基于移動(dòng)云GIS的公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái)應(yīng)用★

李 劍，顏廷舟，丁德斌，顏良宇

(1.湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,湖北 武漢 430051; 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)

0 引言

在傳統(tǒng)的公路勘測(cè)外業(yè)調(diào)查模式中,外業(yè)數(shù)據(jù)的采集主要依靠手工來完成[1],信息化程度低、新技術(shù)應(yīng)用滯后,且很多的野外數(shù)據(jù)信息都以紙介質(zhì)形式記錄,不能直接進(jìn)行數(shù)字化處理和二次利用,易被涂改替換,存在對(duì)調(diào)查信息共享傳遞不及時(shí),處理效率低下等問題[2]。另一方面,外業(yè)調(diào)查成果管理主要倚重人工和經(jīng)驗(yàn),真實(shí)性無法實(shí)時(shí)監(jiān)察,存在偷工、瞞報(bào)等問題。

基于此,針對(duì)用戶需求分析,基于移動(dòng)GIS和云服務(wù)技術(shù),開發(fā)公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái),即采用移動(dòng)采集終端解決外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)原始勘測(cè)數(shù)據(jù)及質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化采集;采用Web管理平臺(tái)完成工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)查詢和智能化管理,并對(duì)接內(nèi)業(yè)的專業(yè)處理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)勘測(cè)與調(diào)查數(shù)據(jù)采集,質(zhì)量管理,實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)內(nèi)外業(yè)一體化、智能化[3]。

1 移動(dòng)GIS與云服務(wù)技術(shù)特點(diǎn)

1.1 移動(dòng)GIS的特點(diǎn)

移動(dòng)GIS是一種集成系統(tǒng),是GIS,GNSS(衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)),移動(dòng)通信,互聯(lián)網(wǎng)服務(wù),多媒體技術(shù)等的集成,具有以下特點(diǎn):

1)移動(dòng)性:運(yùn)行于各種移動(dòng)終端上,與服務(wù)端可通過無線通信進(jìn)行交互實(shí)時(shí)獲取空間數(shù)據(jù),也可以脫離服務(wù)器與傳輸介質(zhì)的約束獨(dú)立運(yùn)行,具有移動(dòng)性。

2)動(dòng)態(tài)(實(shí)時(shí))性:作為一種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng),應(yīng)能及時(shí)地響應(yīng)用戶的請(qǐng)求,能處理用戶環(huán)境中隨時(shí)間變化的因素的實(shí)時(shí)影響,如用戶對(duì)地圖服務(wù)的需求,能提供實(shí)時(shí)多種專題的地圖服務(wù)并實(shí)時(shí)瀏覽顯示等。

3)對(duì)位置信息的依賴性:在移動(dòng)GIS中集成各種定位技術(shù),用于實(shí)時(shí)確定用戶的當(dāng)前位置和相關(guān)信息系統(tǒng)。

4)移動(dòng)終端的多樣性:移動(dòng)GIS的表達(dá)呈現(xiàn)于移動(dòng)終端上,移動(dòng)終端有手機(jī)、掌上電腦、車載終端等[4]。

1.2 云服務(wù)技術(shù)特點(diǎn)

云技術(shù)通過互聯(lián)網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)的、可擴(kuò)展的和時(shí)常虛擬化的資源來服務(wù)用戶,云計(jì)算系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)的方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù),用冗余存儲(chǔ)的方式(集群計(jì)算、數(shù)據(jù)冗余和分布式存儲(chǔ))保證數(shù)據(jù)的可靠性。冗余的方式通過任務(wù)分解和集群,用低配機(jī)器替代超級(jí)計(jì)算機(jī)的性能來保證低成本,這種方式保證分布式數(shù)據(jù)的高可用、高可靠和經(jīng)濟(jì)性,即為同一份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)多個(gè)副本。

2 公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái)構(gòu)建與需求分析

2.1 公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái)構(gòu)建

公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái)以工程地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)外業(yè)調(diào)查為主,全面觀測(cè)質(zhì)量管理及安全管理。系統(tǒng)主要由服務(wù)器端(服務(wù)器程序、數(shù)據(jù)庫)、Web客戶端和移動(dòng)客戶端組成,如圖1所示。

2.2 Web智能管理平臺(tái)構(gòu)建與需求分析

Web智能管理平臺(tái)包含文件管理、決策管理、進(jìn)度管理、內(nèi)外一體化管理模塊。

1)項(xiàng)目文件管理可對(duì)外業(yè)工作的質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化,使外業(yè)工作質(zhì)量管理實(shí)現(xiàn)全過程管控,提升質(zhì)量管理水平,包含技術(shù)文件管理、經(jīng)營(yíng)文件管理、三標(biāo)文件管理等。

2)項(xiàng)目決策管理,對(duì)項(xiàng)目工作進(jìn)行統(tǒng)籌安排,包含項(xiàng)目信息、項(xiàng)目組織機(jī)構(gòu)、人員資源和物資資源管理等。

3)項(xiàng)目進(jìn)度管理實(shí)現(xiàn)對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行數(shù)字化、信息化和智能化處理,包含勘測(cè)外業(yè)調(diào)查、資料數(shù)據(jù)編錄、野外人員坐標(biāo)定位、應(yīng)急救援呼叫、人員考勤管理、外業(yè)進(jìn)度統(tǒng)計(jì)查詢等。

4)項(xiàng)目?jī)?nèi)外業(yè)一體化管理對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)電子表單的自動(dòng)化輸出,并與設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通[5]。

外業(yè)數(shù)智平臺(tái)系統(tǒng)見圖2。

2.3 移動(dòng)數(shù)字化采集系統(tǒng)構(gòu)建與需求分析

移動(dòng)數(shù)字化采集系統(tǒng)包含工程地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)調(diào)查、質(zhì)量管理、安全管理四大模塊,如圖3所示。工程地質(zhì)勘察模塊和設(shè)計(jì)調(diào)查模塊分別解決外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)勘察業(yè)務(wù)和各專業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化采集;質(zhì)量管理模塊實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)大綱、勘察設(shè)計(jì)方案評(píng)審記錄、勘察設(shè)計(jì)文件審查記錄、勘察設(shè)計(jì)指導(dǎo)卡、勘察設(shè)計(jì)資料互提單。安全管理主要研究外業(yè)人員考勤打卡、電子圍欄出入報(bào)警、一鍵求救報(bào)警,保障野外作業(yè)人員安全。

2.4 外業(yè)數(shù)智平臺(tái)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

外業(yè)勘測(cè)數(shù)智平臺(tái)以項(xiàng)目生產(chǎn)流程為主線,結(jié)合需求進(jìn)行資源及用戶角色權(quán)限的管理,對(duì)于外業(yè)勘測(cè)采集人員,采用不同的用戶對(duì)應(yīng)不同的項(xiàng)目任務(wù)和資源。總體采用JAVA/.NET技術(shù)為主,基于B/S架構(gòu),采用MVC模式進(jìn)行分層。客戶端使用jquery,ajax,flash,Template engine等技術(shù)以地圖瓦片的形式發(fā)布數(shù)據(jù),能夠發(fā)布大面積、大體量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);服務(wù)器使用Linq,Entity Framework,ORM,Webservice,IIS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自由平滑縮放,適應(yīng)各類輕量級(jí)終端設(shè)備,解決了工程項(xiàng)目中多源異構(gòu)且體量大的問題。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用SQL Server關(guān)系數(shù)據(jù)庫,移動(dòng)端APP采用Android Studio集成開發(fā)環(huán)境及高德地圖、百度地圖、91地圖API軟件開發(fā)包,搭建Android開發(fā)環(huán)境及相關(guān)插件包進(jìn)行開發(fā)和功能實(shí)現(xiàn),將公路勘察項(xiàng)目CAD數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地質(zhì)底圖等通過超圖平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布,移動(dòng)端及后臺(tái)服務(wù)器通過調(diào)用相應(yīng)服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新、上傳和下載,包含多源底圖集成、項(xiàng)目任務(wù)配置、地質(zhì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、成果上傳、常用工具和版本管理七大主要模塊功能。

3 公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái)的應(yīng)用

3.1 公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái)構(gòu)建

在勘測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)中,架構(gòu)模式采用了“分層模式”,系統(tǒng)共分為4個(gè)層次,分別為數(shù)據(jù)展現(xiàn)層、數(shù)據(jù)接入層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層,如圖4所示。

圖5為鉆孔編錄模塊的功能架構(gòu)。在野外地質(zhì)勘察過程中,管理人員可以通過云端下達(dá)鉆孔任務(wù),工程人員可以根據(jù)地質(zhì)勘察任務(wù)進(jìn)行下載,根據(jù)地圖功能可實(shí)時(shí)確定鉆孔的具體位置[6]。通過短視頻、語音、現(xiàn)場(chǎng)照片等形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄,借助錄音及手寫輸入完成鉆孔基本信息的快速錄入[7]。

移動(dòng)數(shù)字采集系統(tǒng)的地圖功能包括在線地圖、專業(yè)地圖、外部地圖的導(dǎo)入,如圖6所示。

根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)及參數(shù)轉(zhuǎn)換自動(dòng)校正,保證地圖在不同坐標(biāo)之間能夠無偏移瀏覽,減少前期地圖校正處理工作。同時(shí),采用高壓縮比(數(shù)據(jù)壓縮比大于10倍),將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為rxd格式,便于移動(dòng)app終端使用。為了便于工程人員在勘測(cè)外業(yè)中對(duì)調(diào)查點(diǎn)實(shí)時(shí)定點(diǎn)導(dǎo)航、查詢調(diào)查點(diǎn)周邊地形地貌、構(gòu)筑物等情況,可通過加載矢量與柵格(CAD)的總體路線圖及地形圖數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)野外調(diào)查定位記錄,同時(shí)減少紙質(zhì)地形圖攜帶、現(xiàn)場(chǎng)辨識(shí)地形地貌等復(fù)雜與低效操作問題。

圖7為編錄基本信息與形成的水印成果,以地質(zhì)勘察為例,鉆孔編錄內(nèi)容包括基本信息、地層信息、取樣信息、原位測(cè)試、照片等5大類信息的采集工作。項(xiàng)目的鉆孔編錄模版可進(jìn)行快速輸入及修改,照片采集中自動(dòng)分類,命名以及水印的生成,減少后期照片的整理歸檔工作。

在野外采集工作結(jié)束后,通過網(wǎng)絡(luò)上傳至云端存儲(chǔ),既可以上傳、編錄基本信息,同時(shí)可以在云端導(dǎo)出內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表格,極大節(jié)省了鉆孔資料的內(nèi)業(yè)整理工作。

公路工程中涉及總體路線、路基路面、橋梁涵洞、隧道、路線交叉、交通工程及沿線設(shè)施、環(huán)境保護(hù)、筑路材料、施工組織及設(shè)計(jì)概算諸多專業(yè),調(diào)查記錄內(nèi)容極其繁雜[8]。野外調(diào)查情況見圖8。

針對(duì)公路工程行業(yè)特性,基于紙質(zhì)調(diào)查記錄表格,移動(dòng)終端開發(fā)了電子羅盤、極射赤平投影、測(cè)高測(cè)距、物探測(cè)線和測(cè)點(diǎn)、手繪板、激光測(cè)距、遙感解譯、計(jì)算器、手電筒等功能,借助移動(dòng)終端的多媒體工具實(shí)現(xiàn)不同子專業(yè)的野外調(diào)查內(nèi)容的快速編入,并通過云端實(shí)時(shí)導(dǎo)出內(nèi)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)表格,如圖9所示。

3.2 Web智能管理云平臺(tái)的應(yīng)用

Web智能管理云平臺(tái)按角色分配給管理人員及項(xiàng)目負(fù)責(zé)人使用,用來制定項(xiàng)目計(jì)劃、進(jìn)度、調(diào)查資料質(zhì)量、考勤進(jìn)行管理(見圖10),并對(duì)工作量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并提供決策管理等功能。

由圖10可知,項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以針對(duì)分派的項(xiàng)目,對(duì)項(xiàng)目人員進(jìn)行添加、刪除等操作,對(duì)項(xiàng)目具體的坐標(biāo)系統(tǒng)(包括中央經(jīng)線)及項(xiàng)目范圍信息等進(jìn)行設(shè)置。在云平臺(tái)內(nèi),管理人員根據(jù)實(shí)時(shí)外業(yè)勘測(cè)進(jìn)度,查看工作進(jìn)度及工程人員所在位置。此外,管理人員也可以及時(shí)查看通過移動(dòng)終端上傳至云平臺(tái)的基礎(chǔ)資料,便于及時(shí)進(jìn)行決策管理。

圖11為考勤與工作量統(tǒng)計(jì)管理。工作量統(tǒng)計(jì)可以對(duì)勘測(cè)任務(wù)完成情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),并以圖、表的方式進(jìn)行呈現(xiàn),同時(shí)可以將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行表格導(dǎo)出。人員考勤管理員可以對(duì)所有項(xiàng)目所在的工作人員進(jìn)行管理,通過下拉框依次選擇單個(gè)項(xiàng)目,查看該項(xiàng)目下所有人員最新的打卡時(shí)間以及定位信息。

4 結(jié)論

本文在深度調(diào)研公路工程外業(yè)勘測(cè)工作自動(dòng)化及需求分析的基礎(chǔ)上,基于移動(dòng)GIS和云服務(wù)開發(fā)了公路勘測(cè)外業(yè)數(shù)智平臺(tái),并介紹了該平臺(tái)在外業(yè)勘測(cè)過程中的應(yīng)用,得出如下結(jié)論:

1)外業(yè)勘測(cè)數(shù)智平臺(tái)不僅可以滿足公路工程勘測(cè)外業(yè)的數(shù)據(jù)采集工作,而且極大提高了內(nèi)業(yè)的資料整理工作,解決外業(yè)與內(nèi)業(yè)有效銜接的問題。

2)外業(yè)勘測(cè)數(shù)智平臺(tái)業(yè)務(wù)功能及流程既滿足外業(yè)數(shù)據(jù)采集需求同時(shí)兼顧企業(yè)管理需求,提高了企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理能力及業(yè)務(wù)綜合水平。

3)本文所開發(fā)的平臺(tái)不僅是公路外業(yè)勘測(cè)成果資料信息管理一種新的嘗試,而且也為后續(xù)勘察、設(shè)計(jì)、施工及營(yíng)運(yùn)階段的資料快速利用提供了新的可能,研究成果也可進(jìn)一步推廣至鐵路、水利行業(yè)。