基于移动GIS技术的地名地址普查系统设计与实现

张 彦,徐占华,向 煜

(1.重庆数字城市科技有限公司,重庆 400020; 2.重庆市地理信息云服务企业工程技术研究中心,重庆 400020)

基于移动GIS技术的地名地址普查系统设计与实现

张 彦1,2∗,徐占华1,2,向 煜1,2

(1.重庆数字城市科技有限公司,重庆 400020; 2.重庆市地理信息云服务企业工程技术研究中心,重庆 400020)

介绍了基于移动GIS技术的地名地址普查系统的构建,包括移动GIS地名地址普查系统的框架设计、数据体系、网络运行模式和系统功能等。系统构建的地名地址数据采集管理模式,实现了智慧城市地理信息公共服务共享平台中地名地址数据层建设,对促进城市信息化的建设和经济的可持续发展有重要意义。

移动GIS;地名地址普查;一体化

1 引 言

地名地址是人们赋予某一特定空间位置上自然或人文地理实体的专有名称,是人们工作、生活、交往不可缺少的工具。为了推动智慧城市快速发展,各地纷纷开展了地理信息公共服务平台的建设,其中地名地址数据作为平台建设中的基础,更是受到了广泛重视。目前,地名地址调查大多采用纸质底图进行,存在采集效率低、定位错误率高、项目保密性差、资源浪费大、调查成果更新不及时等问题,基于移动GIS技术的地名地址普查系统解决了其中存在的各种问题,调查数据实时性强,采集效率高,能够实时地对信息进行查询并及时反馈,并且在外出采集数据的时候,无需携带大的存储设备,受天气影响较小,保证了采集数据的实时性和准确性,提高了采集效率[1]。基于移动GIS技术的地名地址普查作为一项新的地名地址普查方式,具有广泛的应用前景。

2 系统框架设计

系统采用分层式结构,基于面向服务(SOA)技术,由应用层、平台层、数据层3层组成[2],如图1所示。多层体系结构将数据与程序、数据控制与应用逻辑分层独立管理,能更严格地控制信息访问。数据传递中采用数据加密技术,可进一步减低数据失密的风险。

图1 平台框架图

(1)数据层

数据层由基础地形数据、院落门址数据和辅助数据构成,部署在服务器端的数据服务器上。

(2)平台层

在服务器端选用ArcGIS平台,采用.Net框架和SOA架构。移动端使用ArcGIS for Android作为基础GIS平台,为上层应用搭建基础地理信息平台,通过抽象、封装通用服务模块,为各种应用功能的开发创造便利条件。

(3)应用层

应用层是具体功能的实现,包括基本地图操作、移动GIS采集、采集管理一体化、数据质检、数据发布几个子模块,各个子模块可单独封装,可实现重构。

3 数据体系设计

3.1 概念模型设计

本系统从地名地址普查的具体业务需求出发,归纳出地名地址管理所需的基础地形数据、院落门址数据、辅助数据三大核心数据,最后形成数据库的概念模型[3,4],如图2所示:

图2 数据库体系设计

(1)基础地形数据

基础地形数据为基础底图,包括多种比例尺地形图,航空、航天影像,多种比例尺的电子地图栅格瓦片等。

(2)院落门址数据

院落门址数据为实地采集的院落和门址数据,其中还包括多媒体数据。院落包括院落点和院落面两种组织方式,门址点为对应门牌号码。

(3)辅助数据

辅助数据为系统功能运行的数据支撑,包括拓扑路网、POI、历史数据等。其中拓扑路网用于作业员进行网络分析;POI兴趣点,方便作业员识别地理位置,作业员在采集过程中可做适当补充;单元格网为作业的工作区,通常以行政区划和小区边界作为界限;支持数据为用户数据、消息历史记录,数据版本记录等。

3.2 物理模型设计

在数据库存储方面,服务器端选用了Oracle的数据库产品,使用ArcSDE作为空间数据库引擎,使用ArcGIS Server提供空间查询展现服务,数据库结构如表1所示。在移动端因数据量小,数据采用SQLite方式进行存储。为了方便对门址点进行管理,在数据库属性设计中,还特别设计实现了双重地址编码结构,便于数据查询[5～9]。

表1 数据分层结构

续表1

4 运行模式设计

系统的网络运行模式分为移动端、通信网络层、数据层、服务器端4个部分。其中移动端为一线作业人员的移动采集设备,可为智能手机、平板电脑等智能移动设备,本系统采用平板电脑作为移动端硬件。通信网络层使用自由的2G/3G/wifi无线技术,联系移动端和服务器端,实现实时通信。在服务器端,部署了多个不同应用的服务器,不同的应用由不同的服务器响应,数据管理、数据发布服务由Web应用服务器提供,GIS数据的空间查询分析由GIS服务器提供。数据层中辅助数据存储在数据库服务器上,空间数据存储在GIS数据库服务器上。这种部署模式在数据传输过程中进行了数据加密,保证了信息的完整性、机密性,提升了系统性能。如图3所示:

图3 网络运行模式图

5 系统主要功能

系统利用嵌入式技术,融合了通用的WebService标准数据协议,在线地图访问技术,自由的2G/3G/wifi无线数据互联技术,实现了多种媒体信息自由共享及业务数据实时远程访问,形成一套产品化的移动数据采集解决方案—移动GIS地名地址普查系统。

在功能上,系统通过加载在线(RESTSOAP)或离线地图服务的形式快速访问多种格式和来源的地图数据;用户操作上支持多点触摸技术;能使用数据捕获设备(GPS、摄像头等)采集新的GIS数据;修改、编辑现有的GIS数据;能进行离线、在线、混合模式的数据同步;通过简单的无规则单一编码方式,全部由计算机自动关联多媒体数据,不需要复杂的人工操作,便可把实时采集的多媒体数据直接上传数据库;借助云GIS技术,形成多样化的云端应用模式,满足大量用户的GIS应用需求。

移动GIS地名地址普查系统包括移动端和服务器端两种,两者部署的主要功能如下:

表2 部署功能

5.1 基本地图操作

实现了二维地图的全图显示、地图浏览、图层控制、地图缩放、距离量测、面积量测、叠加切换、鹰眼等功能,为采集人员提供了简单、快速的地图浏览查询工具。其中的底图加载功能可以加载各种分辨率的航空航天影像、栅格瓦片数据、栅格矢量叠加的底图等。同时支持在线或离线的方式进行底图数据的浏览和加载,系统界面如图4所示。

图4 系统界面图

5.2 移动GIS采集子模块(只部署在移动端)

采集子模块作为系统的主要功能,实现了外业数据即时采集,包括矢量数据编辑、数据查询、定位点采集、轨迹线采集几个主要功能,能满足外业采集地名地址点的需要,如图5所示。

图5 数据采集图

5.3 多媒体数据采集(只部署在移动端)

该功能依托于采集终端的硬件配置,提供了拍照和摄像工具,在拍照后系统可以自动进行编码并与当前门址点进行关联,通过较少的人工干预,便可以实现多媒体数据采集,并在查询的时候可联动显示,如图6所示。

图6 多媒体数据采集

5.4 采集管理一体化子模块

系统利用网络技术进行实时沟通,实现了野外采集管理一体化。管理者能及时分派作业员任务,可监控作业员的位置以及工作轨迹路线。作业员可规划作业时间、顺序及路线,向管理者上报工作情况。模块还支持高效率的启发式搜索算法,在嵌入式设备的资源有限条件下,通过索引搜索路径,便于轻松简单地找到需要采集的路线。主要功能包括系统权限管理、采集工程管理、作业任务发放、作业员监控、作业员工作量上报、作业员问题反馈、最短路径分析等。

5.5 数据质检子模块

为了保证采集数据质量,设计开发了数据质检子模块,包括属性项检查和空间拓扑关系检查两项功能。其中属性项检查,包括检查属性项是否为空,单个属性重复检查,门牌无错漏等功能。空间拓扑关系检查,包括门址点应落于院落内,门址点应落于房屋,道路是否与院落面、房屋面相交,是否存在面重叠,院落面边界是否穿越房屋等检查功能。

5.6 数据发布子模块

包括成果上传和下载功能,提供在线/离线方式的成果上传。成果包括采集的门址点、院落、道路矢量数据和多媒体数据,可以把移动端的数据上传至服务器端。采集员如果有需要可以实时上传采集路径或当前点位置,供管理者监控,同时能下载实时工作底图。

6 应用情况

基于移动GIS技术的地名地址普查系统已成功于成都市主城区的地名地址普查工作。2013年,利用移动GIS地名地址普查系统,顺利完成了成都市主城区1.23万km2的地名地址普查工作,建成了地名地址云数据库。普查过程中,错误率从原来纸质采集的3.8%降低到了1%,采集同样面积的时间减少近一半,有效节约了建设成本和管理经费。实践证明,利用本系统进行地名地址普查,满足了创建地理信息公共服务平台地名地址数据层的相关技术要求,对促进城市信息化的建设和经济的可持续发展有重要意义。

7 结 论

本文提出的基于移动GIS技术的地名地址普查系统技术体系设计合理、功能实用。系统将便携式移动GIS技术、SOA服务架构、云数据库技术等作为骨架技术,根据实际普查工作中的需求,开发出了移动GIS采集子模块、多媒体数据采集子模块、数据质检子模块、数据发布子模块等具有较高应用价值的系统功能,满足了智慧城市地理信息公共服务共享平台中地名地址数据建设的要求,在实际应用中取得了丰硕的成果。

由于本次研究的时间有限,系统仍在较多不足,在后续研究中,将在以下几个方面进行更深入研究:

(1)数据质检工具中对数据格式要求比较固定,质检功能比较单一,在后续研究工作中将加以改进。

(2)增强系统可重用性,争取在更多行业中得到更为广泛的应用。

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Design and Implementation of Address Survey System Based on Mobile GIS

Zhang Yan1,2,Xu Zhanhua1,2,Xiang Yu1,2
(1.ChongqingCybercitySci-tech Co.,Ltd,Chongqing 400020,China; 2.Chongqing Enterprise Engineering Technology Research Center on Geographic Information Cloud Service,Chongqing 400020,China)

This article introduces theconstruction of the addresssurveysystem based on mobile GIS.It also introduces the framework,data systems,network operation mode and functions of the addresssurveysystem.The address data collection management mode,realized the construction of address data layer for geographic information public service platform.It is of great significance to promote the sustainable development of city construction and economic information.

mobile GIS;address data;integrated

2014—05—30

张彦(1983—),女,工程师,主要从事地理信息系统设计相关工作。

重庆市科委科技人才培养计划项目(cstc2013kjrc-tdjs40001)