基于iPad的移动外业信息采集系统研究与试验

徐柳华，陈 捷，陈少勤

(浙江省测绘科学技术研究院，浙江杭州310012)

一、引 言

当前，浙江省基础地理信息数据已经实现了全省覆盖，未来将主要围绕基础地理信息数据的快速更新工作展开，为此浙江省专门提出了“313”更新目标(3年对全省基础地理信息数据进行一次全面更新，1年内对主要地形要素进行一次更新，3个月内对标志性、特大型建设工程等重要地理信息进行更新)。然而，与此同时，浙江省地理空间数据生产中还存在技术方法与工艺流程老旧、落后，以及密集型人工处理、单机作业、自动化水平低等问题，特别是野外调绘作业工作量繁重，人员劳动时间长、强度大，从而导致数据更新周期长，数据库现势性差，时间难保证，难以满足政府部门、企事业单位和社会公众对地理信息的迫切需求。因此，为了提高基础测绘生产效率，降低野外调绘工作劳动强度，把基础测绘外业工作人员从繁重的野外作业中解脱出来，实现真正意义上的基础测绘一体化生产，迫切需要开展移动外业信息采集系统建设的研究。

针对上述背景，本文开展了内外一体化外业信息采集系统平台的研究工作，并在将美国Apple公司智能平板电脑iPad作为采集终端的基础上，开发完成了一套基于iPad的移动外业信息采集原型系统平台。

二、总体框架设计

鉴于当前信息技术的飞速发展，未来内外一体化的移动外业信息采集系统平台应该是能充分结合信息化技术成果，并能实现外业信息采集与内业采集编辑一体化协同作业的工作平台。该系统平台应包含外业信息采集终端系统、平台服务系统及内业数据处理系统三大部分，同时平台应具备以下几个特点：

1)平台服务系统支持影像底图及数据采集服务的快速、灵活发布。

2)平台服务系统能有效地对外业采集作业进行监控、管理，能依据实际情况方便地设定外业信息采集作业路径，能对采集作业员进行实时监控，查看其作业轨迹。

3)平台服务系统支持对采集作业中涉及的数据进行加密处理，并能对作业终端回传的数据成果进行解密;同时能对外业采集成果进行格式转换、展示、查询、统计等处理操作。

4)外业采集终端支持对地物信息的多种采集方式灵活组合，可以采用类似手写记录、录音、照相等方式记录地物的各类信息，采集的各类信息应该与地物相关联，且能方便查看、修改。

5)外业采集终端具备随记功能，从而使得外业人员可以如同在纸质底图上进行数据采集作业，方便地将任意信息记录于随记层。

6)外业采集终端在采集地物信息时，不对地物要素进行过多的编辑作业，只是简单地采集地物的属性数据及大致形态信息。

7)内业数据处理系统支持对外业采集终端系统所采集的地物粗略形态及其属性进行精细化编辑处理;同时内业数据处理人员对发现的外业采集作业中的遗漏、疑似错误也可反馈给外业采集作业人员，从而避免数据采集过程中的漏采、错采。

8)外业采集终端能提供较为精确的定位功能，在网络畅通情况下，能以其实地理位置为中心实时加载一定区域的相关影像底图服务及采集数据服务。

9)外业采集终端能在离线或在线两种条件下进行数据采集，并能在采集终端与服务端网络联通的情况下将采集得到的数据批量上传。

10)数据采集终端具备对难以到达的地物进行辅助采集的功能，如辅助延长线等方法。

结合以上特点，该平台的总体架构如图1所示，从上到下依次为服务发布层、数据管理层、无线传输层和移动终端层。

图1 系统总体框架

三、技术实现

1．系统功能模块

根据上述系统框架设计，并综合对比、分析当前各种移动终端设备优劣，笔者最终选择了基于美国Apple公司的平板电脑iPad开发一套移动外业信息采集系统平台。究其原因，主要是由于iPad具有屏幕信息承载能力强、系统操控性强及卓越的电池续航能力等特点。该系统平台功能结构如图2所示。

图2 系统功能图

2．外业信息采集终端系统

(1)外业作业用户登入、管理

用户登入、管理主要是针对外业作业人员在实际采集作业中权限的管理与维护，主要包括采集人员账号、密码输入及采集作业参数设置等功能。

(2)地物信息采集

地物信息采集主要是依靠采集终端系统所提供的地物采集工具对实地地物要素进行采集，外业采集时不对地物要素进行过多的编辑作业，只是采集其所需要的属性信息，采集编辑作业主要是在内业数据处理系统中完成。外业采集方式包括手写属性、随记属性、录音、照片等方式。其中，手写属性还具备将某作业区内可能的常用字段进行配置、快速检索等功能，在实际采集过程中作业员可以根据实际情况灵活地选择其所需要的地物信息采集方式，并且也可将多种采集方式灵活组合(如图3～图6所示)。

图3 常用字段快速编辑图

图4 随记属性图

图5 录音属性

图6 照片属性

(3)随记层

随记层为外业数据采集作业员提供了类似传统纸质调绘的功能体验。作业员可以在随记层中将地物的各类信息及特殊属性信息记录于随记层上，并且所记录的信息可以实时或离线地传输到服务端。记录模式主要是采用手写模式，作业员可以依靠手指或电容笔在屏幕中随意地记录下任意感兴趣的信息(如图7所示)。

图7 随记属性

(4)兴趣点、路径搜索功能

本功能主要是针对野外作业人员在采集数据时，可能需要查询一些地名地址的方位信息以便为作业员查找目的地或选择路径之用。其中，既可以调用Google Maps的路径查询服务，也可调用浙江省地理空间数据交换和共享平台所发布的查询服务(如图8所示)。

图8 路径搜索

3．平台服务系统

(1)数据接收与载入

平台服务系统能够实时接收iPad移动采集终端上传的外业采集数据;同时实现对外业采集数据自动解压缩、格式转换、任务分组，并可以自动载入到服务端系统的采集影像底图上去。用户可以在服务端系统的底图上实时查看自动载入的新采集任务的数据层、随记层及作业员GPS轨迹层(如图9所示)。

图9 作业员作业路径展示

(2)任务信息查询

平台服务系统的采集任务信息查询功能主要是展现各个外业采集作业员在具体采集过程中的一些基本信息与任务要求，包括采集作业员信息、采集的图幅编号、GPS轨迹的记录方式(时间、距离)与记录间隔、采集过程中常用的属性字段及该采集任务用到的辅助采集数据信息(如图10所示)。

图10 采集任务信息查询

(3)采集成果查询

平台服务系统的采集成果空间查询主要是方便用户以空间矩形框、多边形框、圆形框或者指定查询坐标范围的方式选择一个或者多个采集任务中数据层的调绘成果数据，并查询选中点的文字属性、随机属性、照片属性及录音属性(如图11所示)。

图11 采集成果列表

4．内业数据处理系统

内业数据处理系统主要功能是对外业采集的信息进行深加工。由于移动外业信息采集系统在外业采集作业时，是不对地物要素进行过多的编辑处理的，因此这些地物要素的精细化编辑操作主要是在内业数据处理系统中完成的。在内业数据处理过程中，内业数据处理系统还能对外业采集过程中的错采、漏采进行分析、预警，从而最大限度地保证数据质量。这种外业采集与内业编辑完全分开的作业模式既能有效地提高地理空间数据采集的作业效率，也能最大限度地提高数据的准确性。

四、结束语

本文首先针对未来信息化背景下的移动外业信息采集系统提出了一整套框架设计思路，并通过试验验证了该套设计思路的可行性，最后通过利用Apple公司所提供的iOS开发帮助及Ersi公司提供的ArcGISAPI for iOS成功开发了一套外业信息采集系统。该系统克服了离线环境下外业信息采集的难点，并针对外业信息采集作业中可能会遇到的不利条件开发了相应的辅助功能。通过对小区域进行外业信息采集试生产作业，验证了本系统具有一定的应用和推广价值。

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