濟南市小區院落排水設施普查項目調度指揮平臺與移動端采集系統設計與實現

肖現臣，張現軍，于忠海

(濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101)

1 引 言

近年來，我國社會經濟和城市化建設飛速發展，城市面貌日新月異，城市基礎設施加快建設完善。城市地下管網作為城市建設的一項重要內容，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”[1]，其中，排水管線的建設量隨著城市的發展日益增大，為了更好地對排水管線進行管理，促進智慧管網建設并進一步助力智慧城市，對現有排水管線進行詳細的普查成為尤其重要的任務。

多年來，城市地下管線數據采集和編輯一直是耗時易錯的工作[2]。排水管線普查，主要是獲取排水管線的空間位置信息、屬性信息及現狀照片信息。在以往城市地下管線的普查工作過程中，任務分配、班組調動往往采取項目部會議決定、會后逐級通知的模式，信息化程度低、機動性低，缺乏科學性、靈活性。外業普查采用紙質草圖記錄各管線點的連接關系、管點及管線的屬性信息，內業根據這些外業記錄的信息，逐點繪制管線圖，并手動將這些數據錄入數據庫的方式進行作業[3]。以往的這種工作模式，不僅存在環節多、重復作業、質檢困難、無法及時匯總工作量、項目進度統計滯后的問題，同時也難以保證數據的時效性、正確性和可靠性，影響了地理空間信息分析與決策結果的正確性和準確性[4]。因此，如何有效整合排水管線普查的各個環節，提升任務分配、班組調度的科學性、靈活性，提高管線外業采集效率和準確度，實現項目實時進度監控和匯總，是開展排水管線普查需要解決的重要問題。

隨著移動通信、移動GIS、移動定位等技術的快速發展，移動端設備的呈現能力、計算能力、存儲能力不斷提升，利用移動設備進行數據采集成為移動GIS技術的一個重要應用方向。近些年智能手機和平板設備得到快速普及并深度改變了人們的生活和工作方式，而且基于手機、平板設備的應用能力和水平不斷提升，加之各類平板、智能手機等大多都自帶GPS、相機以及豐富的傳感設備支持[5]，因此，無須其他專用設備，手機和平板便完全有能力勝任排水管線數據采集的任務。

本文通過對濟南市小區院落排水設施普查的任務進行梳理，設計了信息化的工作流程，研發了濟南市小區院落排水設施普查項目調度指揮平臺與移動端采集系統，通過兩者的配合，將普查任務實施中的各個環節進行信息化管理。實現了普查進度監控、數據在線匯交、工作量實時統計等，為項目組提供科學的輔助決策。基于Android設備研發的移動端采集系統實現了管線空間位置信息、屬性信息、現場照片信息的一體化快速采集，減少了內業處理環節，提高了采集效率和成果質量。

2 系統設計

2.1 總體架構

本系統分為項目調度指揮平臺與移動端采集系統兩個部分，并分別進行了架構設計。

項目調度指揮平臺，基于B/S模式構建，以網站形式向用戶呈現。總體架構設計為基礎設施層、數據資源層、服務層、業務應用層四個層次，各層次包括的對象如圖1所示。

圖1 項目調度指揮平臺架構圖

移動端采集系統，基于移動GIS、移動定位等技術構建，運行于Android系統的手機、平板設備之上。系統采用移動端/服務端的模式建設，總體架構分為支撐層、數據層、服務層、應用層四個部分，如圖2所示。

圖2 移動端采集系統架構圖

2.2 流程設計

本系統流程涵蓋小區院落排水設施普查項目實施的全部環節，包括任務劃分、班組調度、外業采集、成果匯交、工作量統計等各個關鍵結點。如圖3所示。

圖3 流程設計圖

在項目實施準備階段，將所有班組信息錄入指揮調度平臺，進行信息化管理和后續任務分配。

項目實施開始時，在指揮調度平臺進行任務劃分，為每個班組指定工作片區、編號規則。

各個班組依照平臺的調度，到指定的工作區進行小區院落排水管線的普查。班組通過手機、平板等手持設備安裝移動端采集系統，通過采集系統進行管點、管線屬性信息、現場照片信息、坐標信息(為草圖坐標，真實坐標采集后在內業進行匹配)。采集過程中，會實時上報班組(手持設備)的位置到指揮平臺，形成活動軌跡。采集完成后，一方面，班組通過采集系統的導出、匯交功能，匯交初步成果；另一方面，將導出成果交由內業進行質檢、進一步處理等操作。班組在完成當前片區任務并提交成果后，由指揮平臺再次進行任務調度。

班組通過采集系統匯交成果后，成果數據進入指揮平臺，并通過后臺服務自動轉化成圖、生成專題地圖，在指揮平臺中的地圖視圖中進行可視化展示。數據匯交入指揮平臺后，一是可基于匯交數據進行工作量、工作時間的統計；二是成圖展示后，便于指揮人員直觀了解已完成普查的小區空間分布情況；三是基于工作量統計和成果展示情況，便于指揮人員對統計、了解項目的實施進度，并進一步作為任務分配、班組調度的決策參考。

2.3 功能設計

項目調度指揮平臺和移動端采集系統兩者結合，功能上互相聯系，覆蓋小區院落排水設施普查的各個環節。

項目調度指揮平臺主要劃分為系統管理、指揮調度、地圖視圖、項目監控、統計分析幾個模塊，各模塊下詳細功能的設計如圖4所示：

圖4 項目調度指揮平臺功能模塊結構

移動端采集系統總體上分為工程管理、地圖視圖、數據采集、數據管理四大模塊，各模塊功能劃分如圖5所示。系統將采集任務細分為多個工程(一般以一個小區作為一個工程)，以工程為單位進行采集、管理，提供了工程創建、導入、刪除等操作。地圖視圖包含基礎的地圖縮放、移動等導航工具，還設計了矢量與影像底圖切換、輔助地圖顯示、當前位置定位等功能。數據采集模塊提供了豐富、實用、便捷的一體化采集工具。數據管理模塊包含成果導出、在線匯交功能。

圖5 移動端采集系統功能模塊結構

3 系統實現

3.1 技術路線

3.1.1 開發路線

整個系統結構劃分為一個服務端、兩個客戶端(即Web端的指揮調度平臺和移動端的采集系統)，采用前后端分離的開發模式。

服務端基于Microsoft.NET平臺進行研發，開發語言主要是C#語言，以網絡服務(WebService)的形式向客戶端即Web端指揮調度平臺和移動端采集系統提供服務接口。

Web端指揮調度平臺，采用HTML5+JavaScript+CSS的語言組合，地圖組件采用ArcGIS API for JavaScript開發工具包，兼容主流的瀏覽器環境。

移動端的采集系統，硬件平臺基于Android系統的手機、平板設備，通過分析，在各大移動操作系統中，Android操作系統具有開源性、功能強大和集成定位等特點，同時搭載Android系統的設備在數量上、支持第三方擴展應用方面、導航定位方面、經濟性方面都占據較大優勢[6]。因此基于Android系統的手機、平板設備開發排水管線數據采集系統將更有利于發揮其價值。地圖組件采用ArcGIS Runtime SDK for Android地圖框架。開發語言主要為Java。

3.1.2 關鍵組件選型

地理信息平臺軟件選擇ArcGIS系列軟件和開發組件，因其功能豐富、運行穩定。本系統使用了包括ArcMap、ArcGIS Server、ArcGIS API for JavaScript開發工具包、ArcGIS Runtime SDK for Android開發包等。

數據存儲方面，系統數據庫采用Microsoft SQL Server 2008 R2，該數據庫能夠很好地與ArcSDE結合進行空間數據的存儲。移動端數據存儲采用Android系統原生支持的Sqlite數據庫，該數據庫是一款輕量級、跨平臺的關系型數據庫，它的核心引擎本身不依賴第三方軟件[7]。

空間數據服務方面，底圖數據、輔助數據、管點管線數據等通過ArcGIS Server發布為地圖服務、要素服務，為系統提供數據支持。

地圖底圖采用天地圖山東、天地圖濟南提供的矢量、影像地圖服務。天地圖建設了包含國家、省、市三級節點，具有數據現勢性和準確性的優勢[8]。

3.2 主要功能

3.2.1 移動端采集系統

(1)管點采集

激活管點采集工具后，在地圖視圖相應位置點擊，即可繪制管點的草圖位置，隨后在彈出管點屬性、現狀照片采集界面，進行錄入操作即可，管點編號會依據規則自動生成，采集的照片自動根據管點編號進行關聯，如圖6所示。

圖6 管點采集

(2)管線采集

在地圖視圖中進行觸摸拖動，從起點管點拖動到終點管點即可，系統會自動捕捉附近的管點，作為管線的起點、終點。隨后在彈出的管線屬性采集界面填寫內容即可，如圖7所示。

圖7 管線采集

(3)其他采集工具

除了管點、管線采集工具，系統還開發了線上加點、點線編輯、點線移動、點線刪除、位置定位、管點查詢等多個實用的工具，用以解決排水管線采集過程中遇到的各種問題。

(4)在線匯交、成果導出

①在線匯交

移動端采集系統提供在線匯交功能，數據采集完成后，一鍵匯交至項目調度指揮平臺，便于及時把控工作進度、進行工作量統計。

②成果導出

以Excel表格形式將采集成果導出，提供給內業進一步處理，或共享給其他外業采集人員，如圖8所示。

圖8 數據導出

3.2.2 調度指揮平臺

(1)普查成果展示

外業班組通過移動端采集系統匯交的普查成果，經后臺工具服務實時轉化成地理空間數據格式，并在指揮平臺進行展示，如圖9所示。

圖9 普查成果展示

(2)專題地圖分析

基于普查成果，生成專題地圖進行分析，如雨污混接專題圖、井蓋丟失專題圖、井蓋破損專題圖。

(3)工作量統計

基于普查成果，可按小區、按行政區劃、按班組對已普查管點數量、管線長度等進行統計，可用于日常工作進展匯報和總結，也可用于對班組工作效率進行評估。

4 關鍵技術

4.1 普查成果自動成圖技術

為便于移動端進行數據采集，初始普查成果采用關系型數據庫進行存儲。為將關系型結構的數據，轉化為GIS格式，利用ArcGIS Model Builder制作了專門的地理處理工具，如圖10、圖11所示，在普查成果匯交到指揮平臺后，自動將管點、管線轉化成GIS數據存儲到地理空間數據庫，并發布為地圖服務、要素服務。

圖10 管點成圖工具

圖11 管線成圖工具

4.2 移動GIS技術

移動端采集系統采用移動GIS技術，通過ArcGIS Runtime SDK for Android組件，為用戶在移動端提供可視化地圖，能夠實時定位、進行輔助地圖展示，基于該組件可定制豐富實用的草圖繪制工具，方便外業數據采集。

4.3 數據加密技術

實現了專用數據加密、解密算法，應用于采集成果的導出、匯交，保障了在網絡傳輸環節中的數據安全。

4.4 移動端地圖緩存技術

系統基于移動端設備研發了按區片緩存瓦片地圖數據的功能，可在連接網絡的情況下，將矢量底圖、影像底圖、輔助地圖等以切片形式發布的地圖服務數據按區片緩存到移動端設備，供采集系統調用顯示。該功能賦予了移動端采集系統離線運行能力，擴展了系統適用場景，使得在無網絡、網絡信號不佳的工作區同樣可以使用移動端采集系統。

5 應用效果

本系統在濟南市小區院落排水設施普查項目中進行了應用，項目涉及范圍約 800 km2，共投入300多個外業班組，任務緊、班組多，傳統作業模式難以有效地進行組織調度、進度監控。本系統的應用解決了項目實施中的諸多難題，經項目部和班組反饋，系統在任務分配、班組調度與監控、數據匯交、工作量統計等各個方面表現均很出色，移動端采集系統在手機、平板設備中運行穩定、操作便捷，提高了外業班組在野外采集效率。

6 結 論

本文針對排水管線普查項目傳統作業模式的弊端，提出了一種覆蓋項目實施各個階段的全流程信息化解決方案，開發了項目調度指揮平臺和移動端采集系統，設計了一種新的項目實施流程，并成功應用于濟南市小區院落排水設施普查項目，有效促進了任務分配、班組調度的科學化合理化，提升了工作效率，方便了對小區院落排水設施普查項目的進度掌控和工作量統計，大大節約了時間成本、人力成本，取得了良好的經濟效益。