移動GIS版地理國情外業調繪系統的設計與實現

陳曉寧，劉金榜

（1.陜西省第二測繪工程院，陜西 西安 710054；2.重慶市勘測院，重慶 401121）

移動GIS版地理國情外業調繪系統的設計與實現

陳曉寧1，劉金榜2

（1.陜西省第二測繪工程院，陜西 西安 710054；2.重慶市勘測院，重慶 401121）

針對地理國情普查或監測外業的工作內容和要求，設計并開發了一套移動GIS版外業調繪系統產品，并對其關鍵技術，如地圖瓦片和緩存、嵌入式矢量數據管理和內外業數據格式轉換等技術方法進行了研究和開發。應用證明，本產品與同類產品相比，具有一定的優勢。

地理國情普查；移動GIS；嵌入式數據庫；數據格式轉換

地理國情普查或監測業務已經成為我國測繪地理信息行業一項常態化業務。這項業務中的一個重要環節是根據地理國情普查或監測任務技術要求，利用遙感影像和收集到的已有矢量或影像數據在野外環境進行調繪并對比核查數據的正確性和可靠性。通常的作業方法是采用紙質的地圖或正射影像圖作為地圖。存在的問題是明顯的，如攜帶不方便，GPS坐標難以與地圖坐標匹配，修改編輯不方便，內業需要重新轉繪，輔助資料難以疊加使用[1-2]。一種新的作業手段是使用移動GIS版電子調繪系統，但這些系統的設計目的多數是為遙感測繪或土地調查等類似業務服務的，在應用中存在許多不便之處。針對地理國情普查和監測業務與常規的地圖測繪和國土調查業務的區別，設計開發一種專用的地理國情普查和監測外業調繪系統產品十分必要。

1 技術分析

在生產實踐中，地理國情普查和監測的通常作業流程是首先對地表覆蓋分類和地理國情要素內業無法確定的類型、邊界和屬性進行外業調查，其次是對內業處理的成果進行正確性核查，然后對調查和核查過程有關信息，如類型、屬性、解譯樣本和核查軌跡等進行記錄。最后將外業成果導入內業數據處理系統進行整合和更新編輯。其數據生產技術流程可以概括為7個階段，如圖1所示。

首先進行地理國情普查與監測前期的準備，然后根據一定的判繪經驗和前期準備的樣本數據集進行內業解譯；內業解譯完成后，制作外業調繪的底圖和外業調繪采用的初始數據庫；外業解譯調繪完成后，需要將外業調繪數據轉化為內業解譯軟件能夠識別的數據格式，進行清繪和內外業整合；內外業整合完成后經過質量檢查形成階段普查成果。經過標準時點核準和質量檢查后就可以成果入庫。

圖1 地理國情普查生產技術流程

就整個生產流程而言，有3部分需要大量時間：①內業采集。需要采用人機交互的方式對地表覆蓋分類進行解譯，對地理國情要素進行分類采集，需要大量的時間。②外業調繪。外業調繪的過程中需要對內業不確定的要素進行調查，確定的進行一定程度的核查，收集資料、采集樣本等。③內外業整合。需要根據外業調繪結果對內業數據進行檢查和修改，對數據進行整合、接邊并進行元數據的制作。

本文結合地理國情普查生產技術流程、任務內容、特點和需求，提出了基于移動GIS技術的內外業一體化技術方案，如圖2所示。

圖2 內外業一體化技術方案

本技術方案對整個流程實現無紙化處理，內業前期數據處理的結果可以直接導入平板電腦系統，外業調查和核查后的數據成果可以直接轉換為內業數據格式，供內業人員進一步數據處理。

2 系統設計

2.1 系統架構

本文根據所提出的內外業一體化技術方案，基于安卓平板電腦平臺，采用離線移動GIS的C/S體系結構，設計了由硬件支持層、數據層、業務邏輯層和表示層構成的系統4層架構，如圖3所示。

2.2 數據圖層設計

系統的數據庫設計基于SQLite和Spatialite技術，用于對外業調繪所涉及的影像解譯的地表覆蓋數據、國情要素數據、補測數據、樣本點數據、GPS軌跡數據、作業員信息數據等進行記錄和存儲。數據圖層設計如表1所示。

圖3 系統架構

表1 數據庫圖層設計

2.3 屬性表設計

SQLite關系數據庫支持的數據類型有NULL、INTEGER、REAL、TEXT和BLOB 5種數據字段類型。根據外業調繪的數據類型和內容，數據庫屬性表的設計如表2所示。屬性數據使用Spatialite_GUI工具進行輸入。

表2 屬性表設計

2.4 系統功能設計

根據外業調繪的工作需求，系統的主要功能包括4大類，如圖4所示。

圖4 系統的功能設計

2.5 系統主要功能實現

本系統的主要功能是基于Android4．1．2和ArcGIS for Android API 10．1．1開發的。系統功能操作界面如圖5所示。

圖5 系統界面

數據加載功能主要用于向系統導入內業前期處理的底圖數據，其加載過程如圖6所示。

圖6 數據加載流程

定位圖幅功能是為了定位當前位置屬于哪個標準圖幅所涉及的自動減災底圖數據的功能，如圖7所示。

圖7 定位圖幅流程

GPS功能主要包括GPS定位、GPS采集和GPS軌跡等信號的接收和處理以及數據的記錄。其功能流程如圖8所示。調繪功能是系統的核心功能，用于實現對調繪過程產生的幾何和屬性數據進行編輯。功能流程如圖9所示。

圖8 GPS功能流程

3 關鍵技術

移動GIS平臺集成了GIS、移動定位、無線通訊、嵌入式數據庫、陀螺儀、感應器等多種前沿技術，并通過接口和開放的數據轉換標準和桌面系統進行數據的交互和共享，為用戶提供實時定位、信息查詢、路徑導航等功能。但移動GIS終端設備的資源有限性和使用環境的復雜性等缺陷也是明顯的，如在處理速度、存儲容量、內存和顯示等方面能力有限。針對這些問題，本文研究解決了一些關鍵技術問題。

圖9 調繪功能流程

3.1 地圖瓦片和緩存設計

地圖瓦片是一種靜態的地圖切片和地圖預緩存組成的技術，是金字塔結構的變分辨率圖形圖像數據存儲和顯示技術[3]。本文根據系統的具體使用特點和要求，在實驗的基礎上，針對性地設計了瓦片分割和緩存方案。對原點、分級、瓦片大小、格式、分割方法等進行了具體設置。采用了ArcGIS 10支持的緊湊型瓦片緩存文件格式，將切片數據和索引數據分別存儲在bundle和bundlx文件中。

3.2 嵌入式矢量數據存儲

在本文中，采用Spatialite進行數據管理和操作。SQLite是一個簡單的關系數據庫管理系統，Spatialite是SQLite的一個空間擴展，提供了豐富的矢量數據庫管理和操作功能，是SQLite的空間數據引擎。SpatiaLite支持OGC的SFS（簡單要素獲取規范：Simple Feature Access）規范[4]，作為一個單一的二進制文件也被用來作為GIS矢量地理空間數據交換格式。數據索引采用R-tree索引方法。

3.3 數據轉換方法

外業調繪成果需要將Spatialite數據庫存儲的空間數據格式轉換為桌面GIS軟件支持的數據格式，本文的轉換方法是轉換為ArcGIS的Personal Geodatabase或File Geodatabase格式。其技術流程如圖10所示。

圖10 數據轉換流程

采用符合OGC標準的WKT和WKB空間數據格式作為轉換的中間格式是實現2種數據文件格式換換的關鍵。Spatialite是以內置的二進制大對象存儲空間數據。先將Spatialite的這種數據格式轉換為WKT和WKB空間數據格式，然后再轉換為ArcGIS的Geodatabase格式。具體方法是分別將WKT和WKB的PIONT、LineString和Polygon轉換為ArcGIS定義的點、線、面等要素類型。然后存儲到相應的轉換后的圖層。技術流程如圖11所示。

圖11 轉換技術過程

4 結 語

針對地理國情普查外業調繪的具體業務，設計并開發的移動GIS版調繪系統具有針對性，經實際工作試用，與同類產品相比具有一定技術優勢。在緩存技術、數據存儲管理和內外業數據格式轉換等方面具有一定的技術特色。但也存在一些不足，如編輯功能不夠完善、批量修改功能較弱等，需要進一步完善。

[1] 毛衛華,徐柳華．地理國情野外調繪核查系統設計與實現[J]．山東國土資源,2013(8):40-42

[2] 李俊鋒,趙善敏,郭旭．基于紙質調繪與電子調繪的對比分析[J]．山西建筑, 2014,40(6):222-223

[3] 趙大龍,孫恒宇．地圖切片技術分析與簡單實現[J]．測繪與空間地理信息,2010,33(1):116-118

[4] 鐘先坤,張貴和,張登波．淺談地理國情監測與測繪高新技術[J]．江西測繪,2012,91(1):15-17

[5] 莊曉東,王海銀,胡振彪,等．地理國情普查外業調繪核查系統實現[J]．2016,41(2):58-61

[6] 吳滿意,王占宏,楊新海．地理國情外業核查數碼調繪系統的模塊設計研究[J]．測繪技術裝備,2013,15(3):16-18

[7] 徐柳華,陳捷,陳少勤．基于iPad的移動外業信息采集系統研究與試驗[J]．測繪通報,2012(12):75-78

P208

B

1672-4623（2016）06-0041-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.014

陳曉寧，高級工程師，研究方向為攝影測量與遙感。

2016-04-07。

項目來源：國家測繪地理信息局資助項目（2016KJ0301）。