移动GIS版地理国情外业调绘系统的设计与实现

2016-12-27陈晓宁刘金榜

地理空间信息 2016年6期

关键词：调绘数据格式内业

陈晓宁，刘金榜

（1.陕西省第二测绘工程院，陕西西安 710054；2.重庆市勘测院，重庆 401121）

移动GIS版地理国情外业调绘系统的设计与实现

陈晓宁1，刘金榜2

（1.陕西省第二测绘工程院，陕西西安 710054；2.重庆市勘测院，重庆 401121）

针对地理国情普查或监测外业的工作内容和要求，设计并开发了一套移动GIS版外业调绘系统产品，并对其关键技术，如地图瓦片和缓存、嵌入式矢量数据管理和内外业数据格式转换等技术方法进行了研究和开发。应用证明，本产品与同类产品相比，具有一定的优势。

地理国情普查；移动GIS；嵌入式数据库；数据格式转换

地理国情普查或监测业务已经成为我国测绘地理信息行业一项常态化业务。这项业务中的一个重要环节是根据地理国情普查或监测任务技术要求，利用遥感影像和收集到的已有矢量或影像数据在野外环境进行调绘并对比核查数据的正确性和可靠性。通常的作业方法是采用纸质的地图或正射影像图作为地图。存在的问题是明显的，如携带不方便，GPS坐标难以与地图坐标匹配，修改编辑不方便，内业需要重新转绘，辅助资料难以叠加使用[1-2]。一种新的作业手段是使用移动GIS版电子调绘系统，但这些系统的设计目的多数是为遥感测绘或土地调查等类似业务服务的，在应用中存在许多不便之处。针对地理国情普查和监测业务与常规的地图测绘和国土调查业务的区别，设计开发一种专用的地理国情普查和监测外业调绘系统产品十分必要。

1 技术分析

在生产实践中，地理国情普查和监测的通常作业流程是首先对地表覆盖分类和地理国情要素内业无法确定的类型、边界和属性进行外业调查，其次是对内业处理的成果进行正确性核查，然后对调查和核查过程有关信息，如类型、属性、解译样本和核查轨迹等进行记录。最后将外业成果导入内业数据处理系统进行整合和更新编辑。其数据生产技术流程可以概括为7个阶段，如图1所示。

首先进行地理国情普查与监测前期的准备，然后根据一定的判绘经验和前期准备的样本数据集进行内业解译；内业解译完成后，制作外业调绘的底图和外业调绘采用的初始数据库；外业解译调绘完成后，需要将外业调绘数据转化为内业解译软件能够识别的数据格式，进行清绘和内外业整合；内外业整合完成后经过质量检查形成阶段普查成果。经过标准时点核准和质量检查后就可以成果入库。

图1 地理国情普查生产技术流程

就整个生产流程而言，有3部分需要大量时间：①内业采集。需要采用人机交互的方式对地表覆盖分类进行解译，对地理国情要素进行分类采集，需要大量的时间。②外业调绘。外业调绘的过程中需要对内业不确定的要素进行调查，确定的进行一定程度的核查，收集资料、采集样本等。③内外业整合。需要根据外业调绘结果对内业数据进行检查和修改，对数据进行整合、接边并进行元数据的制作。

本文结合地理国情普查生产技术流程、任务内容、特点和需求，提出了基于移动GIS技术的内外业一体化技术方案，如图2所示。

图2 内外业一体化技术方案

本技术方案对整个流程实现无纸化处理，内业前期数据处理的结果可以直接导入平板电脑系统，外业调查和核查后的数据成果可以直接转换为内业数据格式，供内业人员进一步数据处理。

2 系统设计

2.1 系统架构

本文根据所提出的内外业一体化技术方案，基于安卓平板电脑平台，采用离线移动GIS的C/S体系结构，设计了由硬件支持层、数据层、业务逻辑层和表示层构成的系统4层架构，如图3所示。

2.2 数据图层设计

系统的数据库设计基于SQLite和Spatialite技术，用于对外业调绘所涉及的影像解译的地表覆盖数据、国情要素数据、补测数据、样本点数据、GPS轨迹数据、作业员信息数据等进行记录和存储。数据图层设计如表1所示。

图3 系统架构

表1 数据库图层设计

2.3 属性表设计

SQLite关系数据库支持的数据类型有NULL、INTEGER、REAL、TEXT和BLOB 5种数据字段类型。根据外业调绘的数据类型和内容，数据库属性表的设计如表2所示。属性数据使用Spatialite_GUI工具进行输入。

表2 属性表设计

2.4 系统功能设计

根据外业调绘的工作需求，系统的主要功能包括4大类，如图4所示。

图4 系统的功能设计

2.5 系统主要功能实现

本系统的主要功能是基于Android4．1．2和ArcGIS for Android API 10．1．1开发的。系统功能操作界面如图5所示。

图5 系统界面

数据加载功能主要用于向系统导入内业前期处理的底图数据，其加载过程如图6所示。

图6 数据加载流程

定位图幅功能是为了定位当前位置属于哪个标准图幅所涉及的自动减灾底图数据的功能，如图7所示。

图7 定位图幅流程

GPS功能主要包括GPS定位、GPS采集和GPS轨迹等信号的接收和处理以及数据的记录。其功能流程如图8所示。调绘功能是系统的核心功能，用于实现对调绘过程产生的几何和属性数据进行编辑。功能流程如图9所示。

图8 GPS功能流程

3 关键技术

移动GIS平台集成了GIS、移动定位、无线通讯、嵌入式数据库、陀螺仪、感应器等多种前沿技术，并通过接口和开放的数据转换标准和桌面系统进行数据的交互和共享，为用户提供实时定位、信息查询、路径导航等功能。但移动GIS终端设备的资源有限性和使用环境的复杂性等缺陷也是明显的，如在处理速度、存储容量、内存和显示等方面能力有限。针对这些问题，本文研究解决了一些关键技术问题。

图9 调绘功能流程

3.1 地图瓦片和缓存设计

地图瓦片是一种静态的地图切片和地图预缓存组成的技术，是金字塔结构的变分辨率图形图像数据存储和显示技术[3]。本文根据系统的具体使用特点和要求，在实验的基础上，针对性地设计了瓦片分割和缓存方案。对原点、分级、瓦片大小、格式、分割方法等进行了具体设置。采用了ArcGIS 10支持的紧凑型瓦片缓存文件格式，将切片数据和索引数据分别存储在bundle和bundlx文件中。

3.2 嵌入式矢量数据存储

在本文中，采用Spatialite进行数据管理和操作。SQLite是一个简单的关系数据库管理系统，Spatialite是SQLite的一个空间扩展，提供了丰富的矢量数据库管理和操作功能，是SQLite的空间数据引擎。SpatiaLite支持OGC的SFS（简单要素获取规范：Simple Feature Access）规范[4]，作为一个单一的二进制文件也被用来作为GIS矢量地理空间数据交换格式。数据索引采用R-tree索引方法。

3.3 数据转换方法

外业调绘成果需要将Spatialite数据库存储的空间数据格式转换为桌面GIS软件支持的数据格式，本文的转换方法是转换为ArcGIS的Personal Geodatabase或File Geodatabase格式。其技术流程如图10所示。

图10 数据转换流程

采用符合OGC标准的WKT和WKB空间数据格式作为转换的中间格式是实现2种数据文件格式换换的关键。Spatialite是以内置的二进制大对象存储空间数据。先将Spatialite的这种数据格式转换为WKT和WKB空间数据格式，然后再转换为ArcGIS的Geodatabase格式。具体方法是分别将WKT和WKB的PIONT、LineString和Polygon转换为ArcGIS定义的点、线、面等要素类型。然后存储到相应的转换后的图层。技术流程如图11所示。