基于高精度定位的通用型GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳斌暉

(湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局四○二，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 概述

外業(yè)調(diào)繪是GIS數(shù)據(jù)獲取的首要工作，是自然資源調(diào)查的重要手段。然而，傳統(tǒng)的外業(yè)調(diào)繪大多基于紙質(zhì)圖紙，在定位、攜帶、標(biāo)注、作業(yè)方面存在諸多操作不便，且內(nèi)業(yè)作業(yè)員不易判讀外業(yè)調(diào)繪人員圖紙筆跡，給內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理帶來了很大的工作量。外業(yè)調(diào)繪工作任務(wù)重、時(shí)間緊、要求高，傳統(tǒng)的模式已經(jīng)不適應(yīng)新形勢(shì)下的要求了。數(shù)字化GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能有效解決以上問題，是行業(yè)所趨。目前市面上數(shù)字化調(diào)繪系統(tǒng)較多，但依然存兩個(gè)突出問題，一是大多數(shù)系統(tǒng)是針對(duì)某一種調(diào)繪種類而開發(fā)，不具備通用性；二是系統(tǒng)定位精度低，主要依靠設(shè)備自帶GPS，無法到達(dá)亞米級(jí)定位。

針對(duì)上述問題，本文提出了設(shè)計(jì)開發(fā)高精度通用型GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)分為“數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”和“數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)”兩部分，完整覆蓋底圖制作、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等自然資源調(diào)查內(nèi)外業(yè)作業(yè)流程。本系統(tǒng)的特色主要有五點(diǎn)，一是系統(tǒng)安全可靠：所有采集數(shù)據(jù)都采用自定義格式，需要專門的軟件才能轉(zhuǎn)換；系統(tǒng)可自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)情況，防止數(shù)據(jù)外泄；二是支持高精度外接GPS，在連接Cors基站的時(shí)候最高可達(dá)厘米級(jí)定位；三是內(nèi)外業(yè)一體化：系統(tǒng)配備有數(shù)據(jù)處理軟件，可與移動(dòng)端協(xié)同作業(yè)；四是通用型：系統(tǒng)支持調(diào)查數(shù)據(jù)屬性可配置，可兼容多種類型的項(xiàng)目；五是易操作：界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，功能設(shè)置合理，外業(yè)人員經(jīng)過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可上手操作。

本文旨在提供一套完整的“基于高精度定位的通用型GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”的自然資源調(diào)查技術(shù)解決方案，為自然資源調(diào)查工作盡一份力量。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)見圖1。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

3 技術(shù)架構(gòu)和技術(shù)路線

系統(tǒng)分為“數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”和“數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)”兩部分。前者采用MVC架構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)的采集。后者采用C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)調(diào)查底圖制作、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)編輯等功能。

3.1 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的總體架構(gòu)和技術(shù)路線

3.1.1 技術(shù)架構(gòu)

移動(dòng)端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采用MVC模式設(shè)計(jì)開發(fā)，MVC是一種軟件設(shè)計(jì)典范，用一種業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)顯式分離的方法組織代碼，將業(yè)務(wù)邏輯聚集到一個(gè)部件里面，滿足系統(tǒng)個(gè)性化定制的同時(shí)無需要重新編寫業(yè)務(wù)邏輯，實(shí)現(xiàn)模塊間的松耦合。

3.1.2 技術(shù)路線

開發(fā)語言：Object-C

開發(fā)平臺(tái)：Mac OS 10.8+XCode 5.0

(1)Object-C：Object-C是根據(jù)C語言所衍生出來的語言，繼承了C語言的特性，是擴(kuò)充C的面向?qū)ο缶幊陶Z言。Objective-C可以在gcc運(yùn)作的系統(tǒng)寫和編譯，因?yàn)間cc含Objective-C的編譯器。在MAC OSX系統(tǒng)下，運(yùn)用蘋果提供的SDK等開發(fā)工具包，可以用來做IOS開發(fā)。

(2)XCode 5.0：XCode是蘋果公司向開發(fā)人員提供的集成開發(fā)環(huán)境(非開源)，用于開發(fā)Mac OS X,IOS的應(yīng)用程序，運(yùn)行于蘋果公司的Mac操作系統(tǒng)下。

3.2 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)和路線

3.2.1 技術(shù)架構(gòu)

本系統(tǒng)PC端系統(tǒng)是基于.NET平臺(tái)，利用基于COM模型的ArcEngine開發(fā)組件搭建而成。支持Windows 7及以上操作系統(tǒng)。

3.2.2 技術(shù)路線

(1)開發(fā)語言。C# 6.0擁有C/C++的強(qiáng)大功能以及Visual Basic簡(jiǎn)易使用的特性，是一種組件導(dǎo)向的程序語言，和C++與Java一樣亦為對(duì)象導(dǎo)向程序語言。所以C#語言在ArcGIS插件式開發(fā)中具有其他開發(fā)語言無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

(2)開發(fā)平臺(tái)。開發(fā)平臺(tái)采用Visual Studio 2017 + ArcEngine 10.2.2。

Visual Studio是微軟公司推出的開發(fā)環(huán)境。是目前最流行的Windows平臺(tái)應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。Visual Studio 2017是微軟于2017年3月8日正式推出的新版本，其內(nèi)建工具整合了 .NET Core、Azure 應(yīng)用程序、微服務(wù)、Docker容器等所有內(nèi)容。ArcEngine 10.2.2支持最新的geodatabase制作，可大大縮短矢量底圖制作時(shí)間。

3.3 高精度定位模塊與移動(dòng)端的通信

通過利用標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸加解密技術(shù)和接口二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”與已有的工業(yè)級(jí)定位導(dǎo)航模塊對(duì)接、交互，從而達(dá)到了GIS數(shù)據(jù)采集亞米級(jí)定位(在連接HNCors基站達(dá)到固定解算的情況下可達(dá)到厘米級(jí)定位)。涉及的主要技術(shù)如下：

(1)通信協(xié)議。藍(lán)牙通訊技術(shù)負(fù)責(zé)導(dǎo)航定位模塊與“數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”設(shè)備間相互匹配，以及建立和管理設(shè)備間的物理和邏輯鏈路。

(2)傳輸數(shù)據(jù)加解密。導(dǎo)航定位系統(tǒng)模塊獲取的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)是涉密數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕瑢?dǎo)航定位模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)之前會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，“移數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”在接收到數(shù)據(jù)的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解密。數(shù)據(jù)加密技術(shù)是對(duì)信息進(jìn)行重新編碼，從而達(dá)到隱藏信息內(nèi)容使非法用戶無法獲得信息真實(shí)內(nèi)容的一種技術(shù)手段。本文中的導(dǎo)航定位模塊使用DES加密技術(shù)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

(3)芯片接口二次開發(fā)。導(dǎo)航芯片利用嵌入式開發(fā)方式，提供API供數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)調(diào)用。導(dǎo)航定位芯片能夠接收基站的位置信息，接收到位置信息后處理完發(fā)送給請(qǐng)求位置的“數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)”，后者調(diào)用導(dǎo)航定位芯片開放的API接口進(jìn)行二次開發(fā)對(duì)接收信息進(jìn)行加解密、認(rèn)證處理。

3.4 通用型設(shè)計(jì)模型

從地理信息發(fā)展的歷史和外業(yè)數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容來看，地理信息數(shù)據(jù)采集的本質(zhì)就是采集點(diǎn)、線、面的空間位置以及屬性信息，空間位置即點(diǎn)、線、面的坐標(biāo)；屬性信息包括文字屬性、音頻屬性以及圖像屬性。每一種外業(yè)數(shù)據(jù)采集其不同點(diǎn)就在文字屬性的不同。要做到通用，則需要文字屬性可配置。文字屬性大體包含幾種錄入方式：手動(dòng)輸入、自動(dòng)賦值、手動(dòng)選擇以及智能記憶。通過設(shè)計(jì)一種通用的規(guī)則來實(shí)現(xiàn)上述的錄入方式。比如完全需要手動(dòng)輸入的信息則標(biāo)記為類型0，有默認(rèn)值單可以手動(dòng)修改的標(biāo)記為類型1，有默認(rèn)值不能手動(dòng)修改的標(biāo)記為類型2，手動(dòng)選擇的則標(biāo)記為類型3，只能輸入整數(shù)則標(biāo)記為類型4，只能輸入浮點(diǎn)型或者整型的則標(biāo)記為類型5，需要選擇日期格式的則標(biāo)記為類型6，可以手動(dòng)輸入也可以手動(dòng)選擇的則標(biāo)記為類型7，需要從其他資料中讀取信息的則標(biāo)記為類型8，需要將某個(gè)屬性的文字轉(zhuǎn)為拼音的則標(biāo)記為類型9，獲取當(dāng)前經(jīng)度則標(biāo)記為類型10，獲取當(dāng)前緯度則標(biāo)記為類型11等。需要智能記憶上次輸入的值則配置一個(gè)Remember規(guī)則，Remember為0表示不記憶上次輸入的值，為1則記憶上次輸入的值。

4 總結(jié)

本文研究成果“高精度定位的通用型GIS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，具有兼容多種外業(yè)調(diào)繪、實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)采集亞米級(jí)定位，目前已應(yīng)用于地理國(guó)慶普查、農(nóng)村土地承包經(jīng)營(yíng)權(quán)調(diào)查、數(shù)字城市數(shù)據(jù)更新、兩違巡查、第三次國(guó)土調(diào)查，為用戶單位節(jié)省了大量項(xiàng)目成本，可復(fù)制性強(qiáng)，成果具有較好的市場(chǎng)推廣前景。