移動GIS版地理國情外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

陳曉寧，劉金榜

（1.陜西省第二測繪工程院，陜西 西安 710054；2.重慶市勘測院，重慶 401121）

移動GIS版地理國情外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

陳曉寧1，劉金榜2

（1.陜西省第二測繪工程院，陜西 西安 710054；2.重慶市勘測院，重慶 401121）

針對地理國情普查或監(jiān)測外業(yè)的工作內(nèi)容和要求，設計并開發(fā)了一套移動GIS版外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)產(chǎn)品，并對其關鍵技術，如地圖瓦片和緩存、嵌入式矢量數(shù)據(jù)管理和內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)格式轉換等技術方法進行了研究和開發(fā)。應用證明，本產(chǎn)品與同類產(chǎn)品相比，具有一定的優(yōu)勢。

地理國情普查；移動GIS；嵌入式數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)格式轉換

地理國情普查或監(jiān)測業(yè)務已經(jīng)成為我國測繪地理信息行業(yè)一項常態(tài)化業(yè)務。這項業(yè)務中的一個重要環(huán)節(jié)是根據(jù)地理國情普查或監(jiān)測任務技術要求，利用遙感影像和收集到的已有矢量或影像數(shù)據(jù)在野外環(huán)境進行調(diào)繪并對比核查數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。通常的作業(yè)方法是采用紙質的地圖或正射影像圖作為地圖。存在的問題是明顯的，如攜帶不方便，GPS坐標難以與地圖坐標匹配，修改編輯不方便，內(nèi)業(yè)需要重新轉繪，輔助資料難以疊加使用[1-2]。一種新的作業(yè)手段是使用移動GIS版電子調(diào)繪系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)的設計目的多數(shù)是為遙感測繪或土地調(diào)查等類似業(yè)務服務的，在應用中存在許多不便之處。針對地理國情普查和監(jiān)測業(yè)務與常規(guī)的地圖測繪和國土調(diào)查業(yè)務的區(qū)別，設計開發(fā)一種專用的地理國情普查和監(jiān)測外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)產(chǎn)品十分必要。

1 技術分析

在生產(chǎn)實踐中，地理國情普查和監(jiān)測的通常作業(yè)流程是首先對地表覆蓋分類和地理國情要素內(nèi)業(yè)無法確定的類型、邊界和屬性進行外業(yè)調(diào)查，其次是對內(nèi)業(yè)處理的成果進行正確性核查，然后對調(diào)查和核查過程有關信息，如類型、屬性、解譯樣本和核查軌跡等進行記錄。最后將外業(yè)成果導入內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行整合和更新編輯。其數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術流程可以概括為7個階段，如圖1所示。

首先進行地理國情普查與監(jiān)測前期的準備，然后根據(jù)一定的判繪經(jīng)驗和前期準備的樣本數(shù)據(jù)集進行內(nèi)業(yè)解譯；內(nèi)業(yè)解譯完成后，制作外業(yè)調(diào)繪的底圖和外業(yè)調(diào)繪采用的初始數(shù)據(jù)庫；外業(yè)解譯調(diào)繪完成后，需要將外業(yè)調(diào)繪數(shù)據(jù)轉化為內(nèi)業(yè)解譯軟件能夠識別的數(shù)據(jù)格式，進行清繪和內(nèi)外業(yè)整合；內(nèi)外業(yè)整合完成后經(jīng)過質量檢查形成階段普查成果。經(jīng)過標準時點核準和質量檢查后就可以成果入庫。

圖1 地理國情普查生產(chǎn)技術流程

就整個生產(chǎn)流程而言，有3部分需要大量時間：①內(nèi)業(yè)采集。需要采用人機交互的方式對地表覆蓋分類進行解譯，對地理國情要素進行分類采集，需要大量的時間。②外業(yè)調(diào)繪。外業(yè)調(diào)繪的過程中需要對內(nèi)業(yè)不確定的要素進行調(diào)查，確定的進行一定程度的核查，收集資料、采集樣本等。③內(nèi)外業(yè)整合。需要根據(jù)外業(yè)調(diào)繪結果對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)進行檢查和修改，對數(shù)據(jù)進行整合、接邊并進行元數(shù)據(jù)的制作。

本文結合地理國情普查生產(chǎn)技術流程、任務內(nèi)容、特點和需求，提出了基于移動GIS技術的內(nèi)外業(yè)一體化技術方案，如圖2所示。

圖2 內(nèi)外業(yè)一體化技術方案

本技術方案對整個流程實現(xiàn)無紙化處理，內(nèi)業(yè)前期數(shù)據(jù)處理的結果可以直接導入平板電腦系統(tǒng)，外業(yè)調(diào)查和核查后的數(shù)據(jù)成果可以直接轉換為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)格式，供內(nèi)業(yè)人員進一步數(shù)據(jù)處理。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)架構

本文根據(jù)所提出的內(nèi)外業(yè)一體化技術方案，基于安卓平板電腦平臺，采用離線移動GIS的C/S體系結構，設計了由硬件支持層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務邏輯層和表示層構成的系統(tǒng)4層架構，如圖3所示。

2.2 數(shù)據(jù)圖層設計

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計基于SQLite和Spatialite技術，用于對外業(yè)調(diào)繪所涉及的影像解譯的地表覆蓋數(shù)據(jù)、國情要素數(shù)據(jù)、補測數(shù)據(jù)、樣本點數(shù)據(jù)、GPS軌跡數(shù)據(jù)、作業(yè)員信息數(shù)據(jù)等進行記錄和存儲。數(shù)據(jù)圖層設計如表1所示。

圖3 系統(tǒng)架構

表1 數(shù)據(jù)庫圖層設計

2.3 屬性表設計

SQLite關系數(shù)據(jù)庫支持的數(shù)據(jù)類型有NULL、INTEGER、REAL、TEXT和BLOB 5種數(shù)據(jù)字段類型。根據(jù)外業(yè)調(diào)繪的數(shù)據(jù)類型和內(nèi)容，數(shù)據(jù)庫屬性表的設計如表2所示。屬性數(shù)據(jù)使用Spatialite_GUI工具進行輸入。

表2 屬性表設計

2.4 系統(tǒng)功能設計

根據(jù)外業(yè)調(diào)繪的工作需求，系統(tǒng)的主要功能包括4大類，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)的功能設計

2.5 系統(tǒng)主要功能實現(xiàn)

本系統(tǒng)的主要功能是基于Android4．1．2和ArcGIS for Android API 10．1．1開發(fā)的。系統(tǒng)功能操作界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)界面

數(shù)據(jù)加載功能主要用于向系統(tǒng)導入內(nèi)業(yè)前期處理的底圖數(shù)據(jù)，其加載過程如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)加載流程

定位圖幅功能是為了定位當前位置屬于哪個標準圖幅所涉及的自動減災底圖數(shù)據(jù)的功能，如圖7所示。

圖7 定位圖幅流程

GPS功能主要包括GPS定位、GPS采集和GPS軌跡等信號的接收和處理以及數(shù)據(jù)的記錄。其功能流程如圖8所示。調(diào)繪功能是系統(tǒng)的核心功能，用于實現(xiàn)對調(diào)繪過程產(chǎn)生的幾何和屬性數(shù)據(jù)進行編輯。功能流程如圖9所示。

圖8 GPS功能流程

3 關鍵技術

移動GIS平臺集成了GIS、移動定位、無線通訊、嵌入式數(shù)據(jù)庫、陀螺儀、感應器等多種前沿技術，并通過接口和開放的數(shù)據(jù)轉換標準和桌面系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的交互和共享，為用戶提供實時定位、信息查詢、路徑導航等功能。但移動GIS終端設備的資源有限性和使用環(huán)境的復雜性等缺陷也是明顯的，如在處理速度、存儲容量、內(nèi)存和顯示等方面能力有限。針對這些問題，本文研究解決了一些關鍵技術問題。

圖9 調(diào)繪功能流程

3.1 地圖瓦片和緩存設計

地圖瓦片是一種靜態(tài)的地圖切片和地圖預緩存組成的技術，是金字塔結構的變分辨率圖形圖像數(shù)據(jù)存儲和顯示技術[3]。本文根據(jù)系統(tǒng)的具體使用特點和要求，在實驗的基礎上，針對性地設計了瓦片分割和緩存方案。對原點、分級、瓦片大小、格式、分割方法等進行了具體設置。采用了ArcGIS 10支持的緊湊型瓦片緩存文件格式，將切片數(shù)據(jù)和索引數(shù)據(jù)分別存儲在bundle和bundlx文件中。

3.2 嵌入式矢量數(shù)據(jù)存儲

在本文中，采用Spatialite進行數(shù)據(jù)管理和操作。SQLite是一個簡單的關系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，Spatialite是SQLite的一個空間擴展，提供了豐富的矢量數(shù)據(jù)庫管理和操作功能，是SQLite的空間數(shù)據(jù)引擎。SpatiaLite支持OGC的SFS（簡單要素獲取規(guī)范：Simple Feature Access）規(guī)范[4]，作為一個單一的二進制文件也被用來作為GIS矢量地理空間數(shù)據(jù)交換格式。數(shù)據(jù)索引采用R-tree索引方法。

3.3 數(shù)據(jù)轉換方法

外業(yè)調(diào)繪成果需要將Spatialite數(shù)據(jù)庫存儲的空間數(shù)據(jù)格式轉換為桌面GIS軟件支持的數(shù)據(jù)格式，本文的轉換方法是轉換為ArcGIS的Personal Geodatabase或File Geodatabase格式。其技術流程如圖10所示。

圖10 數(shù)據(jù)轉換流程

采用符合OGC標準的WKT和WKB空間數(shù)據(jù)格式作為轉換的中間格式是實現(xiàn)2種數(shù)據(jù)文件格式換換的關鍵。Spatialite是以內(nèi)置的二進制大對象存儲空間數(shù)據(jù)。先將Spatialite的這種數(shù)據(jù)格式轉換為WKT和WKB空間數(shù)據(jù)格式，然后再轉換為ArcGIS的Geodatabase格式。具體方法是分別將WKT和WKB的PIONT、LineString和Polygon轉換為ArcGIS定義的點、線、面等要素類型。然后存儲到相應的轉換后的圖層。技術流程如圖11所示。

圖11 轉換技術過程

4 結 語

針對地理國情普查外業(yè)調(diào)繪的具體業(yè)務，設計并開發(fā)的移動GIS版調(diào)繪系統(tǒng)具有針對性，經(jīng)實際工作試用，與同類產(chǎn)品相比具有一定技術優(yōu)勢。在緩存技術、數(shù)據(jù)存儲管理和內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)格式轉換等方面具有一定的技術特色。但也存在一些不足，如編輯功能不夠完善、批量修改功能較弱等，需要進一步完善。

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P208

B

1672-4623（2016）06-0041-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.014

陳曉寧，高級工程師，研究方向為攝影測量與遙感。

2016-04-07。

項目來源：國家測繪地理信息局資助項目（2016KJ0301）。