测绘地理信息移动采集与管理服务平台研究与应用

周旺辉，蔡东健，王 涛

(苏州工业园区测绘地理信息有限公司， 江苏 苏州 215000)

在传统测绘作业方式中，首先，分析、收集任务的影像、地形图，制成纸质地图、影像及表格；然后，在纸质地图、影像上标绘采集信息，纸质表格中记录采集相关属性信息，并使用GPS、全站仪等数据采集设备获取目标位置并记录；最后，回到办公室将采集的数据展至成图平台，参考纸质地图的标绘信息进行数字化成图，同时把与其相关联的属性数据录入数据库。这种数据采集方法偏重于空间位置测量，忽略了其他属性信息，比如采集时间、照片信息等。这种作业方式主要存在数据采集成本高、效率低、时效性差、易出错等不足[1-3]。测绘作业管理主要基于OA系统管理，以文档形式进行任务分配管理，无法基于项目的精确位置进行把控，难以实现精确分配和实时掌控[4]。因此，为了实现快、准、全的测绘地理信息采集模式，增强数据采集时的数据共享与协同性，实现内外业一体化，提高测绘项目智能化管理水平，亟需开展测绘地理信息移动采集与管理服务平台的研究。

针对上述背景，本文以Android平板电脑为采集终端，研究多源GNSS设备与采集终端端的数据通讯及处理、基于云服务的移动系统搭建以及Microstation V8i的内业成图自动化等内容，开发完成了一套测绘地理信息移动采集与管理服务平台，制定统一的成图标准，实现了外业测绘地理信息的移动采集、内业成图自动化及以图管项目，即内外业一体化。

1 需求分析

测绘地理信息从业者作为位置信息的采集者，往往是基于位置服务的提供者，随着信息技术的快速发展，如何在数据采集的同时为自己或者同伴提供数据服务，实现数据采集实时共享与协同作业、内外业采集编辑一体化、测绘项目智能化管理正逐步实现[5]。本文将移动GIS技术、GNSS技术和无线网络通信技术相结合，研制通用的测绘地理信息移动采集与管理服务平台，实现信息采集与管理服务的智能化[6-9]。

1.1 快、准、全的数据采集模式

快——免去作业前的测绘资料整理，现场直接加载最新各类专题数据库，实时辅助信息采集；属性采集实现智能感知及记忆功能，减少外业过程的数据编辑量；准——实现外接GNSS设备与移动端的通信与数据处理，精确定位；全——空间位置、属性数据、照片视频数据均可采集与编号入库。

1.2 协同化作业

平台支持测量数据的实时上传与下载，移动终端可以实时显示所有人员已测绘的点位，实现多人同时测绘时数据共享，不同作业人员可以很好地协同作业，不会出现漏测、错测、复测等情况，见图1。

图1平台数据流程图

1.3 测绘项目管理智能化

测绘作业时位置信息回传至服务器，管理人员基于平台，实时查看各项目位置信息、时间属性、任务状态等信息，可以根据空间位置、时间分布进行查询、统计与分析，实现信息化管理。

1.4 安全、稳定的WebService

在移动终端与服务器间建立安全、稳定的数据通讯机制，实现数据的高效上传与下载、传输稳定、访问安全、在线与离线双重访问方式等特性[10-12]。

1.5 内业自动化成图

内业数据处理系统对外业采集终端采集的数据进行解析，根据属性进行精细化、自动化编辑处理[13]。

2 平台设计

2.1 架构设计

平台采用分层设计，从逻辑上划分为4个层，即基础设施层、数据层、服务层以及应用层(见图2)。每个层内部完成属于自己的任务，层与层之间通过接口联系。将平台的组件分别放置在不同的层内，同一层的组件具有较高的内聚性，不同层之间保持松散耦合。

2.2 基于云服务的移动系统设计

基于云服务技术，将系统服务数据存储于云端，完成数据的统一存储与管理，并从云端将数据提供给移动用户，保证用户随时随地的获取服务数据，即实现“在线模式”和“离线模式”相结合的新型应用模式(见图3)。平台充分考虑高度虚拟化、高度资源共享要求，评估可弹性空间和可扩展性，整合资源构建大数据云，将数据分布式存储于数据中心的防火墙内，提供对数据安全性和服务质量的有效控制。从动态角度通过行为建模来设计平台运行中的数据流过程，采用“系统自适应管理策略”来实现不同网络条件下 “在线模式”和“离线模式”之间无缝自由切换，同时保证服务数据的连贯性和准确性。

图2平台架构图

图3基于云服务的移动系统工作原理

3 平台主要功能及实现

3.1 平台功能模块

根据上述平台架构设计，深挖业务需求，设计并实现了如下平台功能(见图4)。平台主要包括三部分内容：平台服务系统、外业信息采集终端以及内业数据处理系统。为了实现平台的普适性、高效性，采用模块式开发并支持不同测绘标准的高度自定义。

图4平台功能模块

3.2 平台服务系统

(1) 测绘标准自定义。为了能够适应不同区域、不同项目类型的采集要求，平台支持测绘标准自定义。用户根据项目类型、需要采集的信息，在平台中任意定义字段及属性约束。以管线测量为例，管线标准自定义流程为：新建管线标准、新建管线大类、添加管线小类、管点属性添加、管段属性添加等。属性支持分级设置、智能记忆、输入约束等功能，极大提升外业终端采集效率。

(2) 坐标系自定义。由于不同区域设置了当地城市坐标系，本平台支持用户自定义坐标系，以确保在任意城市均可以准确测量至要求的坐标系。坐标系自定义支持用户定义转换七参数、投影参数等。

(3) 项目管理。根据管理需要对项目进行分类，如项目类型、项目区域、项目负责人、项目状态等，方便管理者以不同视角掌握单位生产运营情况，及时调配资源。结合电子地图或影像图等，将项目位置和范围标绘在地图上直观展示，基于地图查询定位项目，达到以图管项目的目的。

3.3 外业信息采集终端

(1) 基于多源GNSS设备与采集终端的数据通讯与处理。采集终端实现了与多款GNSS设备互联通讯，分析各类GNSS设备开放的蓝牙通信内容，解析串口转蓝牙通信协议(见图5)[14]。采集终端读取GNSS数据，并根据NMEA-0183协议内容，快速提取日期、时间、精度、纬度、速度和残差等有用信息[15]。考虑存在卫星信号丢失等问题，移动端内置GPS定位与外接GNSS设备定位间进行无缝切换。

图5多源GNSS设备与采集终端的数据通讯与处理

(2) 数据采集。数据采集系统提供了多样化的地图显示与定位功能，可以实现采集的数据、背景地形数据以及各种专题数据进行显示、缩放、定位、浏览及图层控制等操作(见图6)。数据采集系统可以采集包括管线、地形、部件在内的各种空间位置数、属性数据、照片视频数据。系统设计并实现了智能记忆、根据使用频次自定义属性顺序、逻辑判断、特殊颜色标识、mdb反导标绘等，减少用户采集过程中的输入频次，避免漏测，真正达到数据采集的高效与完整性。

图6数据采集界面

(3) 基于自适应策略的数据访问与传输。当外界网络条件稳定时，平台首选“在线模式”下工作，即采集终端通过现有的GPRS、CDMA、3G或者4G网络技术与服务器建立连接，实时地与服务器端进行基础地理空间数据和系统数据的交互。但是在平台实际运行过程中，由于服务器本身故障或者无线网络传输信号不佳等因素，导致采集终端无法与服务器进行实时数据交互，为保证用户的正常使用，系统自动、无缝地切换到“离线工作”模式。“离线工作”模式下，采集终端根据定位信息加载离线地图，然后将采集的数据存入本地数据库中，待重新与服务器取得联系时，再将这个时段内记录的项目数据通过“在线模式”上传至服务器端，及时更新服务器端的项目数据，以确保本地数据库中的数据与服务器中的数据同步，保证其他采集终端在同步作业时数据采集的实时性。

3.4 内业数据处理系统

以Microstation V8i为基础平台，开发实现了内业数据处理系统，主要功能是对外业采集的信息进行深加工。内业数据处理系统和外业采集终端一致遵循平台服务系统所建立的数据采集标准，能对外业采集过程中的重复采集、错采、漏测进行分析、预警，最大限度地保证数据的质量。在进行数据预处理后，系统自动成图、质检和入库，极大地提升了处理效率(见图7)。

图7内业数据处理系统

4 结 语

本文首先分析了传统测绘作业模式存在数据采集效率低下、数据处理需要大量人工操作以及项目管理粗略等问题，然后针对信息化背景下新型测绘生产与项目管理提出了基于位置服务的新思路，成功开发了覆盖作业全流程的测绘地理信息移动采集与管理服务平台。平台基于云服务的移动系统设计，保障不同环境下数据采集的可行性与完整性；支持标准自定义以及以图管项目的后台服务系统，允许用户在任意区域、标准下使用；基于Microstation V8i的内业数据处理系统，实现了自动化成图、质检与入库。通过对多个区域进行外业信息采集生产作业，验证了本平台具有一定的应用和推广价值。