時空信息調查智能移動終端系統的設計與實現

何 宗，曾 攀，呂 帥

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

時空信息調查智能移動終端系統的設計與實現

何 宗1，曾 攀1，呂 帥1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

依托移動互聯網技術、智能移動終端技術和移動GIS開發技術，結合RS、GIS和GPS等先進技術，設計了可實時采集、操作簡便、性能高效的時空信息調查智能移動終端系統，為智慧城市、地理空間信息數據庫、地理信息公共服務平臺建設提供準確及時的時空信息支撐。

時空信息調查；智能移動終端；移動互聯網

地理空間信息外業調查采集工作是一項工作量巨大的基礎性工作，大多數的信息采集調查都是采用傳統測繪或打印圖紙的方法，攜帶不便、效率較低、投入較大，且信息的轉化利用率不高。隨著移動通信、空間數據庫、智能移動終端等技術的快速發展，地理空間信息的獲取已不再局限于傳統測繪方法，智能移動終端系統的推廣應用，使智能移動終端在開展時空信息采集成為可能[1]。目前市場上廣泛使用的信息采集軟件系統存在軟硬件綁定，僅有獨立的外業采集軟件、無相應的內業數據處理軟件，軟硬件定制使應用范圍變小，外業操作復雜且不靈敏，操作效率較低等實際問題[2-5]。

重慶市經濟社會發展迅猛，地形地貌復雜，為適應當前各行業部門對地理信息時效性和準確性的要求，突破上述問題對地理信息應用的制約，在廣泛調研國內外時空信息調查系統的基礎上，全面總結當前市場上已有軟件系統的特點，設計時空信息調查智能移動終端系統。

1 系統設計

1.1 設計思路

移動終端支持柵格和矢量空間信息采集[6]，柵格支持ArcGIS Server的緊湊格式切片和TPK共享包；矢量支持點、線、面的繪制及屬性信息編輯。時空信息調查智能移動終端系統采用C/S + B/S + M/S的多層體系結構[7]，有利于提高系統的靈活性和可擴展性。C/ S架構部分采用ArcGIS Desktop軟件作為客戶端，便于專業技術人員利用內部局域網客戶端較強的數據處理能力；B/S架構部分采用ASP.NET與Silverlight技術結合實現，便于利用外部互聯網瀏覽器實現對調查任務的實時調度、監控和管理；B/S與C/S分開部署用于保障數據安全；M/S架構部分采用移動終端（Android系統平臺）結合ArcGIS Runtime SDK實現[8]，便于移動終端利用離線或在線的方式開展信息采集工作，并接受服務器提供的地圖服務和任務管理及監控。

1.2 架構設計

平臺架構由軟硬件支持層、數據層、應用層和用戶層組成，如圖1所示。

圖1 系統平臺架構圖

1）軟硬件支持層，主要包含支持系統運行的軟件和硬件設備，有Windows Server 2008操作系統、Oracle數據庫、SQLite數據庫和文件存儲系統及相應的基礎軟件（如ArcGIS和IIS 8）。

2）數據層，主要為系統管理的數據資源內容，有基礎地理空間數據庫、衛星遙感影像庫、外業采集數據庫、成果數據庫、專題數據庫、用戶信息庫、工作基礎數據庫和系統數據庫等。數據層包含了相關數據資源，表現為邏輯庫，可根據數據的種類與使用方式的不同由Oracle、SQLite、文件系統進行存儲。

3）應用層，主要包括內業協同系統的數據編輯、數據處理、數據同步、成果管理、數據入庫、數據管理等模塊，外業管理系統的任務管理、成果盤點、工作統計模塊，外業信息采集系統的任務下載、數據采集、軌跡記錄、數據同步等模塊。

4）用戶層，主要包括數據庫管理員、內業人員、外業人員等。數據管理員通過內業協同工作站對數據進行入庫、刪除等操作；內業人員通過內業協同工作站對數據進行轉換、編輯等操作，創建MXD地圖文檔并發布地圖服務，創建和管理地圖緩存文件；外業人員通過外業移動終端采集地理調查信息數據，并通過4G網絡實時同步到服務器中，或返回單位后再進行異步數據上傳。

系統依據相關標準和管理規范進行建設，并依據相應的數據管理策略和信息安全體系構建，與存儲設備、存儲管理軟件相結合，在存儲設備之上建立數據庫，最終為其他業務部門的用戶提供服務。

1.3 業務系統設計

業務系統由內業協同系統、外業管理系統和外業信息采集系統組成，如圖2所示，各業務系統協同工作，完成特定地理信息采集任務，如圖3所示。①內業協同系統部署在局域網上，主要包括外業采集數據的離線同步、數據編輯、作業任務包離線部署，以及空間數據服務管理和緩存管理等功能；②外業管理系統部署在互聯網服務器上，實現與外業采集系統的數據交互，主要實現地理信息采集任務管理、成果檢查、成果入庫導出、外業工作統計等功能；③外業信息采集系統部署在手機和平板智能終端，主要提供工作任務管理、外業信息采集、數據回傳等功能。

圖2 業務系統構成圖

圖3 業務流程圖

2 系統建設

2.1 內業協同系統

內業協同系統負責時空信息調查智能移動終端系統中任務包的生產和創建、存檔數據、顯示運行狀態窗口和離線底圖制作等功能。采用C/S架構和構件化的設計思想，在需求分析抽象的基礎上，先進行軟件功能構件的設計，然后根據應用與管理對象的不同，對軟件構件靈活組裝，搭建成不同的應用子系統。基于ArcGIS Object組件開發，作為ArcGIS Desktop工具條插件運行。采用ArcGIS Desktop軟件管理空間數據，發布管理任務包和成果包，以及對矢量數據進行編輯入庫等操作（圖4）。

圖4 內業協同系統展示界面

2.2 外業管理系統

外業管理系統是時空信息調查智能移動終端系統的資源管理與指揮調度中心。該業務系統基于ArcGIS Engine開發，并結合ArcGIS Server平臺服務、管理、發布等功能，采用B/S架構。主要實現各類業務信息服務調用、地調任務下發管理、成果檢查及入庫、成果盤點、外業工作監控和工作統計等功能（圖5）。

圖5 外業管理系統展示界面

2.3 外業信息采集系統

外業信息采集系統為平臺的地理信息獲取載體[9]，是時空信息調查智能移動終端系統中負責數據采集核查和數據生產的核心組成部分，主要包括工作任務管理、野外作業規劃管理、外業信息采集和軌跡回傳等功能（圖6）。

圖6 外業信息采集系統終端展示界面

3 關鍵技術

1）時空信息調查智能移動終端系統使用智能移動終端調繪代替紙質調繪，革新外業調查工作模式。系統將紙質調繪中圖形勾繪、拍照等外業調查工作集成到一臺智能移動終端上，在同一平臺上實現了專題信息調查中底圖瀏覽、快速定位、圖形采集、多媒體采集、屬性錄入等操作，實現了僅攜帶智能移動終端即可完成外業調繪，在實際生產中已完全替代紙質調繪。

2）基于地理調查工作流進行設計，系統功能貼合專題信息采集工程運行模式。①將項目管理理念融入到系統中，保證項目實施的科學性，為了便于項目管理，該系統開發了外業管理子系統，實現了作業人員賬戶、權限及實時作業軌跡管理，實現了智能移動設備管理，調查項目生命流程、統計與質量評定管理等，保證了項目實施的科學性，為項目績效量化考核提供依據。②采用可配置化任務包結構，滿足不同項目需要。在考慮到任務內容與數據內容的不確定性條件下，采用通用可配置化的任務包自定義結構以符合相關行業使用需求。③實施野外數據編輯責任機制，便于責任定位、數據回溯，外業信息采集子系統中用戶在執行任務時有嚴格的日志記錄，包括用戶操作的數據ID、操作內容、操作前后屬性變更情況等。

3）基于SQLite的矢量化存儲方案，采用矢量數據分塊加載機制，有效提高了矢量數據操作的便捷性。任務數據采用基于SQLite的矢量化存儲方案，并采用Spatialite擴展了SQLite空間數據的存儲和管理能力，使得數據在體積上更為小巧，操作更為便捷，支持空間查詢、空間過濾，為矢量分塊加載提供底層技術支撐。外業信息采集子系統考慮到任務包數據量大小的不確定性，以及客戶端API對地圖要素數量渲染顯示的性能因素，采用分塊加載機制，即用戶只用加載當前采集區域內要素數據，以滿足不同數據量、尤其是大數據量任務包的采集需要，保證矢量數據顯示、操作的流暢性。

4 結 語

時空信息調查智能移動終端系統充分利用當前智能移動終端的便捷性和高性能優勢，將信息采集與移動終端結合，充分融合信息化測繪的理念，讓信息的使用者成為信息的提供者。重點關注系統的用戶群，結合用戶的使用習慣做好系統設計和開發，使系統簡單易用，系統的使用載體是手機、平板等智能移動終端，只要在移動終端上安裝系統即可使用，擯棄了將硬件和軟件相結合的信息采集系統老路。該系統在重慶市地理國情普查、重慶市主城區違法建筑監測調查、重慶市建筑物信息調查等工作中得到了廣泛應用，取得了理想的應用效果，節約了大量人力物力，有效提升了信息調查和采集效率。結合應用需求，下一步將嵌入語音識別、任務的導航線路推送、多人協同在線調查、路線時間規劃等功能。

[1] 劉瑞.基于手持移動終端的災情數據采集系統研究[D].上海∶上海師范大學,2012

[2] 徐柳華,陳捷,陳少勤.基于iPad的移動外業信息采集系統研究與試驗[J].測繪通報,2012(12)∶75-78

[3] 羅文彬,張獻州.基于PDA的線路橫斷面內外業一體化測繪系統的設計[J].測繪通報,2008(1)∶13-15

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[5] 常洲,戴相喜,王華峰.地下管線內外業一體化探測技術研究及實現[J].測繪通報,2011(7)∶50-53

[6] 陳志榮.移動空間信息網格服務模型研究及實現方法[D].杭州∶浙江大學,2008

[7] 寧安良.面向3G終端的移動地理信息服務研究[D].青島∶中國海洋大學,2010

[8] 李澤沛.基于野外數據采集的移動GIS研究[D].昆明∶昆明理工大學,2008

[9] 呂歡歡,宋偉東,孫尚宇.面向服務架構下的移動地理信息數據采集[J].計算機系統應用,2012(7)∶43-46

P208

B

1672-4623（2016）05-0018-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.006

何宗，高級工程師，主要研究GIS、RS在城市規劃中的應用。

2016-01-27。