡便的優點。

3.2 土地、林業、海洋等執法巡查

我們根據移動設備中加載的各種電子檔案資料及現場測量資料，利用平臺提供PDF電子檔案瀏覽功能輕松可獲得數據差異，快速判斷各種違法情況。并使用GPS測量設備放樣核準邊界界址點，埋樁定界。

3.3 城管部件數據檢查

通過移動GIS桌面管理軟件，將城市部件位置、屬性及照片數據導入到移動終端中實現外業數據檢查，提高了城市部件數據質檢的工作效率。

3.4 巖土工程勘察應用

針對勘察行業特點和掌上電腦能夠實現的功能，我們利用移動GIS平臺開發的巖土工程勘察掌上電腦外業輔助系統(圖5)，能夠GPS輔助放點(圖6)及巖樣照片、語音描述與深度自動關聯等，在一定程度上實現了巖土勘察工程的內外業一體化，大大提高了工作效率。

圖5 勘察軟件主頁面

圖6 鉆孔布置圖

4 結 語

本文介紹了基于 Trimble GeoXT手持設備移動GIS軟件的開發，闡述了該系統在城市勘測中幾個領域的應用，體現出了快速、便捷等諸多優點。當然，該技術在軟件實用功能及在精確GPS的應用開發上還需要進一步的優化完善，形成一套精確、實用的GIS勘測應用系統。

參考文獻

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Mobile GIS Development and Application in the City Surveying

Zhang Jianyuan，Hu Zhenbiao，Li Zhigang
(QingDao Geotechnical Investigation And Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China)

This article describes the main features of mobile GIS，mobile GIS analysis of the key technologies to achieve introduced based on Trimble GeoXT handheld mobile GIS software development，which enables Shp data，XML data and custom binary data，remote sensing image data browsing，spatial queries and other operations，the device－side program to achieve NTRIP server network protocol to interact with the VRS，real time differential GPS correction data mapping accuracy，and precision of field measurements carried out tests described in the system in cities such as infrastructure survey measurement，enforcement inspections，the inspectors checked the data components，geotechnical engineering investigation of several fields.

mobile GIS；land inspections；urban parts inspection

2011—07—12

張健源(1980—)，男，工程師，主要從事城市測量工作。

1672－8262(2012)01－16－04

P208.2

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