基于安卓操作系統的智能外業調繪系統設計與實踐

段佳 劉仁峰 鐘耀武 張航 劉莉

摘 要：為提高外業調繪工作的效率，本文以地理國情普查為實例，分析外業調繪的工作流程與數據標準、外業調繪與內業解譯的關系，從系統的需求、總體設計、實現過程、系統應用等四個方面開展工作，開發基于安卓操作系統的智能外業調繪系統。經過實踐應用，驗證了系統的性能與運行效果。

關鍵詞：平板電腦；外業調繪；內業解譯；系統開發

0 引言

外業調繪是目前測繪生產中重要的工作之一。隨著當前工業化、城鎮化進程加快，地表自然與人文地理信息更新越來越快，同時信息化技術迅速發展，地理相關數據量陡增。外業調查工作量增加，作業人員待遇提高，原材料成本和差旅開銷的上漲，這些迫切需要提高外業數據攜帶量、提高工作效率、減少物資消耗。同時，完成野外調繪后，如何將調繪成果與內業處理進行快速銜接，也是需要研究的問題。

本文以地理國情外業調查為研究實例，以裝有安卓操作系統的平板電腦為智能終端，通過信息化數據處理方式，研發輕量級外業調繪系統框架；依據地理國情普查標準體系，建立了流程化、智能化的外業調繪系統，實現外業數據的快速處理，縮短了數據采集周期，改變傳統外業調繪的方式，提高系統的作業性能。

1 系統設計與實現

1.1系統設計目標

1.1.1快速的個性化需求響應

不同的外業調繪業務流程，需要個性化的軟件定制開發工作，來提高生產的自動化程度。因此，軟件體系一方面要提供大量通用工具模塊進行組裝，另一方面需要一個清晰的軟件架構便于功能快速擴充。本文分析了外業調繪工作流程之后，采用迭代開發的模式進行系統開發。

1.1.2優秀的用戶體驗

研究提高軟件操作響應速度、減少軟件崩潰出現幾率，避免操作失誤造成數據丟失；提供復雜環境下的思路和方法，優化用戶體驗的軟件操作界面，實現穩定快速和各種傳感器集成；重點強化常用功能的易用性和可靠性，提高外業數據的生產速度和質量。

1.1.3成本控制

研究現有資源的合理優化利用方案，減少軟件平臺采購的費用投入和使用限制，研制滿足未來3～5年生產任務需要的，具有良好性價比和使用潛力的硬件平臺，以及構建具有良好可擴充性和可維護性的軟件架構，實現軟件升級維護成本低，代碼復用性高的優良特性，達到降低開發和使用成本的目的。

1.2系統總體架構

主要包括兩大子系統：外業調繪子系統和數據轉換子系統。各子系統的建設框架自頂向下分為三層：應用層、功能層、數據層。數據層是系統的底層數據庫，是系統的支撐，主要存儲調繪用的影像數據、電子地圖數據、矢量數據等空間數據及屬性數據，主要以數據庫或者文件夾的形式存儲和管理；功能層是實現調繪數據轉換、顯示加載、GPS軌跡管理、要素編輯等調繪相關的功能；應用層主要是通過應用界面與平板電腦實現對空間數據與屬性數據的操作與分析。系統的總體框架如圖1所示。

2 系統功能

2.1數據組織

在進行外業調繪之前，需要將內業解譯的影像地圖文件和輔助信息進行整理，導入到外業調繪平板中。為了便于數據的管理與處理，要求打包的文件按照一定的方式和規則進行歸并和存儲。在外業調繪工作中，其作業單位為“工程”，一個工程包含以該圖幅號命名的db矢量數據庫文件、影像地圖、工程配置（sys.db）、多媒體數據（media文件夾）等文件信息。矢量數據庫用于存儲內業解譯成果，系統采用了安卓原生支持的SQLite3數據庫格式作為數據存儲格式；工程配置文件是SQLite3數據庫格式，存儲該工程的配置信息；影像地圖文件夾存儲了影像地圖和輔助數據。數據組織形式見圖2。

2.2開發環境

外業調繪子系統采用Java+Arcgis Runtime SDK For Android進行二次開發。該體系是Arcgis新一代服務器+端應用形式的實現，是輕量級GIS應用開發工具體系的一員。通過在該輕量級的開發工具基礎上構建系統，進行數據顯示優化處理，合理控制程序規模、提升系統運行性能；在人機交互設計方面，根據移動設備的操作特點，研究智能化輔助工作，提高數據采集質量和效率。數據轉換子系統以ArcEngine+C#為開發平臺，采用單機桌面應用程序形式完成軟件研發。

2.3系統功能

外業調繪子系統：該系統以平板電腦為智能終端，采用服務器加客戶端的運行模式進行開發，采用MVC設計思想，構建了由數據層、控制層和界面層組成的程序體系。主要實現外業調繪數據加載顯示和常用的數據和基本地圖操作。具體如下：

（1）數據顯示優化

為了優化顯示效果、突出重要要素、減少性能壓力、提高顯示流暢度，在地圖顯示內容發生變更時，以要素顯示狀態、地圖顯示范圍和分辨率作為過濾條件進行顯示優化。

（2）數據采集與定位

基于平板電腦實現了野外數據涂鴉、快速標記、節點編輯功能，同時接入板載GPS和藍牙GPS信號，實現手動定位標記功能輔助野外數據的調查與標繪（見圖3、4）。

（3）調查目標自動分析和地理圍欄

調查目標自動分析是指根據內業解譯成果，依據選擇標準（Tag值、國情要素必填項、覆蓋要素面積、數目等因子），結合作業人員采集任務計劃線路，挑選需要采集的目標并標注任務內容，構建任務區段，并將結果保存到數據庫中；地理圍欄是指利用GPS或是射頻識別（RFID）構筑虛擬的地理邊界，當設備進入、離開或是停留于某個特定地理區域時，會自動接收推送、通知和提醒。結合自動分析的任務區段數據，當作業員進入任務區段時，通過語音合成和消息框向作業員推送區段工作重點和注意事項；離開區段時，統計工作任務完成情況，提示未完成的工作。

（4）數據加載和瀏覽

用戶通過工程管理面板選擇工程，在加載工程后，應用統一的分類面板控制作業數據，并且根據作業任務控制不同分類級別數據的加載狀態（見圖5）；實現了矢量數據多種地圖顯示模式、方便不同環境下查看矢量和影像數據，包括數據的漫游、放大、縮小等功能（見圖6）。

內業數據轉換子系統：該子系統主要是以PC機為載體，實現數據轉換的軟件。數據轉換軟件以數據標準為依據，確保外業數據導入導出過程中，不會存在數據丟失問題的出現。實現的具體功能如下：

（1）內業數據導出功能

實現將內業解譯的矢量地表覆蓋和地理國情要素mdb數據文件轉換為平板電腦所需的db文件格式，便于外業調繪工作的開展。

（2）外業數據導入功能

在外業調查技術人員根據內業解譯的數據進行外業調繪之后，調繪數據要再次傳回。此功能輔助外業調繪系統完成數據轉回mdb文件格式，以利于后續的修改和核查。

（3）地圖和資料打包功能

在數據處理和調繪時，需要影像地圖和一些幫助識別處理的輔助信息。本系統考慮實際工作的需要，能夠更好的輔助完成外業調繪工作，實現了地圖和資料打包功能。

3 系統應用

自2014年2月起，基于安卓操作系統的智能外業調繪系統正式開發完成，陸續為五個生產部門部署。為118臺平板安裝該套軟件，共進行了250人次的集中培訓。目前已完成了平江縣、華容縣、岳陽縣、臨湘市等多個縣市的地理國情生產任務和成果檢查。在測試和試運行期間，未出現因軟件質量造成的嚴重問題，系統以良好的用戶體驗和完善的技術支持得到了一致好評。

4 結論

通過基于安卓操作系統的智能外業調繪系統的設計與實現，項目組優化了外業調繪的流程，研究掌握了整個安卓系統開發的技術流程。同時，該研究成果將進一步促進地理信息產業的發展和應用，有利于有關部門對自然和人文地理要素的現狀和空間分布情況進行全面的掌握，滿足社會經濟發展的需求，提高了政府、企業和公眾的服務能力。項目成果在地理國情普查和省直屬國有土地資產清查等典型項目上應用推廣，將進一步提升地理信息產業的生產和服務能力。

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