基于HeNCORS 的測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

牛永力，呂寶奇*，賈 寶，張小紅，郝亞茜，禹 旭

（1. 河南省測繪院，河南 鄭州 450003；2. 河南理工大學(xué)自然資源部礦山時空信息與生態(tài)修復(fù)重點實驗室，河南 焦作 454003；3. 河南省自然資源科技創(chuàng)新中心（北斗高精度定位與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究），河南 鄭州 450003；4. 鄭州智象測繪信息技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450003）

隨著我國經(jīng)濟社會文化的繁榮發(fā)展，人口素質(zhì)不斷提高，能源日益減少，人們對于自然資源開發(fā)利用與保護的需求持續(xù)上升。基礎(chǔ)測繪是自然資源精細(xì)化管理和經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。加強基礎(chǔ)測繪能力建設(shè)對提升自然資源管理水平具有重要意義。測量標(biāo)志是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是測繪活動的基礎(chǔ)和保障。建立并維護測量標(biāo)志，在維護國家測繪基準(zhǔn)安全，服務(wù)經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用[1-3]。測量標(biāo)志是指標(biāo)定地面測量控制點位置的標(biāo)石、覘標(biāo)以及其他用于測量的標(biāo)記物，包括永久性測量標(biāo)志和臨時性測量標(biāo)志[4-5]，采用全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。近年來一些測量標(biāo)志在自然或人為因素影響下失去原有穩(wěn)定性，影響了測繪活動的開展[6-7]。因此，全面開展測量標(biāo)志普查，保持測量標(biāo)志的完整性、穩(wěn)定性，是當(dāng)前基礎(chǔ)測繪面臨的迫切任務(wù)之一。

測量標(biāo)志普查是一項系統(tǒng)性、持續(xù)性的工作，時間緊、任務(wù)重。如何提高普查工作的效率，是當(dāng)前迫切需要解決的問題。測量標(biāo)志普查過程中存在的問題包括：①傳統(tǒng)手工管理方式操作十分不便，測量標(biāo)志點難找、數(shù)據(jù)查詢困難、信息化水平不高；②已普查的測量標(biāo)志信息格式與全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)所需格式不一致；③全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)測重標(biāo)志管理，忽視了普查內(nèi)外業(yè)的業(yè)務(wù)聯(lián)系，數(shù)據(jù)更新維護不及時；④測量標(biāo)志普查采用傳統(tǒng)定位方式，定位精度不高。針對測量標(biāo)志普查、管理的實際業(yè)務(wù)需求以及上述問題，本文基于河南省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)（HeNCORS）的信號，采用Android、C#Win-Form、Microsoft Office Access、GIS 等技術(shù)，設(shè)計研發(fā)了測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（移動端和桌面端），單點定位精度可達(dá)2.5～5 m[8]，解決了普查標(biāo)志內(nèi)外業(yè)信息協(xié)同編輯、批量導(dǎo)入導(dǎo)出等問題，實現(xiàn)了與全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)的無縫銜接。鶴壁市測量標(biāo)志普查的應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有效率高、成本低、精度高等優(yōu)點，可為全省其他地市和縣（區(qū)）測量標(biāo)志普查工作提供參考。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體架構(gòu)

基于HeNCORS 的測量標(biāo)志普查系統(tǒng)采用多層系統(tǒng)架構(gòu)（圖1）。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1）用戶端包括移動端（App 端）和桌面端（PC端）。App 端是在原生Android 的基礎(chǔ)上采用Java 語言設(shè)計的，PC 端是基于C#WinForm 研發(fā)的，二者在實際普查過程中互為補充，全面高精度地實現(xiàn)測量標(biāo)志普查[9-17]。二者均采用MD5 消息摘要算法進行不可逆加密，經(jīng)管理員授權(quán)可為用戶提供隨機賬戶與密碼。

2）業(yè)務(wù)層主要包含錄入信息、拍照存檔、獲取位置與方向、內(nèi)容管理、保存信息等內(nèi)容。通過圖像信號處理器實現(xiàn)拍照存檔功能，通過事件源監(jiān)聽器實現(xiàn)信息的錄入與保存，通過HeNCORS 服務(wù)器與差分SDK實現(xiàn)測量標(biāo)志點的高精度定位。

3）數(shù)據(jù)層包括存儲過程、數(shù)據(jù)緩存、自定義函數(shù)、事務(wù)、讀寫數(shù)據(jù)庫/SD卡信息、JSON生成等部分。

4）數(shù)據(jù)庫/SD 卡。PC 端數(shù)據(jù)庫是測量標(biāo)志信息管理的核心和基礎(chǔ)，本文采用Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫，建立測量標(biāo)志對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化管理以及數(shù)據(jù)查詢與分析管理。App 端執(zhí)行外業(yè)測量標(biāo)志普查時，將普查的點名、點號、標(biāo)志分類、標(biāo)志等級、標(biāo)志質(zhì)料、概略經(jīng)緯度、高程、照片、方向角等存儲在移動端的SD卡中。

5）運行環(huán)境包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。硬件環(huán)境要求處理器1 GHz及以上，內(nèi)存1 GB及以上，顯卡支持DirectX9 128 M 及以上，顯示器分辨率在1 024×768 及以上。軟件環(huán)境要求操作系統(tǒng)Windows XP sp3及以上，數(shù)據(jù)庫Access版本2007 及以上，Office 版本2007及以上。

1.2 功能設(shè)計

PC端主要提供對空間數(shù)據(jù)的訪問、編輯、輸出等功能，包括錄入信息、修改信息、生成信息表和批量處理JSON 模塊。錄入信息模塊主要是對測量標(biāo)志的屬性、附件、巡查、維修等信息進行數(shù)據(jù)錄入、建庫以及生成交換數(shù)據(jù)文件等。修改信息模塊主要是對已錄入數(shù)據(jù)庫的測量標(biāo)志信息進行修改編輯、并重新生成附件文件。生成信息表模塊是根據(jù)錄入信息生成的結(jié)果依次生成對應(yīng)的Excel 表格，表格記錄測量標(biāo)志屬性、附件、巡查（普查）、維修、土地利用確權(quán)、遷建、保管等信息。批量處理JSON 模塊是將測量標(biāo)志信息統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)所需格式。

App端主要用于測量標(biāo)志的野外普查工作，運行于Android 平臺平板電腦上，主要包括屬性信息、附件信息、巡查（普查）信息等模塊。屬性信息模塊負(fù)責(zé)外業(yè)獲取并記錄測量標(biāo)志點的點名、點號、原點號、標(biāo)志分類、標(biāo)志等級、標(biāo)石類型、概略經(jīng)緯度和高程等信息。附件信息模塊用于獲取測量標(biāo)志點的附件類型、經(jīng)緯度、照片和方位角信息。巡查（普查）信息模塊用于獲取并記錄測量標(biāo)志點的窖井情況、指示樁埋設(shè)情況、損毀原因、標(biāo)志巡查情況等信息。

2 關(guān)鍵技術(shù)與流程

2.1 移動端測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)

測量標(biāo)志普查需要對每個測量標(biāo)志點的屬性、位置、現(xiàn)狀等進行全方位的記錄，而由于測量標(biāo)志普查時測量標(biāo)志數(shù)量較多，每個測量標(biāo)志普查信息繁雜，因此本文在Android 操作系統(tǒng)下利用Java 的多線程進行編程，采用基于TCP 協(xié)議的Socket 通信方式，在保證字節(jié)流可靠性的同時使用戶雙方都可以主動發(fā)送信息，進而加快野外測量標(biāo)志普查的響應(yīng)速度。基于TCP協(xié)議的Socket通信的基本路徑見圖2。

圖2 基于TCP協(xié)議的Socket通信基本路徑

2.2 基于C# WinForm的測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)

通過測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（App 端）獲取了位置、方位角、照片等測量標(biāo)志點的部分信息，還需利用某種工具轉(zhuǎn)化這些信息，并對測量標(biāo)志普查所需的全部成果信息進行補充。本文以.NET Framework 為開發(fā)平臺，基于C#WinForm研發(fā)了測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（PC 端），有效解決了上述問題，實現(xiàn)了成果數(shù)據(jù)與全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)的無縫對接。

2.3 基于HeNCORS的測量標(biāo)志普查技術(shù)

基于HeNCORS的測量標(biāo)志普查利用HeNCORS服務(wù)器獲取差分?jǐn)?shù)據(jù)流，首先對原始數(shù)據(jù)觀測值進行多普勒平滑偽距處理，獲得處理后的位置信息；再將其傳輸?shù)紿eNCORS 服務(wù)器，獲取更精準(zhǔn)的差分信息，終端接收信息后，進行定位解算并返回高精度位置信息。采用測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（App 端）獲取定位點的高精度位置信息，采集其屬性信息、附件信息、巡查（普查）信息，再將其導(dǎo)入測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（PC 端），對普查信息進行修改與補充，生成測量標(biāo)志信息表。

測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（App 端）用于獲取點名、概略經(jīng)緯度、概略高程等測量標(biāo)志屬性信息，精準(zhǔn)經(jīng)緯度、照片、方位角等附件信息以及指示樁埋設(shè)情況、標(biāo)志巡查情況等巡查（普查）信息。測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（PC端）接收App端獲取的信息并進行標(biāo)準(zhǔn)化，生成與全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)所需格式一致的測量標(biāo)注普查信息，存入數(shù)據(jù)庫。基于HeNCORS的測量標(biāo)志普查系統(tǒng)充分利用HeNCORS高精度定位的優(yōu)勢，提高了定位精度，擴展了測量標(biāo)志普查功能，解決了與全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)格式不統(tǒng)一的問題，實現(xiàn)了測量標(biāo)志普查的精準(zhǔn)性與高效性，滿足了測量標(biāo)志高質(zhì)量普查的要求。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 開發(fā)環(huán)境

測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（App 端）基于Android Studio開發(fā)平臺，采用Java的多線程開發(fā)技術(shù)；PC端以.NET Framework為開發(fā)平臺，采用C#語言進行系統(tǒng)開發(fā)，二者的功能模塊相輔相成，互為補充。系統(tǒng)主界面見圖3。

圖3 系統(tǒng)主界面

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用

基于HeNCORS 的測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)已成功應(yīng)用于鶴壁市測量標(biāo)志點普查中。利用測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（App 端）進行外業(yè)測量標(biāo)志普查，獲取并存儲124 個測量標(biāo)志點的屬性信息、附件信息、巡查（普查）信息。信息錄入界面見圖4，標(biāo)志點統(tǒng)計見表1，可以看出，鶴壁市原始測量標(biāo)志點124 個，包括4 大類、9小類。

表1 鶴壁市測量標(biāo)志點普查信息統(tǒng)計表

在PC 端對外業(yè)不方便或不用獲取的信息進行補充，并可對已有測量標(biāo)志點信息進行修改；再將測量標(biāo)志點信息批量生成與全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)一致的JSON 文件，并導(dǎo)入全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)（圖5）。由基于HeNCORS的測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)可知，鶴壁市測量標(biāo)志點共計117 個（除去重復(fù)測量標(biāo)志點7 個），其中有效點位100 個，占全部點位的85.5%；損毀點位17 個，占全部點位的14.5%，因此鶴壁市測量標(biāo)志點存在一定的損毀，需要及時采取有效措施對已損毀的測量標(biāo)志點進行保護或重建。

圖5 導(dǎo)入全國測量標(biāo)志管理信息系統(tǒng)界面

4 結(jié) 語

根據(jù)測量標(biāo)志普查的實際需求，結(jié)合當(dāng)前測量標(biāo)志管理存在的問題，本文引入了HeNCORS 高精度定位技術(shù)，基于Java的多線程和C#WinForm開發(fā)了基于HeNCORS 的測量標(biāo)志普查管理系統(tǒng)（App 端和PC端），完善了測量標(biāo)志普查功能，提高了測量標(biāo)志點的定位精度，統(tǒng)一了測量標(biāo)志信息格式，為河南省全域測量標(biāo)志普查提供了有力的技術(shù)支撐。