基于移动云GIS的公路勘测外业数智平台应用★

李 剑，颜廷舟，丁德斌，颜良宇

(1.湖北省交通规划设计院股份有限公司,湖北 武汉 430051; 2.中国地质大学(武汉)工程学院,湖北 武汉 430074)

0 引言

在传统的公路勘测外业调查模式中,外业数据的采集主要依靠手工来完成[1],信息化程度低、新技术应用滞后,且很多的野外数据信息都以纸介质形式记录,不能直接进行数字化处理和二次利用,易被涂改替换,存在对调查信息共享传递不及时,处理效率低下等问题[2]。另一方面,外业调查成果管理主要倚重人工和经验,真实性无法实时监察,存在偷工、瞒报等问题。

基于此,针对用户需求分析,基于移动GIS和云服务技术,开发公路勘测外业数智平台,即采用移动采集终端解决外业现场原始勘测数据及质量检查数据的标准化、数字化采集;采用Web管理平台完成工程项目的数据查询和智能化管理,并对接内业的专业处理系统,实现基础勘测与调查数据采集,质量管理,实现勘察设计内外业一体化、智能化[3]。

1 移动GIS与云服务技术特点

1.1 移动GIS的特点

移动GIS是一种集成系统,是GIS,GNSS(卫星导航定位系统),移动通信,互联网服务,多媒体技术等的集成,具有以下特点:

1)移动性:运行于各种移动终端上,与服务端可通过无线通信进行交互实时获取空间数据,也可以脱离服务器与传输介质的约束独立运行,具有移动性。

2)动态(实时)性:作为一种应用服务系统,应能及时地响应用户的请求,能处理用户环境中随时间变化的因素的实时影响,如用户对地图服务的需求,能提供实时多种专题的地图服务并实时浏览显示等。

3)对位置信息的依赖性:在移动GIS中集成各种定位技术,用于实时确定用户的当前位置和相关信息系统。

4)移动终端的多样性:移动GIS的表达呈现于移动终端上,移动终端有手机、掌上电脑、车载终端等[4]。

1.2 云服务技术特点

云技术通过互联网提供动态的、可扩展的和时常虚拟化的资源来服务用户,云计算系统采用分布式存储的方式存储数据,用冗余存储的方式(集群计算、数据冗余和分布式存储)保证数据的可靠性。冗余的方式通过任务分解和集群,用低配机器替代超级计算机的性能来保证低成本,这种方式保证分布式数据的高可用、高可靠和经济性,即为同一份数据存储多个副本。

2 公路勘测外业数智平台构建与需求分析

2.1 公路勘测外业数智平台构建

公路勘测外业数智平台以工程地质勘察、设计外业调查为主,全面观测质量管理及安全管理。系统主要由服务器端(服务器程序、数据库)、Web客户端和移动客户端组成,如图1所示。

2.2 Web智能管理平台构建与需求分析

Web智能管理平台包含文件管理、决策管理、进度管理、内外一体化管理模块。

1)项目文件管理可对外业工作的质量管理标准化、规范化、信息化,使外业工作质量管理实现全过程管控,提升质量管理水平,包含技术文件管理、经营文件管理、三标文件管理等。

2)项目决策管理,对项目工作进行统筹安排,包含项目信息、项目组织机构、人员资源和物资资源管理等。

3)项目进度管理实现对外业数据采集进行数字化、信息化和智能化处理,包含勘测外业调查、资料数据编录、野外人员坐标定位、应急救援呼叫、人员考勤管理、外业进度统计查询等。

4)项目内外业一体化管理对外业数据电子表单的自动化输出,并与设计软件实现互联互通[5]。

外业数智平台系统见图2。

2.3 移动数字化采集系统构建与需求分析

移动数字化采集系统包含工程地质勘察、设计调查、质量管理、安全管理四大模块,如图3所示。工程地质勘察模块和设计调查模块分别解决外业现场工程地质勘察业务和各专业设计调查数据标准化、智能化采集;质量管理模块实现勘察设计大纲、勘察设计方案评审记录、勘察设计文件审查记录、勘察设计指导卡、勘察设计资料互提单。安全管理主要研究外业人员考勤打卡、电子围栏出入报警、一键求救报警,保障野外作业人员安全。

2.4 外业数智平台系统的实现

外业勘测数智平台以项目生产流程为主线,结合需求进行资源及用户角色权限的管理,对于外业勘测采集人员,采用不同的用户对应不同的项目任务和资源。总体采用JAVA/.NET技术为主,基于B/S架构,采用MVC模式进行分层。客户端使用jquery,ajax,flash,Template engine等技术以地图瓦片的形式发布数据,能够发布大面积、大体量的基础数据;服务器使用Linq,Entity Framework,ORM,Webservice,IIS等技术实现自由平滑缩放,适应各类轻量级终端设备,解决了工程项目中多源异构且体量大的问题。

数据存储采用SQL Server关系数据库,移动端APP采用Android Studio集成开发环境及高德地图、百度地图、91地图API软件开发包,搭建Android开发环境及相关插件包进行开发和功能实现,将公路勘察项目CAD数据、影像数据、地质底图等通过超图平台进行数据发布,移动端及后台服务器通过调用相应服务实现数据的存储、更新、上传和下载,包含多源底图集成、项目任务配置、地质数据采集、数据管理、成果上传、常用工具和版本管理七大主要模块功能。

3 公路勘测外业数智平台的应用

3.1 公路勘测外业数智平台构建

在勘测外业数据采集管理系统中,架构模式采用了“分层模式”,系统共分为4个层次,分别为数据展现层、数据接入层、数据处理层、数据存储层,如图4所示。

图5为钻孔编录模块的功能架构。在野外地质勘察过程中,管理人员可以通过云端下达钻孔任务,工程人员可以根据地质勘察任务进行下载,根据地图功能可实时确定钻孔的具体位置[6]。通过短视频、语音、现场照片等形式对现场进行实时记录,借助录音及手写输入完成钻孔基本信息的快速录入[7]。

移动数字采集系统的地图功能包括在线地图、专业地图、外部地图的导入,如图6所示。

根据坐标系统及参数转换自动校正,保证地图在不同坐标之间能够无偏移浏览,减少前期地图校正处理工作。同时,采用高压缩比(数据压缩比大于10倍),将栅格数据转为rxd格式,便于移动app终端使用。为了便于工程人员在勘测外业中对调查点实时定点导航、查询调查点周边地形地貌、构筑物等情况,可通过加载矢量与栅格(CAD)的总体路线图及地形图数据,实现野外调查定位记录,同时减少纸质地形图携带、现场辨识地形地貌等复杂与低效操作问题。

图7为编录基本信息与形成的水印成果,以地质勘察为例,钻孔编录内容包括基本信息、地层信息、取样信息、原位测试、照片等5大类信息的采集工作。项目的钻孔编录模版可进行快速输入及修改,照片采集中自动分类,命名以及水印的生成,减少后期照片的整理归档工作。

在野外采集工作结束后,通过网络上传至云端存储,既可以上传、编录基本信息,同时可以在云端导出内业设计标准表格,极大节省了钻孔资料的内业整理工作。

公路工程中涉及总体路线、路基路面、桥梁涵洞、隧道、路线交叉、交通工程及沿线设施、环境保护、筑路材料、施工组织及设计概算诸多专业,调查记录内容极其繁杂[8]。野外调查情况见图8。

针对公路工程行业特性,基于纸质调查记录表格,移动终端开发了电子罗盘、极射赤平投影、测高测距、物探测线和测点、手绘板、激光测距、遥感解译、计算器、手电筒等功能,借助移动终端的多媒体工具实现不同子专业的野外调查内容的快速编入,并通过云端实时导出内业标准设计表格,如图9所示。

3.2 Web智能管理云平台的应用

Web智能管理云平台按角色分配给管理人员及项目负责人使用,用来制定项目计划、进度、调查资料质量、考勤进行管理(见图10),并对工作量进行统计并提供决策管理等功能。

由图10可知,项目负责人可以针对分派的项目,对项目人员进行添加、删除等操作,对项目具体的坐标系统(包括中央经线)及项目范围信息等进行设置。在云平台内,管理人员根据实时外业勘测进度,查看工作进度及工程人员所在位置。此外,管理人员也可以及时查看通过移动终端上传至云平台的基础资料,便于及时进行决策管理。

图11为考勤与工作量统计管理。工作量统计可以对勘测任务完成情况进行统计,并以图、表的方式进行呈现,同时可以将统计数据进行表格导出。人员考勤管理员可以对所有项目所在的工作人员进行管理,通过下拉框依次选择单个项目,查看该项目下所有人员最新的打卡时间以及定位信息。

4 结论

本文在深度调研公路工程外业勘测工作自动化及需求分析的基础上,基于移动GIS和云服务开发了公路勘测外业数智平台,并介绍了该平台在外业勘测过程中的应用,得出如下结论:

1)外业勘测数智平台不仅可以满足公路工程勘测外业的数据采集工作,而且极大提高了内业的资料整理工作,解决外业与内业有效衔接的问题。

2)外业勘测数智平台业务功能及流程既满足外业数据采集需求同时兼顾企业管理需求,提高了企业经营管理能力及业务综合水平。

3)本文所开发的平台不仅是公路外业勘测成果资料信息管理一种新的尝试,而且也为后续勘察、设计、施工及营运阶段的资料快速利用提供了新的可能,研究成果也可进一步推广至铁路、水利行业。