基于移動GIS技術的地名地址普查系統設計與實現

張 彥,徐占華,向 煜

(1.重慶數字城市科技有限公司,重慶 400020; 2.重慶市地理信息云服務企業工程技術研究中心,重慶 400020)

基于移動GIS技術的地名地址普查系統設計與實現

張 彥1,2?,徐占華1,2,向 煜1,2

(1.重慶數字城市科技有限公司,重慶 400020; 2.重慶市地理信息云服務企業工程技術研究中心,重慶 400020)

介紹了基于移動GIS技術的地名地址普查系統的構建,包括移動GIS地名地址普查系統的框架設計、數據體系、網絡運行模式和系統功能等。系統構建的地名地址數據采集管理模式,實現了智慧城市地理信息公共服務共享平臺中地名地址數據層建設,對促進城市信息化的建設和經濟的可持續發展有重要意義。

移動GIS;地名地址普查;一體化

1 引 言

地名地址是人們賦予某一特定空間位置上自然或人文地理實體的專有名稱,是人們工作、生活、交往不可缺少的工具。為了推動智慧城市快速發展,各地紛紛開展了地理信息公共服務平臺的建設,其中地名地址數據作為平臺建設中的基礎,更是受到了廣泛重視。目前,地名地址調查大多采用紙質底圖進行,存在采集效率低、定位錯誤率高、項目保密性差、資源浪費大、調查成果更新不及時等問題,基于移動GIS技術的地名地址普查系統解決了其中存在的各種問題,調查數據實時性強,采集效率高,能夠實時地對信息進行查詢并及時反饋,并且在外出采集數據的時候,無需攜帶大的存儲設備,受天氣影響較小,保證了采集數據的實時性和準確性,提高了采集效率[1]。基于移動GIS技術的地名地址普查作為一項新的地名地址普查方式,具有廣泛的應用前景。

2 系統框架設計

系統采用分層式結構,基于面向服務(SOA)技術,由應用層、平臺層、數據層3層組成[2],如圖1所示。多層體系結構將數據與程序、數據控制與應用邏輯分層獨立管理,能更嚴格地控制信息訪問。數據傳遞中采用數據加密技術,可進一步減低數據失密的風險。

圖1 平臺框架圖

(1)數據層

數據層由基礎地形數據、院落門址數據和輔助數據構成,部署在服務器端的數據服務器上。

(2)平臺層

在服務器端選用ArcGIS平臺,采用.Net框架和SOA架構。移動端使用ArcGIS for Android作為基礎GIS平臺,為上層應用搭建基礎地理信息平臺,通過抽象、封裝通用服務模塊,為各種應用功能的開發創造便利條件。

(3)應用層

應用層是具體功能的實現,包括基本地圖操作、移動GIS采集、采集管理一體化、數據質檢、數據發布幾個子模塊,各個子模塊可單獨封裝,可實現重構。

3 數據體系設計

3.1 概念模型設計

本系統從地名地址普查的具體業務需求出發,歸納出地名地址管理所需的基礎地形數據、院落門址數據、輔助數據三大核心數據,最后形成數據庫的概念模型[3,4],如圖2所示:

圖2 數據庫體系設計

(1)基礎地形數據

基礎地形數據為基礎底圖,包括多種比例尺地形圖,航空、航天影像,多種比例尺的電子地圖柵格瓦片等。

(2)院落門址數據

院落門址數據為實地采集的院落和門址數據,其中還包括多媒體數據。院落包括院落點和院落面兩種組織方式,門址點為對應門牌號碼。

(3)輔助數據

輔助數據為系統功能運行的數據支撐,包括拓撲路網、POI、歷史數據等。其中拓撲路網用于作業員進行網絡分析;POI興趣點,方便作業員識別地理位置,作業員在采集過程中可做適當補充;單元格網為作業的工作區,通常以行政區劃和小區邊界作為界限;支持數據為用戶數據、消息歷史記錄,數據版本記錄等。

3.2 物理模型設計

在數據庫存儲方面,服務器端選用了Oracle的數據庫產品,使用ArcSDE作為空間數據庫引擎,使用ArcGIS Server提供空間查詢展現服務,數據庫結構如表1所示。在移動端因數據量小,數據采用SQLite方式進行存儲。為了方便對門址點進行管理,在數據庫屬性設計中,還特別設計實現了雙重地址編碼結構,便于數據查詢[5～9]。

表1 數據分層結構

續表1

4 運行模式設計

系統的網絡運行模式分為移動端、通信網絡層、數據層、服務器端4個部分。其中移動端為一線作業人員的移動采集設備,可為智能手機、平板電腦等智能移動設備,本系統采用平板電腦作為移動端硬件。通信網絡層使用自由的2G/3G/wifi無線技術,聯系移動端和服務器端,實現實時通信。在服務器端,部署了多個不同應用的服務器,不同的應用由不同的服務器響應,數據管理、數據發布服務由Web應用服務器提供,GIS數據的空間查詢分析由GIS服務器提供。數據層中輔助數據存儲在數據庫服務器上,空間數據存儲在GIS數據庫服務器上。這種部署模式在數據傳輸過程中進行了數據加密,保證了信息的完整性、機密性,提升了系統性能。如圖3所示:

圖3 網絡運行模式圖

5 系統主要功能

系統利用嵌入式技術,融合了通用的WebService標準數據協議,在線地圖訪問技術,自由的2G/3G/wifi無線數據互聯技術,實現了多種媒體信息自由共享及業務數據實時遠程訪問,形成一套產品化的移動數據采集解決方案—移動GIS地名地址普查系統。

在功能上,系統通過加載在線(RESTSOAP)或離線地圖服務的形式快速訪問多種格式和來源的地圖數據;用戶操作上支持多點觸摸技術;能使用數據捕獲設備(GPS、攝像頭等)采集新的GIS數據;修改、編輯現有的GIS數據;能進行離線、在線、混合模式的數據同步;通過簡單的無規則單一編碼方式,全部由計算機自動關聯多媒體數據,不需要復雜的人工操作,便可把實時采集的多媒體數據直接上傳數據庫;借助云GIS技術,形成多樣化的云端應用模式,滿足大量用戶的GIS應用需求。

移動GIS地名地址普查系統包括移動端和服務器端兩種,兩者部署的主要功能如下:

表2 部署功能

5.1 基本地圖操作

實現了二維地圖的全圖顯示、地圖瀏覽、圖層控制、地圖縮放、距離量測、面積量測、疊加切換、鷹眼等功能,為采集人員提供了簡單、快速的地圖瀏覽查詢工具。其中的底圖加載功能可以加載各種分辨率的航空航天影像、柵格瓦片數據、柵格矢量疊加的底圖等。同時支持在線或離線的方式進行底圖數據的瀏覽和加載,系統界面如圖4所示。

圖4 系統界面圖

5.2 移動GIS采集子模塊(只部署在移動端)

采集子模塊作為系統的主要功能,實現了外業數據即時采集,包括矢量數據編輯、數據查詢、定位點采集、軌跡線采集幾個主要功能,能滿足外業采集地名地址點的需要,如圖5所示。

圖5 數據采集圖

5.3 多媒體數據采集(只部署在移動端)

該功能依托于采集終端的硬件配置,提供了拍照和攝像工具,在拍照后系統可以自動進行編碼并與當前門址點進行關聯,通過較少的人工干預,便可以實現多媒體數據采集,并在查詢的時候可聯動顯示,如圖6所示。

圖6 多媒體數據采集

5.4 采集管理一體化子模塊

系統利用網絡技術進行實時溝通,實現了野外采集管理一體化。管理者能及時分派作業員任務,可監控作業員的位置以及工作軌跡路線。作業員可規劃作業時間、順序及路線,向管理者上報工作情況。模塊還支持高效率的啟發式搜索算法,在嵌入式設備的資源有限條件下,通過索引搜索路徑,便于輕松簡單地找到需要采集的路線。主要功能包括系統權限管理、采集工程管理、作業任務發放、作業員監控、作業員工作量上報、作業員問題反饋、最短路徑分析等。

5.5 數據質檢子模塊

為了保證采集數據質量,設計開發了數據質檢子模塊,包括屬性項檢查和空間拓撲關系檢查兩項功能。其中屬性項檢查,包括檢查屬性項是否為空,單個屬性重復檢查,門牌無錯漏等功能。空間拓撲關系檢查,包括門址點應落于院落內,門址點應落于房屋,道路是否與院落面、房屋面相交,是否存在面重疊,院落面邊界是否穿越房屋等檢查功能。

5.6 數據發布子模塊

包括成果上傳和下載功能,提供在線/離線方式的成果上傳。成果包括采集的門址點、院落、道路矢量數據和多媒體數據,可以把移動端的數據上傳至服務器端。采集員如果有需要可以實時上傳采集路徑或當前點位置,供管理者監控,同時能下載實時工作底圖。

6 應用情況

基于移動GIS技術的地名地址普查系統已成功于成都市主城區的地名地址普查工作。2013年,利用移動GIS地名地址普查系統,順利完成了成都市主城區1.23萬km2的地名地址普查工作,建成了地名地址云數據庫。普查過程中,錯誤率從原來紙質采集的3.8%降低到了1%,采集同樣面積的時間減少近一半,有效節約了建設成本和管理經費。實踐證明,利用本系統進行地名地址普查,滿足了創建地理信息公共服務平臺地名地址數據層的相關技術要求,對促進城市信息化的建設和經濟的可持續發展有重要意義。

7 結 論

本文提出的基于移動GIS技術的地名地址普查系統技術體系設計合理、功能實用。系統將便攜式移動GIS技術、SOA服務架構、云數據庫技術等作為骨架技術,根據實際普查工作中的需求,開發出了移動GIS采集子模塊、多媒體數據采集子模塊、數據質檢子模塊、數據發布子模塊等具有較高應用價值的系統功能,滿足了智慧城市地理信息公共服務共享平臺中地名地址數據建設的要求,在實際應用中取得了豐碩的成果。

由于本次研究的時間有限,系統仍在較多不足,在后續研究中,將在以下幾個方面進行更深入研究:

(1)數據質檢工具中對數據格式要求比較固定,質檢功能比較單一,在后續研究工作中將加以改進。

(2)增強系統可重用性,爭取在更多行業中得到更為廣泛的應用。

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Design and Implementation of Address Survey System Based on Mobile GIS

Zhang Yan1,2,Xu Zhanhua1,2,Xiang Yu1,2
(1.ChongqingCybercitySci-tech Co.,Ltd,Chongqing 400020,China; 2.Chongqing Enterprise Engineering Technology Research Center on Geographic Information Cloud Service,Chongqing 400020,China)

This article introduces theconstruction of the addresssurveysystem based on mobile GIS.It also introduces the framework,data systems,network operation mode and functions of the addresssurveysystem.The address data collection management mode,realized the construction of address data layer for geographic information public service platform.It is of great significance to promote the sustainable development of city construction and economic information.

mobile GIS;address data;integrated

2014—05—30

張彥(1983—),女,工程師,主要從事地理信息系統設計相關工作。

重慶市科委科技人才培養計劃項目(cstc2013kjrc-tdjs40001)