基于安卓操作系统的智能外业调绘系统设计与实践

段佳 刘仁峰 钟耀武 张航 刘莉

摘 要：为提高外业调绘工作的效率，本文以地理国情普查为实例，分析外业调绘的工作流程与数据标准、外业调绘与内业解译的关系，从系统的需求、总体设计、实现过程、系统应用等四个方面开展工作，开发基于安卓操作系统的智能外业调绘系统。经过实践应用，验证了系统的性能与运行效果。

关键词：平板电脑；外业调绘；内业解译；系统开发

0 引言

外业调绘是目前测绘生产中重要的工作之一。随着当前工业化、城镇化进程加快，地表自然与人文地理信息更新越来越快，同时信息化技术迅速发展，地理相关数据量陡增。外业调查工作量增加，作业人员待遇提高，原材料成本和差旅开销的上涨，这些迫切需要提高外业数据携带量、提高工作效率、减少物资消耗。同时，完成野外调绘后，如何将调绘成果与内业处理进行快速衔接，也是需要研究的问题。

本文以地理国情外业调查为研究实例，以装有安卓操作系统的平板电脑为智能终端，通过信息化数据处理方式，研发轻量级外业调绘系统框架；依据地理国情普查标准体系，建立了流程化、智能化的外业调绘系统，实现外业数据的快速处理，缩短了数据采集周期，改变传统外业调绘的方式，提高系统的作业性能。

1 系统设计与实现

1.1系统设计目标

1.1.1快速的個性化需求响应

不同的外业调绘业务流程，需要个性化的软件定制开发工作，来提高生产的自动化程度。因此，软件体系一方面要提供大量通用工具模块进行组装，另一方面需要一个清晰的软件架构便于功能快速扩充。本文分析了外业调绘工作流程之后，采用迭代开发的模式进行系统开发。

1.1.2优秀的用户体验

研究提高软件操作响应速度、减少软件崩溃出现几率，避免操作失误造成数据丢失；提供复杂环境下的思路和方法，优化用户体验的软件操作界面，实现稳定快速和各种传感器集成；重点强化常用功能的易用性和可靠性，提高外业数据的生产速度和质量。

1.1.3成本控制

研究现有资源的合理优化利用方案，减少软件平台采购的费用投入和使用限制，研制满足未来3～5年生产任务需要的，具有良好性价比和使用潜力的硬件平台，以及构建具有良好可扩充性和可维护性的软件架构，实现软件升级维护成本低，代码复用性高的优良特性，达到降低开发和使用成本的目的。

1.2系统总体架构

主要包括两大子系统：外业调绘子系统和数据转换子系统。各子系统的建设框架自顶向下分为三层：应用层、功能层、数据层。数据层是系统的底层数据库，是系统的支撑，主要存储调绘用的影像数据、电子地图数据、矢量数据等空间数据及属性数据，主要以数据库或者文件夹的形式存储和管理；功能层是实现调绘数据转换、显示加载、GPS轨迹管理、要素编辑等调绘相关的功能；应用层主要是通过应用界面与平板电脑实现对空间数据与属性数据的操作与分析。系统的总体框架如图1所示。

2 系统功能

2.1数据组织

在进行外业调绘之前，需要将内业解译的影像地图文件和辅助信息进行整理，导入到外业调绘平板中。为了便于数据的管理与处理，要求打包的文件按照一定的方式和规则进行归并和存储。在外业调绘工作中，其作业单位为“工程”，一个工程包含以该图幅号命名的db矢量数据库文件、影像地图、工程配置（sys.db）、多媒体数据（media文件夹）等文件信息。矢量数据库用于存储内业解译成果，系统采用了安卓原生支持的SQLite3数据库格式作为数据存储格式；工程配置文件是SQLite3数据库格式，存储该工程的配置信息；影像地图文件夹存储了影像地图和辅助数据。数据组织形式见图2。

2.2开发环境

外业调绘子系统采用Java+Arcgis Runtime SDK For Android进行二次开发。该体系是Arcgis新一代服务器+端应用形式的实现，是轻量级GIS应用开发工具体系的一员。通过在该轻量级的开发工具基础上构建系统，进行数据显示优化处理，合理控制程序规模、提升系统运行性能；在人机交互设计方面，根据移动设备的操作特点，研究智能化辅助工作，提高数据采集质量和效率。数据转换子系统以ArcEngine+C#为开发平台，采用单机桌面应用程序形式完成软件研发。

2.3系统功能

外业调绘子系统：该系统以平板电脑为智能终端，采用服务器加客户端的运行模式进行开发，采用MVC设计思想，构建了由数据层、控制层和界面层组成的程序体系。主要实现外业调绘数据加载显示和常用的数据和基本地图操作。具体如下：

（1）数据显示优化

为了优化显示效果、突出重要要素、减少性能压力、提高显示流畅度，在地图显示内容发生变更时，以要素显示状态、地图显示范围和分辨率作为过滤条件进行显示优化。

（2）数据采集与定位

基于平板电脑实现了野外数据涂鸦、快速标记、节点编辑功能，同时接入板载GPS和蓝牙GPS信号，实现手动定位标记功能辅助野外数据的调查与标绘（见图3、4）。

（3）调查目标自动分析和地理围栏

调查目标自动分析是指根据内业解译成果，依据选择标准（Tag值、国情要素必填项、覆盖要素面积、数目等因子），结合作业人员采集任务计划线路，挑选需要采集的目标并标注任务内容，构建任务区段，并将结果保存到数据库中；地理围栏是指利用GPS或是射频识别（RFID）构筑虚拟的地理边界，当设备进入、离开或是停留于某个特定地理区域时，会自动接收推送、通知和提醒。结合自动分析的任务区段数据，当作业员进入任务区段时，通过语音合成和消息框向作业员推送区段工作重点和注意事项；离开区段时，统计工作任务完成情况，提示未完成的工作。

（4）数据加载和浏览

用户通过工程管理面板选择工程，在加载工程后，应用统一的分类面板控制作业数据，并且根据作业任务控制不同分类级别数据的加载状态（见图5）；实现了矢量数据多种地图显示模式、方便不同环境下查看矢量和影像数据，包括数据的漫游、放大、缩小等功能（见图6）。

内业数据转换子系统：该子系统主要是以PC机为载体，实现数据转换的软件。数据转换软件以数据标准为依据，确保外业数据导入导出过程中，不会存在数据丢失问题的出现。实现的具体功能如下：

（1）内业数据导出功能

实现将内业解译的矢量地表覆盖和地理国情要素mdb数据文件转换为平板电脑所需的db文件格式，便于外业调绘工作的开展。

（2）外业数据导入功能

在外业调查技术人员根据内业解译的数据进行外业调绘之后，调绘数据要再次传回。此功能辅助外业调绘系统完成数据转回mdb文件格式，以利于后续的修改和核查。

（3）地图和资料打包功能

在数据处理和调绘时，需要影像地图和一些帮助识别处理的辅助信息。本系统考虑实际工作的需要，能够更好的辅助完成外业调绘工作，实现了地图和资料打包功能。

3 系统应用

自2014年2月起，基于安卓操作系统的智能外业调绘系统正式开发完成，陆续为五个生产部门部署。为118台平板安装该套软件，共进行了250人次的集中培训。目前已完成了平江县、华容县、岳阳县、临湘市等多个县市的地理国情生产任务和成果检查。在测试和试运行期间，未出现因软件质量造成的严重问题，系统以良好的用户体验和完善的技术支持得到了一致好评。

4 结论

通过基于安卓操作系统的智能外业调绘系统的设计与实现，项目组优化了外业调绘的流程，研究掌握了整个安卓系统开发的技术流程。同时，该研究成果将进一步促进地理信息产业的发展和应用，有利于有关部门对自然和人文地理要素的现状和空间分布情况进行全面的掌握，满足社会经济发展的需求，提高了政府、企业和公众的服务能力。项目成果在地理国情普查和省直属国有土地资产清查等典型项目上应用推广，将进一步提升地理信息产业的生产和服务能力。

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