移动GIS数据集成管理技术研究与示范应用

刘全海，罗迪，冉慧敏，羊锴，李楼

(1.常州市测绘院，江苏 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技术中心，江苏 常州 213003)

1 引 言

随着智能移动设备性能的提高以及移动操作系统的日益成熟，移动GIS在城市管理、交通导航、抢险救灾、野外数据采集等领域以及人们日常生活中都得到了广泛应用[1]。然而，在地理信息生产与应用的主要领域，如规划、国土等部门，虽积累了海量丰富的空间地理信息，但现有应用多集中在PC端，甚至仍停留在地图等纸质数据的应用层面。

造成该现象的主要原因是未解决数据安全和运维管理的若干关键技术。首先，地理信息数据种类繁多、数据量大，给移动地理信息数据的综合管理带来巨大挑战。其次，不同于具有成熟网络环境的PC端，各类重要的地理信息数据承载在性能单薄、存储有限的移动终端，数据的安全性是一个关键性问题，如何解决数据的安全性，直接影响移动地理信息系统的应用。此外，不同类型、多个专题数据的版本控制以及移动端与服务后台数据更新机制等，都是移动地理信息系统发展所面临的问题。因此，本文以常州市天宁区地理信息数据应用为示范案例展开研究，研究移动GIS数据集成管理技术，在充分挖掘地理数据价值的同时，保证移动地理信息系统安全、高效地运行，具有重大意义。

2 技术路线

在分析当前移动地理信息应用技术的基础上，结合城市规划建设的应用需求，研究移动GIS数据集成管理技术，研发移动应用系统，服务于规划建设。项目总体技术路线如图1所示。

图1 技术路线图

首先根据数据规范对数据(包括基础底图数据、规划数据、地名道路等)进行处理和加工，采用数据安全和脱密技术对数据进行脱密处理后，从内网同步至外网；通过后台数据维护管理系统入库，对专题数据实现版本管理；然后移动端检测数据更新后，使用多线程并行下载、多线程断点下载技术，将大数据量下载至本地运行。

3 关键技术

3.1 数据安全和脱密技术

(1)用户验证

用户登录系统必须进过用户名/密码/设备进行身份验证。用户登录信息记录在后台数据库中，并对用户登录异常情况进行分析，对异常设备和丢失设备，系统会将该设备设置为黑名单设备，并将该设备数据内容清除。

(2)数据脱密

为保证空间位置脱密后无法精准还原，并且达到降低精度的要求，算法采用多种空间加密算法叠加的形式，在确保数据空间拓扑关系不变的情况下，达到最佳脱密效果。

首先在江苏省1∶25万地图与常州市高精度地图上选取一定数量、均匀分布的同名点，确定采用射影变换模型，计算转换参数。随后采用非线性扭曲模型对坐标进行再次加密，最后对坐标进行扰动保证相对精度在一定范围内。通过该方法处理的坐标精度达到了外网应用要求。

同时，矢量空间数据往往带有大量的涉密信息，需要经过处理后方可展示在外网中。空间数据属性的取舍通过配置表来实现，建立属性表文件与配置表中可展示的公开图层之间的对应关系，将不可公开的属性数据删除。

3.2 空间数据库+文件系统的异构数据管理术

本文采用空间数据库+文件系统的异构数据管理方式管理数据。在库管平台和移动端分别采用Oracle Spatial和SpatiaLite存储矢量数据和结构化数据，采用文件系统存储栅格数据和其他文件数据。通过存储网格管理分布式、异构存储资源，以服务的形式进行组织，提高移动地理信息资源利用率和管理效率。

3.3 数据制作规范与入库规范的制定

为使数据管理高效化，需制定一套完整的数据制作与入库规范流程。首先分析已有数据现状，进行数据归类，按照制定的数据生产与建库规范，对数据进行预处理，然后依照建立的元数据标准对数据进行规范化处理，数据通过质检后再入库管理。需要发布服务的数据按需求发布。数据制作与入库规范流程如图2所示。

图2 数据制作与入库规范流程图

3.4 数据版本管理技术

系统中需要一套版本管理系统记录数据变化历史的系统，方便用户对历史数据的查询和浏览。后台数据维护管理系统在数据管理上主要解决两个问题，首先是区分同一实体不同版本状态，然后是分辨出多个不同版本中的同一实体，并自由地存取与提取。针对数据特点及应用需求，采用两种版本管理方法管理数据。

对于地图切片tpk文件、视频、压缩包等文件数据，这些文件数据通常为单一实体文件，无法分割，因此该类数据的版本管理采用序列快照的方式对整个文件进行拷贝备份管理，采用双时间模型序列快照法进行版本管理。双时间模型序列快照方法按照有效时间和事务时间构建的，保存一系列时间片段，记录各个时间片段状态的不同文件对象。虽然产生了很大的数据冗余量，但是该方法对硬件要求较低，比较适合在移动设备中应用。

对于矢量数据，为达到跟踪专题数据中单个实体版本变化的能力，采用基态增量模型方法管理。其原理如下，数据的某次更新只影响到局部部分实体数据。该方法主要是通过建立增加数据表和删除数据记录管理每一个变化实体的更新状态，其操作原理如表1所示。通过对复杂的操作进行拆分，实现操作的自由组合，并以统一的方式进行记录，通过追踪差量的方式进行数据版本提取。

地理实体行为抽象表 表1

3.5 移动端大数据量在线更新

为了在移动端上提供良好的应用体验，某些更新周期较长的数据采用在线更新下载到本地离线应用的应用方式。通常这部分数据的数据量较大，因此需要采用稳定高效的下载方式。因此本文采用多线程断点续传下载方式实现大数据量的稳定高效更新。断点续传是由客户端告诉服务器已经下载的大小，然后服务器会将指针移动到相应的position，继续读出，把文件返回给客户端。为了下载更快，可以多线程下载，基本实现给每个线程分配固定的字节文件，分别去读取。其原理如图4所示。

图3 多线程断点续传原理

4 应用案例

本文结合常州市天宁区城市规划的应用需求，研制了常州市天宁区规划辅助决策移动系统。系统建设内容主要包括数据中心建设、数据管理系统以及移动应用系统。系统总体架构如图4所示。

图4 系统构架图

数据中心主要包含基础底图、总体规划数据、控制性详细规划数据、公共设施、交通设施、土地利用总体规划、土地利用现状图、生态红线图、可利用土地、重点项目、规划编研成果等数据，数据采用空间数据库+文件系统存储管理。

数据库管理系统基于ArcSDE研发，主要实现数据脱密、质检、入库、版本管理以及移动端数据更新推送等功能。

移动应用系统是基于ArcGIS for android 10.2.4环境下开发的移动应用系统。该系统是最终提交给用户使用的终端系统，主要功能包含图层浏览、多屏对比、图层设置、重点项目、用地分析、宣传成果数据展示、数据更新、量测等辅助功能，系统功能结构如图5所示，移动应用系统实现效果如图6所示。

图5 移动应用系统功能结构图

图6 移动应用系统实现效果图

5 结 语

本文针对移动GIS数据集成管理的多项关键技术进行研究，并结合城市规划的实际应用需求，研制了常州市天宁区规划辅助决策移动系统，系统数据经过多次更新仍保持安全、稳定、高效地运行，在实际生产和应用过程中发挥了良好的效果。然而，目前主要立足于移动数据的存储、维护、传输与展示技术，对于专题数据的分析和挖掘涉及不深，在后续的研究中，将引入大数据思维，进一步研究基于移动设备的大数据实时分析与展示技术，依托丰富的地理信息数据及规划专题数据，为规划决策者提供更有价值的技术辅助，使得移动地理信息应用系统从实用走向智能。