移動端數字化調查系統(tǒng)的設計與實現

方 衎，孫瑞敏，趙得意，黃一昀

（江蘇省工程勘測研究院有限責任公司，江蘇 揚州 225100）

隨著可移動終端設備的發(fā)展，越來越多的測繪工作者借助于便攜的、具有專業(yè)功能的手機、平板等設備進行外業(yè)調繪、調查工作。近年來，市場上也出現了許多相關的研究及應用程序，例如，第三次全國土地調查系統(tǒng)[1-2]，自然資源外業(yè)調查系統(tǒng)[3-4]，基于移動端不動產權籍調查系統(tǒng)[5-6]，地理國情監(jiān)測外業(yè)調查系統(tǒng)[7-8]等，這些研究及App 目前在國土資源普查和外業(yè)調查等領域得到廣泛應用。以傳統(tǒng)的紙質遙感影像作為底圖進行數據調查的方式正逐漸被數字化這種新型的方式替換。

本文結合實際項目，設計并實現了一款基于Android 系統(tǒng)的調查App，實踐結果表明，該系統(tǒng)能有效地節(jié)約成本并提高工作效率，取得了良好的效果。

1 數字化調查作業(yè)流程

數字化調查的底圖不再是傳統(tǒng)的紙質圖，而是電子圖。首先通過傾斜攝影并經過相關處理獲得高精度的影像數據，結合內業(yè)立體測圖得到的矢量數據，兩者套合形成外業(yè)調查底圖并導入到移動設備中；后續(xù)調查人員只需攜帶手機或平板去野外進行現場調查核實，調查好的成果再通過內業(yè)整合編輯形成最終成果，從而實現內外一體化的生產模式。數字化調查流程如圖1所示。

圖1 數字化調查作業(yè)流程

2 數字化調查系統(tǒng)的總體設計

數字化調查系統(tǒng)主要由運行支撐層、應用層、服務層及數據層4 部分組成。

（1）運行支撐層。該系統(tǒng)主要運行于支持安卓系統(tǒng)（Android 6.0 以上）的，鴻蒙系統(tǒng)的智能手機及平板等移動設備。

（2）應用層。應用層是用戶對該系統(tǒng)的一種直觀的交互體驗，包括各式各樣的界面，如地圖瀏覽界面、圖層管理界面、數據采集、編輯界面等。

（3）服務層。服務層是該系統(tǒng)的核心內容，提供滿足于調查需求的各種功能，包括地圖瀏覽的場景支持，數據的無損傳輸、調查要素的增刪查改、屬性數據的錄入和數據的質量檢查等功能。

（4）數據層。數據層是該系統(tǒng)的基礎內容，為系統(tǒng)運行提供數據支撐，包括外業(yè)調查矢量數據、影像數據、電子地圖數據及調查要素照片等相關多媒體數據。

總體設計結構如圖2所示。

圖2 調查系統(tǒng)總體結構設計圖

3 數字化調查系統(tǒng)的關鍵技術

3.1 手機和平板的兼容性

手機屏幕的大小相對于平板要小很多，這就會導致同樣的界面布局在這兩者的視覺效果上存在較大的差異，手機上布局好的界面在平板上會出現被拉長，元素之間空隙過大等情況。為了兼顧手機和平板二者的開發(fā)，該系統(tǒng)引入了Fragment 組件，可以讓界面在平板上更好地展示。

3.2 空間定位

Android 原生定位方法的常用的有2 種模式：GPS定位和網絡定位，都存在一定的缺陷。GPS 定位精度高，但受外界環(huán)境影響大，且室內定位不準；網絡定位雖然只要有網絡就可以快速定位，且室內室外都可以，但定位精度不夠高。為了提高定位的精確度，該系統(tǒng)增加了第三方地圖SDK 提供的定位功能，能夠融合GPS和網絡兩種模式進行精確定位。

3.3 圖層管理

該系統(tǒng)涉及多個圖層（矢量圖層，影像圖層，電子地圖圖層），通過給每種類型的圖層設置索引：電子地圖（作為輔助層）永遠在最下層，影像圖層在中間層，矢量圖層永遠在最上層，解決了不同圖層之間的覆蓋問題。

3.4 要素采集

調查時遇到遺漏的地物會新增要素，為保證新增要素的準確性，該系統(tǒng)在采集前對要素的幾何類型（點、線、面）加以選擇，在采集完成后再次進行判斷（例如面狀要素是否繪制成線狀要素），以保證新增要素的幾何的準確。幾何類型匹配正確后，在保存要素時，選擇對應的圖層時還需要進行一次判斷（例如點狀地物不能保存進線狀圖層中），這樣就雙重保證了新增要素的準確性和匹配性。

3.5 要素編輯

（1）幾何編輯。外業(yè)調查時，遇到的情況是多種多樣的，在進行幾何編輯時，不能只是一些簡單的編輯（例如選擇、添加、移動、刪除），為了要素編輯的多樣性，該系統(tǒng)新增了包括編輯時的撤銷、恢復、取消功能，圖形節(jié)點的添加、刪除、改動等高級編輯功能，以應對調查過程中遇到的各種各樣的情況。

（2）屬性編輯。在外調查時，受多種因素的影響，輸入屬性時或多或少會出現一些錯誤，為了減少這一類的問題，該系統(tǒng)在屬性錄入時增加了對輸入的屬性值的判斷，例如調查房屋層高時，應輸入整數，若輸入的是小數或者文字時，則會加以提醒輸入類型的錯誤，這樣，外業(yè)人員在調查時的數據質量會得到基本保證，后續(xù)內業(yè)整理時也會減少工作量，從而提高工作效率。

3.6 要素附件

外業(yè)人員在進行調查時，往往會遇到一些不能確定的情況，這時就會拍照記錄下來，以便后續(xù)討論，該系統(tǒng)也提供了這一功能，現場調查時，可以直接進行現場拍照或者選擇手機中已有的圖片作為每個要素對應的附件上傳到系統(tǒng)中，每個要素支持多張圖片，這樣就可以多角度地反應要素的真實情況。

4 數字化調查系統(tǒng)的實現

根據公司實際需求，基于Android Studio 開發(fā)環(huán)境，采用Java 和Kotlin 語言，結合ArcGIS Runtime SDK for Android 等開發(fā)工具包實現了本文的數字化調查系統(tǒng)。部分功能如下。

4.1 圖層顯隱控制

如圖3所示，給每種類型的圖層都增加一個開關，既可以單獨控制某個圖層的顯隱，也可以對所有圖層疊加時的顯隱進行控制，并對圖層疊加的順序進行排序，從而滿足作業(yè)人員正常的地圖瀏覽邏輯。

圖3 圖層顯隱控制

4.2 新增地物要素

如圖4所示，通過前后兩次對要素的幾何類型和所屬圖層的判斷，最終完成對地物要素的添加。另外在繪制新增要素的幾何圖形時，考慮到手指操作誤差比較大，為提高每個節(jié)點的準確性，系統(tǒng)提供了輔助繪制按鈕來替代調查人員手指的點擊，通過移動屏幕將輔助點放置在準確位置上點擊按鈕即可完成。

圖4 新增地物要素

4.3 要素高級編輯

如圖5所示，編輯圖形時，圖形中每個小方框代表節(jié)點，節(jié)點和節(jié)點中間有小圓點，點擊方框會提示是否刪除節(jié)點，長按節(jié)點拖動就可以改變節(jié)點的位置，拖動節(jié)點和節(jié)點中的小白圓點拖到合適的位置即可新增節(jié)點。

圖5 要素高級編輯

4.4 屬性調查

如圖6所示，調查人員可以現場將地物要素的相關屬性信息錄入到系統(tǒng)中，避免二次作業(yè)，同時地物的現場照片作為調查材料以附件的形式上傳到系統(tǒng)中，并可以通過點擊進行瀏覽。

圖6 地物屬性調查

5 結束語

本文設計實現的基于Android 的數字化調查系統(tǒng)，具有開源性、功能強大及易操作等優(yōu)勢。在現實工作中，通過移動端的作業(yè)方式，大幅提高了作業(yè)人員野外調查的效率，取得了較好的效果，具有一定的實際意義。同時，系統(tǒng)采用了組件化開發(fā)，在功能模塊的維護方面會更加容易，若后續(xù)系統(tǒng)需要進一步擴展，只需要進行模塊開發(fā)即可，大幅提高了系統(tǒng)的可擴展性。