基于iPad的移動外業信息采集系統研究與試驗

徐柳華，陳 捷，陳少勤

(浙江省測繪科學技術研究院，浙江杭州310012)

一、引 言

當前，浙江省基礎地理信息數據已經實現了全省覆蓋，未來將主要圍繞基礎地理信息數據的快速更新工作展開，為此浙江省專門提出了“313”更新目標(3年對全省基礎地理信息數據進行一次全面更新，1年內對主要地形要素進行一次更新，3個月內對標志性、特大型建設工程等重要地理信息進行更新)。然而，與此同時，浙江省地理空間數據生產中還存在技術方法與工藝流程老舊、落后，以及密集型人工處理、單機作業、自動化水平低等問題，特別是野外調繪作業工作量繁重，人員勞動時間長、強度大，從而導致數據更新周期長，數據庫現勢性差，時間難保證，難以滿足政府部門、企事業單位和社會公眾對地理信息的迫切需求。因此，為了提高基礎測繪生產效率，降低野外調繪工作勞動強度，把基礎測繪外業工作人員從繁重的野外作業中解脫出來，實現真正意義上的基礎測繪一體化生產，迫切需要開展移動外業信息采集系統建設的研究。

針對上述背景，本文開展了內外一體化外業信息采集系統平臺的研究工作，并在將美國Apple公司智能平板電腦iPad作為采集終端的基礎上，開發完成了一套基于iPad的移動外業信息采集原型系統平臺。

二、總體框架設計

鑒于當前信息技術的飛速發展，未來內外一體化的移動外業信息采集系統平臺應該是能充分結合信息化技術成果，并能實現外業信息采集與內業采集編輯一體化協同作業的工作平臺。該系統平臺應包含外業信息采集終端系統、平臺服務系統及內業數據處理系統三大部分，同時平臺應具備以下幾個特點：

1)平臺服務系統支持影像底圖及數據采集服務的快速、靈活發布。

2)平臺服務系統能有效地對外業采集作業進行監控、管理，能依據實際情況方便地設定外業信息采集作業路徑，能對采集作業員進行實時監控，查看其作業軌跡。

3)平臺服務系統支持對采集作業中涉及的數據進行加密處理，并能對作業終端回傳的數據成果進行解密;同時能對外業采集成果進行格式轉換、展示、查詢、統計等處理操作。

4)外業采集終端支持對地物信息的多種采集方式靈活組合，可以采用類似手寫記錄、錄音、照相等方式記錄地物的各類信息，采集的各類信息應該與地物相關聯，且能方便查看、修改。

5)外業采集終端具備隨記功能，從而使得外業人員可以如同在紙質底圖上進行數據采集作業，方便地將任意信息記錄于隨記層。

6)外業采集終端在采集地物信息時，不對地物要素進行過多的編輯作業，只是簡單地采集地物的屬性數據及大致形態信息。

7)內業數據處理系統支持對外業采集終端系統所采集的地物粗略形態及其屬性進行精細化編輯處理;同時內業數據處理人員對發現的外業采集作業中的遺漏、疑似錯誤也可反饋給外業采集作業人員，從而避免數據采集過程中的漏采、錯采。

8)外業采集終端能提供較為精確的定位功能，在網絡暢通情況下，能以其實地理位置為中心實時加載一定區域的相關影像底圖服務及采集數據服務。

9)外業采集終端能在離線或在線兩種條件下進行數據采集，并能在采集終端與服務端網絡聯通的情況下將采集得到的數據批量上傳。

10)數據采集終端具備對難以到達的地物進行輔助采集的功能，如輔助延長線等方法。

結合以上特點，該平臺的總體架構如圖1所示，從上到下依次為服務發布層、數據管理層、無線傳輸層和移動終端層。

圖1 系統總體框架

三、技術實現

1．系統功能模塊

根據上述系統框架設計，并綜合對比、分析當前各種移動終端設備優劣，筆者最終選擇了基于美國Apple公司的平板電腦iPad開發一套移動外業信息采集系統平臺。究其原因，主要是由于iPad具有屏幕信息承載能力強、系統操控性強及卓越的電池續航能力等特點。該系統平臺功能結構如圖2所示。

圖2 系統功能圖

2．外業信息采集終端系統

(1)外業作業用戶登入、管理

用戶登入、管理主要是針對外業作業人員在實際采集作業中權限的管理與維護，主要包括采集人員賬號、密碼輸入及采集作業參數設置等功能。

(2)地物信息采集

地物信息采集主要是依靠采集終端系統所提供的地物采集工具對實地地物要素進行采集，外業采集時不對地物要素進行過多的編輯作業，只是采集其所需要的屬性信息，采集編輯作業主要是在內業數據處理系統中完成。外業采集方式包括手寫屬性、隨記屬性、錄音、照片等方式。其中，手寫屬性還具備將某作業區內可能的常用字段進行配置、快速檢索等功能，在實際采集過程中作業員可以根據實際情況靈活地選擇其所需要的地物信息采集方式，并且也可將多種采集方式靈活組合(如圖3～圖6所示)。

圖3 常用字段快速編輯圖

圖4 隨記屬性圖

圖5 錄音屬性

圖6 照片屬性

(3)隨記層

隨記層為外業數據采集作業員提供了類似傳統紙質調繪的功能體驗。作業員可以在隨記層中將地物的各類信息及特殊屬性信息記錄于隨記層上，并且所記錄的信息可以實時或離線地傳輸到服務端。記錄模式主要是采用手寫模式，作業員可以依靠手指或電容筆在屏幕中隨意地記錄下任意感興趣的信息(如圖7所示)。

圖7 隨記屬性

(4)興趣點、路徑搜索功能

本功能主要是針對野外作業人員在采集數據時，可能需要查詢一些地名地址的方位信息以便為作業員查找目的地或選擇路徑之用。其中，既可以調用Google Maps的路徑查詢服務，也可調用浙江省地理空間數據交換和共享平臺所發布的查詢服務(如圖8所示)。

圖8 路徑搜索

3．平臺服務系統

(1)數據接收與載入

平臺服務系統能夠實時接收iPad移動采集終端上傳的外業采集數據;同時實現對外業采集數據自動解壓縮、格式轉換、任務分組，并可以自動載入到服務端系統的采集影像底圖上去。用戶可以在服務端系統的底圖上實時查看自動載入的新采集任務的數據層、隨記層及作業員GPS軌跡層(如圖9所示)。

圖9 作業員作業路徑展示

(2)任務信息查詢

平臺服務系統的采集任務信息查詢功能主要是展現各個外業采集作業員在具體采集過程中的一些基本信息與任務要求，包括采集作業員信息、采集的圖幅編號、GPS軌跡的記錄方式(時間、距離)與記錄間隔、采集過程中常用的屬性字段及該采集任務用到的輔助采集數據信息(如圖10所示)。

圖10 采集任務信息查詢

(3)采集成果查詢

平臺服務系統的采集成果空間查詢主要是方便用戶以空間矩形框、多邊形框、圓形框或者指定查詢坐標范圍的方式選擇一個或者多個采集任務中數據層的調繪成果數據，并查詢選中點的文字屬性、隨機屬性、照片屬性及錄音屬性(如圖11所示)。

圖11 采集成果列表

4．內業數據處理系統

內業數據處理系統主要功能是對外業采集的信息進行深加工。由于移動外業信息采集系統在外業采集作業時，是不對地物要素進行過多的編輯處理的，因此這些地物要素的精細化編輯操作主要是在內業數據處理系統中完成的。在內業數據處理過程中，內業數據處理系統還能對外業采集過程中的錯采、漏采進行分析、預警，從而最大限度地保證數據質量。這種外業采集與內業編輯完全分開的作業模式既能有效地提高地理空間數據采集的作業效率，也能最大限度地提高數據的準確性。

四、結束語

本文首先針對未來信息化背景下的移動外業信息采集系統提出了一整套框架設計思路，并通過試驗驗證了該套設計思路的可行性，最后通過利用Apple公司所提供的iOS開發幫助及Ersi公司提供的ArcGISAPI for iOS成功開發了一套外業信息采集系統。該系統克服了離線環境下外業信息采集的難點，并針對外業信息采集作業中可能會遇到的不利條件開發了相應的輔助功能。通過對小區域進行外業信息采集試生產作業，驗證了本系統具有一定的應用和推廣價值。

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