山洪灾害调查智能终端系统研发与应用

王 英

(广东省水文局茂名水文分局，广东 茂名 525000)



山洪灾害调查智能终端系统研发与应用

王 英

(广东省水文局茂名水文分局，广东 茂名 525000)

项目立足于山洪灾害调查技术要求，利用便携智能平板终端，研究解决了海量数据的快速加载、多线程动态数据加载和绘制、线节点双属性编码、平板蓝牙外接RTK、航测影像DEM动态读取、行政村编码自动填写、规范化表格填写与导出等一些列关键技术，完全针对山洪调查技术要求研发实现了相应的山洪灾害调查智能终端系统。在广东省茂名市率先得以应用，使山洪灾害调查外业效率提升，内业工作减少，成果质量大幅提升。

山洪灾害调查；智能终端；多线程；移动地图

1 概述

山洪灾害是我国洪涝灾害中致人伤亡的主要灾种，是我省自然灾害的“头号杀手”[1]。根据《全国山洪灾害防治项目实施方案(2013—2015年)》的印发通知要求与《广东省山洪灾害防治项目实施方案(2013—2015年)》，全省积极展开山洪灾害调查工作。通过开展山洪灾害调查，全面、准确地查清防治区内的人口分布情况，摸清我国山洪灾害的区域分布，掌握山洪灾害防治区内的水文气象、地形地貌、社会经济、历史山洪灾害、涉水工程、山洪沟基本情况以及山洪灾害防治现状等基础信息，为山洪灾害分析评价和防治提供基础数据[2]。

随着GPS卫星定位技术、卫星遥感、航测技术、以地理位置为基础的地理信息技术的发展，特别最近以Android为平台的智能手机和平板电脑的高速发展和应用，给我们的生活、工作带来了许多便利，智能手机和平板电脑的专业应用已成为各行各业的迫切需求[3]。

2 移动终端的一体化解决方案

依据山洪灾害调查技术要求，山洪调查主要遵循内外业相结合的原则，工作主要分3部分。

1) 内业充分利用已有成果，收集整理相应Excel成果表，填报相应内容；

2) 外业利用统一配置的现场数据采集终端(笔记本、数码相机、便携GPS模块)，开展实地调查；

3) 历史洪水调查、河道断面等外业测量主要采用RTK等技术手段现场采集数据，内业整理成果，填写相应Excel表格，整理出满足要求的成果；

随着移动终端智能系统的极速发展，这3部分原有工作均可在智能终端得以完美解决。

图1 平板智能终端一体化优势

如图1所示，平板可利用蓝牙外接RTK，基于底图完成横断面等高精度测量；基于相机模块采集所需规范照片，置入GPS坐标；基于GPS进行相应数据采集[4]；基于图形平台加载各项外业调查底图。同时移动终端具备便携、多点触屏、全天候长时间电量支持等笔记本电脑无法匹敌的优势，山洪灾害调查移动智能终端的设计，将为山洪灾害调查提供全套智能化解决方案[5]，大幅提升山洪灾害调查内外业作业效率和成果质量。

3 系统设计

3.1山洪灾害调查终端接口方案设计

如图2所示，平板智能终端内置GPS模块和相机，完成山洪灾害调查GPS模块和相机数据采集需求；同时蓝牙外连高精度GPS，完成高精度数据采集需求；智能终端间利用蓝牙WIFI相互传递数据；利用WIFI、USB导出成果至笔记本电脑或台式电脑。同时智能平板终端还可利用WLAN或HDMI接口，显示至高清屏幕或投影仪，进行技术交底和交流。

品管圈人员还组织了医护人员临床营养知识调查。调查发现，目前医护人员营养知识掌握不够，尤其是临床营养知识不足。

图2 山洪调查终端接口设计

3.2山洪灾害调查移动智能终端系统设计

如图3所示，软件基于Android的系统平台，底层开发。设计相应的点、线、面空间和属性数据库，自定义栅格数据类型；全面依据山洪灾害调查技术要求和相应的安全质量保障体系设计实现横断面、纵断面、洪痕点等数据采集功能，图形数据加载功能和GPS定位功能。系统搭载于手机、平板等Android移动便携智能终端。

软件主要功能如图3应用层所示，主要功能模块说明如表1。

表1 主要功能模块说明

4 系统关键技术研发与实现

4.1海量底图数据流畅加载

1) 金字塔切割压缩索引

如图4所示，影像采用分层结构，将最高原始分辨率至于初始底层，将初始底层数据进行四叉树格网化，将海量影像数据划分成一个影像序列。

图4 金字塔图片处理技术示意

金字塔结构对计算机图形处理的优点：将图像描述成多个不同粒度层次的图片，使得显示和处理区域数据的过程中只需加载必要数据块，大幅提升数据的预览和处理速度。

2) 多线程动态加载与绘制

系统采用多线程技术，根据区域动态加载栅格影像、矢量等数据，节约内存，提升山洪灾害调查终端性能。

4.2线与线节点双属性技术

常见的线结构，如SHP线文件，线由线本身的节点构成，但每个节点本身不具备独立的属性，只有线本身具备其相应的属性。而山洪灾害调查野外数据横断面等，每个节点属性独立，因此，首次设计提出线与线节点属性分离技术，实现线属性及其字段结构和点属性及其字段结构相互独立，同时又相互关联，便利山洪灾害调查需要。

4.3属性字段动态设计、可编辑

山洪灾害调查过程中，数据采集类型不同则字段不同；因此，研究提出动态字段属性设计，属性列表根据导入SHP文件自动拓展，同一属性表中，各项类型数据字段可完全不同，属性内容可动态列表编辑(如图5所示)。

图5 动态可编辑属性列表

4.4自动与规范列表选择填写

山洪灾害调查过程中，行政区划代码复杂，填写困难，移动终端软件设计最近行政区域自动列表和模糊搜索结合的方式，实现自动选择填写所在位置和行政区划代码；同时自动填写最近控制点经纬度、采集点坐标、断面方位角、距离等各项系统能自动识别完成填写项。大幅减少人为填写项的同时，提升数据填写规范性。

图6 自然村的自动最近列表与模糊搜索

同时，根据山洪灾害调查技术要求，大多属性具备规范填写要求，软件设计自动列表可填写选项，点击完成规范填写(如图6所示)。

4.5外接高精度GPS与坐标转换

山洪灾害调查技术过程中，横断面等必须采集小数点7位的高精度经纬度数据，调查终端设计蓝牙自动连接高精度GPS，接收解译国际标准GGA数据，完成高精度数据可视化智能采集。

同时根据山洪灾害技术要求，必须采集WGS84经纬度坐标及1985国家高程，因此调查采集终端研发相应的7参数、4参数坐标转换功能，实现WGS84椭球高至1985国家高程基准的高精度实时转换，使得现场平面高程坐标数据采集一步到位。

4.6横断面智能无序采集与动态实时断面绘制技术

为便利山洪灾害调查横断面数据采集，软件根据横断面数据特征，首次设计横断面数据无序采集自动内插技术，使得山洪灾害调查数据采集过程中可随意根据野外便利性无序采集断面点，系统根据断面特性自动内插排序相应数据。程序设计断面重新启动和暂时中断模式，多条断面混合分段自由采集。

同时在断面数据采集过程中，系统采用分辨率自适应方式，动态实时绘制断面图，为数据采集者提供现场断面正确性确认依据，实现野外数据采集的实时动态检核，实现数据采集无返工(如图7所示)。

图7 断面图动态实时绘制示意

4.7高精度航测DEM高程智能提取

为便于山洪灾害调查数据采集，调查智能终端设计支持高精度航测影像和DEM数据，数据大小的支持仅与硬件存储相关。系统实现在航测影像上采集高精度平面坐标，同时基于DEM快速智能内插提取高程数据，实现航测数据的野外直接标绘，完成数据采集(如图8所示)。

图8 高精度航测DEM数据标绘采集示意

4.8规范表格导出

依据山洪灾害调查技术要求，山洪灾害调查成果为规范EXCEL表格。调查智能终端根据相应的规范EXCEL表格模板，设计数据自动规范化导出功能，直接一步输出山洪灾害调查技术要求成果，供电脑端导入上传，完成数据提交(如图9所示)。

图9 规范EXCEL表格输出示意

5 应用及总结

系统开发后，全面应用于茂名市山洪灾害调查(广东省第一批)中，实现了智能化、高效率，且减去了大量的人工输入和中间环节，降低了出错率。由于系统紧切项目开发，实用性强、工作方便，在第二、三批广东省山洪灾害调查项目中已全面推开应用。

[1] 张琦建.栾川县山洪灾害调查工作分析[J].河南科技，2015(11):41-43.

[2] 胡余忠.山洪灾害影响评价外业调查核心技术问答[J].中国防汛抗旱，2015(2):26-33.

[3] 林贤斌.基于高精度GNSS测量系统的山洪灾害调查外业采集方案[J].测绘通报，2014(9):137-138.

[4] 李新春.基于安卓系统的测量软件开发技术[J]. 计算机光盘软件与应用，2013(21):280-281.

[5] 刘昌军，郭良，岳冲.无人机航测技术在山洪灾害调查评价中的应用[J].中国防汛抗旱，2014(S1):31-35.

(本文责任编辑 王瑞兰)

Development and application of intelligent terminal system for mountain flood disaster investigation

WANG Ying

(Maoming Hydrological Bureau, Guangdong Province ,Maoming 525000,China)

Based on the mountain torrent disaster survey technical requirements, by using portable intelligent tablet, key technologies are settled such as mass data rapid process loading, multithreading dynamic data loading and drawing, line and node double property coding, tablet bluetooth external high-precision GPS-RTK, DEM seamless link, the automatic selection of administrative villages, the automatically filling in of codes, the automatic filling in and export of canonical form. Aiming at mountain torrent survey, intelligent terminal system that corresponding to mountain torrent disaster investigation are developed. And it is firstly applied in Maoming City of Guangdong province, which leads to the mountain torrent disaster investigation field efficiency improved, and the industry work reduced, and result quality greatly improved.

investigation of mountain torrent disaster；smart tablet； multithreading； mobile maps

2016-02-18;

2016-05-12

王英(1976)，男，硕士，高级工程师，主要从事水文测报工作。

TV87；TP311.52