移動GIS數據集成管理技術研究與示范應用

劉全海，羅迪，冉慧敏，羊鍇，李樓

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術中心，江蘇 常州 213003)

1 引 言

隨著智能移動設備性能的提高以及移動操作系統的日益成熟，移動GIS在城市管理、交通導航、搶險救災、野外數據采集等領域以及人們日常生活中都得到了廣泛應用[1]。然而，在地理信息生產與應用的主要領域，如規劃、國土等部門，雖積累了海量豐富的空間地理信息，但現有應用多集中在PC端，甚至仍停留在地圖等紙質數據的應用層面。

造成該現象的主要原因是未解決數據安全和運維管理的若干關鍵技術。首先，地理信息數據種類繁多、數據量大，給移動地理信息數據的綜合管理帶來巨大挑戰。其次，不同于具有成熟網絡環境的PC端，各類重要的地理信息數據承載在性能單薄、存儲有限的移動終端，數據的安全性是一個關鍵性問題，如何解決數據的安全性，直接影響移動地理信息系統的應用。此外，不同類型、多個專題數據的版本控制以及移動端與服務后臺數據更新機制等，都是移動地理信息系統發展所面臨的問題。因此，本文以常州市天寧區地理信息數據應用為示范案例展開研究，研究移動GIS數據集成管理技術，在充分挖掘地理數據價值的同時，保證移動地理信息系統安全、高效地運行，具有重大意義。

2 技術路線

在分析當前移動地理信息應用技術的基礎上，結合城市規劃建設的應用需求，研究移動GIS數據集成管理技術，研發移動應用系統，服務于規劃建設。項目總體技術路線如圖1所示。

圖1 技術路線圖

首先根據數據規范對數據(包括基礎底圖數據、規劃數據、地名道路等)進行處理和加工，采用數據安全和脫密技術對數據進行脫密處理后，從內網同步至外網；通過后臺數據維護管理系統入庫，對專題數據實現版本管理；然后移動端檢測數據更新后，使用多線程并行下載、多線程斷點下載技術，將大數據量下載至本地運行。

3 關鍵技術

3.1 數據安全和脫密技術

(1)用戶驗證

用戶登錄系統必須進過用戶名/密碼/設備進行身份驗證。用戶登錄信息記錄在后臺數據庫中，并對用戶登錄異常情況進行分析，對異常設備和丟失設備，系統會將該設備設置為黑名單設備，并將該設備數據內容清除。

(2)數據脫密

為保證空間位置脫密后無法精準還原，并且達到降低精度的要求，算法采用多種空間加密算法疊加的形式，在確保數據空間拓撲關系不變的情況下，達到最佳脫密效果。

首先在江蘇省1∶25萬地圖與常州市高精度地圖上選取一定數量、均勻分布的同名點，確定采用射影變換模型，計算轉換參數。隨后采用非線性扭曲模型對坐標進行再次加密，最后對坐標進行擾動保證相對精度在一定范圍內。通過該方法處理的坐標精度達到了外網應用要求。

同時，矢量空間數據往往帶有大量的涉密信息，需要經過處理后方可展示在外網中。空間數據屬性的取舍通過配置表來實現，建立屬性表文件與配置表中可展示的公開圖層之間的對應關系，將不可公開的屬性數據刪除。

3.2 空間數據庫+文件系統的異構數據管理術

本文采用空間數據庫+文件系統的異構數據管理方式管理數據。在庫管平臺和移動端分別采用Oracle Spatial和SpatiaLite存儲矢量數據和結構化數據，采用文件系統存儲柵格數據和其他文件數據。通過存儲網格管理分布式、異構存儲資源，以服務的形式進行組織，提高移動地理信息資源利用率和管理效率。

3.3 數據制作規范與入庫規范的制定

為使數據管理高效化，需制定一套完整的數據制作與入庫規范流程。首先分析已有數據現狀，進行數據歸類，按照制定的數據生產與建庫規范，對數據進行預處理，然后依照建立的元數據標準對數據進行規范化處理，數據通過質檢后再入庫管理。需要發布服務的數據按需求發布。數據制作與入庫規范流程如圖2所示。

圖2 數據制作與入庫規范流程圖

3.4 數據版本管理技術

系統中需要一套版本管理系統記錄數據變化歷史的系統，方便用戶對歷史數據的查詢和瀏覽。后臺數據維護管理系統在數據管理上主要解決兩個問題，首先是區分同一實體不同版本狀態，然后是分辨出多個不同版本中的同一實體，并自由地存取與提取。針對數據特點及應用需求，采用兩種版本管理方法管理數據。

對于地圖切片tpk文件、視頻、壓縮包等文件數據，這些文件數據通常為單一實體文件，無法分割，因此該類數據的版本管理采用序列快照的方式對整個文件進行拷貝備份管理，采用雙時間模型序列快照法進行版本管理。雙時間模型序列快照方法按照有效時間和事務時間構建的，保存一系列時間片段，記錄各個時間片段狀態的不同文件對象。雖然產生了很大的數據冗余量，但是該方法對硬件要求較低，比較適合在移動設備中應用。

對于矢量數據，為達到跟蹤專題數據中單個實體版本變化的能力，采用基態增量模型方法管理。其原理如下，數據的某次更新只影響到局部部分實體數據。該方法主要是通過建立增加數據表和刪除數據記錄管理每一個變化實體的更新狀態，其操作原理如表1所示。通過對復雜的操作進行拆分，實現操作的自由組合，并以統一的方式進行記錄，通過追蹤差量的方式進行數據版本提取。

地理實體行為抽象表 表1

3.5 移動端大數據量在線更新

為了在移動端上提供良好的應用體驗，某些更新周期較長的數據采用在線更新下載到本地離線應用的應用方式。通常這部分數據的數據量較大，因此需要采用穩定高效的下載方式。因此本文采用多線程斷點續傳下載方式實現大數據量的穩定高效更新。斷點續傳是由客戶端告訴服務器已經下載的大小，然后服務器會將指針移動到相應的position，繼續讀出，把文件返回給客戶端。為了下載更快，可以多線程下載，基本實現給每個線程分配固定的字節文件，分別去讀取。其原理如圖4所示。

圖3 多線程斷點續傳原理

4 應用案例

本文結合常州市天寧區城市規劃的應用需求，研制了常州市天寧區規劃輔助決策移動系統。系統建設內容主要包括數據中心建設、數據管理系統以及移動應用系統。系統總體架構如圖4所示。

圖4 系統構架圖

數據中心主要包含基礎底圖、總體規劃數據、控制性詳細規劃數據、公共設施、交通設施、土地利用總體規劃、土地利用現狀圖、生態紅線圖、可利用土地、重點項目、規劃編研成果等數據，數據采用空間數據庫+文件系統存儲管理。

數據庫管理系統基于ArcSDE研發，主要實現數據脫密、質檢、入庫、版本管理以及移動端數據更新推送等功能。

移動應用系統是基于ArcGIS for android 10.2.4環境下開發的移動應用系統。該系統是最終提交給用戶使用的終端系統，主要功能包含圖層瀏覽、多屏對比、圖層設置、重點項目、用地分析、宣傳成果數據展示、數據更新、量測等輔助功能，系統功能結構如圖5所示，移動應用系統實現效果如圖6所示。

圖5 移動應用系統功能結構圖

圖6 移動應用系統實現效果圖

5 結 語

本文針對移動GIS數據集成管理的多項關鍵技術進行研究，并結合城市規劃的實際應用需求，研制了常州市天寧區規劃輔助決策移動系統，系統數據經過多次更新仍保持安全、穩定、高效地運行，在實際生產和應用過程中發揮了良好的效果。然而，目前主要立足于移動數據的存儲、維護、傳輸與展示技術，對于專題數據的分析和挖掘涉及不深，在后續的研究中，將引入大數據思維，進一步研究基于移動設備的大數據實時分析與展示技術，依托豐富的地理信息數據及規劃專題數據，為規劃決策者提供更有價值的技術輔助，使得移動地理信息應用系統從實用走向智能。