綜合風險普查中的房屋建筑調查軟件設計與實現

周長江，張現軍，于忠海

(1.濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250101； 2.山東省城市空間信息工程技術研究中心，山東 濟南 250101)

1 引 言

為全面掌握我國自然災害風險隱患情況，提升全社會抵御自然災害的綜合防范能力，從2020年開始開展第一次全國自然災害綜合風險普查工作。通過開展普查，摸清全國自然災害風險隱患底數，查明重點地區抗災能力，客觀認識全國和各地區自然災害綜合風險水平，為中央和地方各級人民政府有效開展自然災害防治工作、切實保障經濟社會可持續發展提供權威的災害風險信息和科學決策依據[1]。

在綜合風險普查中，房屋建筑承災體調查是工作量最大、任務最重、參與人員最多、組織實施難度最大的工作之一[2]。房屋建筑調查是對房屋建筑開展基本信息和抗震設防基本信息以及使用情況等的調查[3]。按照全國災害綜合風險普查實施方案規定，房屋建筑調查需在房屋建筑面狀矢量數據的基礎上，通過軟件系統填報房屋承災體災害屬性信息和空間信息，并進行現場核實和補充調查。因此房屋建筑調查，需要投入大量的人力到現場拍照、取證、核實。在各地綜合風險普查實際工作中，房屋建筑調查往往需要投入最多的資金和人員，其調查效率直接決定了綜合風險普查工作的整體進度[4～6]。

國普辦下發了統一的綜合風險普查軟件[7]，但在實際調查工作中，該軟件在以下情況無法完全滿足使用需求：①調查需配套房屋建筑面矢量工作底圖，在早期試點工作中，底圖制作及下發不及時、不完整，導致無法正常使用該軟件；②該軟件采用線上實時匯交的方式，信息提交后地方相關部門無法及時獲取原始數據，不利于普查成果的再加工及應用；③該軟件在全國范圍內用戶并發量大，涉及空間數據編輯等復雜交互過程和照片傳輸等耗網絡資源的操作，在集中開展調查期間容易出現網絡異常；④在各地調查工作開展中，往往同步開展安全隱患排查、違建清查等其他專項調查。

在實際開展調查工作中，為了彌補上述不足，除了使用統一的綜合風險普查軟件外，筆者開發了綜合風險普查房屋建筑調查App及生產管理系統，作為輔助手段，在部分地區的綜合風險普查工作中發揮了優勢作用。尤其是在平陰試點、濱城試點[8]等地區的普查工作中，在底圖尚未統一下發的情況下，利用該軟件提前開展普查，進行技術路線探索，保證了普查的質量和進度。

2 軟件設計及實現

2.1 工作流程

房屋建筑調查一般由縣市區組織開展具體調查工作，并進行普查成果管理和提交。因此軟件設置了“四級組織、六類角色”的權限管理模式，四級組織從上至下分別為：縣市區相關管理部門(縣級管理員)、調查實施單位(單位管理員)、調查隊伍(班組長)、調查核查人員(調查員、核查員)，除了上述四級組織的5個角色外，還有系統管理員負責系統運維管理。其中，縣級管理員通過系統將調查任務按鄉鎮分發至各個調查單位，同時負責最終的質檢和成果提交；調查實施單位將調查任務進一步細化，以村為單元逐個下發至各個調查隊伍，同時負責任務內成果的質檢和現場核查任務分配；調查班組長將各個村的調查任務分配至個人，同時負責本組成果的檢查；調查員通過房屋建筑調查App進行具體的外業調查；核查員由調查單位直接管理并分配現場核查任務，進行具體的現場核查工作。軟件中房屋建筑調查業務工作流程如圖1所示。

圖1 房屋調查業務工作流程

2.2 軟件架構

軟件分為四層結構：基礎設施層，包括信息化軟硬件支撐環境；數據資源層，包括高分辨率影像底圖、矢量電子地圖、地名地址、村界、鎮界、宗地等地理信息數據、房屋建筑底圖、普查采集信息等；服務層，包括數據上傳服務、下載服務、地圖服務、空間定位服務、互聯網資源服務等；業務應用層，即面向應用的三個子系統，分別為面向房屋建筑外業調查的移動端App，用于外業生產綜合監管的生產管理系統和用于運維管理的后臺運維系統。軟件架構如圖2所示。

圖2 軟件架構

2.3 安全設計

(1)用戶設備授權

采用后臺統一注冊方式，為每個用戶設置授權截止日期，保證用戶僅在授權期內可登錄，項目結束時可通過修改授權日期使用戶無法再次登錄。用戶初次登錄時，會自動綁定當前硬件設備碼，一旦綁定設備碼該賬號將無法在其他設備上登錄，實現用戶賬號與設備的一對一綁定，以這樣的方式避免App未經授權使用。

離線登錄模式，設置10天的離線授權期，每次聯網登錄成功都會記錄下登錄日期，離線登錄時，會依據上次聯網登錄日期計算是否超過離線授權期，如果超過離線授權期，必須聯網登錄進行授權判斷。

(2)移動端空間數據加密

現場調查中用到的影像、房屋建筑面、宗地、村區劃等數據往往是不公開數據，為保證數據安全，采用移動端空間數據離線加密技術，將空間數據轉換并加密成自定義格式，分發至每個調查員的移動設備上，移動端App采用離線加載的方式直接調取本地空間數據。

2.4 技術路線及實現

(1)房屋建筑調查App

房屋建筑調查移動端App基于Android平臺開發，支持Android 8.0及以上的手機及平板設備，同時適配MIUI、EMUI、鴻蒙等國內主流手機廠商系統。App功能包括：地圖(影像、房屋、區劃數據等)展示及操作、圖層控制、基于地名快速檢索定位、調查表采集、現場拍照、房屋新增、空間定位、采集任務進度查看、采集信息上傳與導出、本地房屋數據在線更新、App版本升級等。

App設計開發遵循可靠、實用、易用、安全、可配置、可擴展性等原則。App支持上百人同時使用的需求，支持離線數據加載與采集，簡單易用、易上手，盡可能兼容所有安卓設備型號，采用數據安全技術保障數據安全，功能及數據可配置管理，能夠進行功能擴展以適應其他專項調查任務。主界面為地圖界面，通過點擊房屋面，彈出待調查類型選擇窗，點擊選項可進入農村獨立住宅、集合住宅、住宅輔助、非住宅、城鎮住宅、城鎮非住宅等各類調查表，根據現場實際情況填寫信息并拍照完成該房屋信息的調查。移動端App界面如圖3所示。

圖3 移動端界面

(2)生產管理系統及后臺運維系統

房屋建筑調查外業生產管理系統及后臺運維系統采用B/S架構，前端采用HTML5、JavaScript進行開發，地圖服務采用ArcGIS API，Web后端采用.NET框架，后臺數據庫采用SQL Server。運維系統采用嚴格的權限控制，對不同角色用戶開放不同的功能模塊。生產管理系統實現調查任務分配管理、調查員軌跡監控管理、普查進度監控統計、調查信息查詢管理、調查信息導出、地圖展示、空間查詢等功能。

生產管理系統基于移動端的定位上傳功能可獲取并管理所有用戶的實時位置和活動軌跡，為兼顧軟件實用性及后臺服務器壓力，軌跡采集的定位間隔為 5 min；用戶提交的房屋調查數據根據房屋類型在地圖上用不同顏色區分，能夠進行關鍵字查詢和空間點擊查詢；能夠實時統計調查進度，幫助管理員實時掌控工作進展。管理系統調查員軌跡監控功能如圖4所示。

圖4 調查員軌跡監控

3 軟件關鍵技術

3.1 移動端矢量切片加密技術

房屋建筑、宗地、村界等不公開的地理信息矢量數據，采用了移動端矢量切片加密技術進行處理。基于SQLite數據庫，構建移動端空間數據庫，屬性信息存儲在屬性表中，空間信息以二進制形式存儲在STGeometry字段中。配套移動端矢量切圖轉換工具，可將Shapefile格式的空間數據轉換為移動端空間數據庫，以xml文件配置空間數據的注記、線型、顏色、填充、符號等顯示樣式，最終將轉換成果打包成自定義格式。影像等柵格數據同樣可以通過移動端矢量切圖轉換工具轉化為SQLite空間數據庫的形式并進行加密存儲。基于JTS(空間分析工具包)、SpatiaLite等開源庫，開發了配套的自定義格式矢量切片離線數據類庫包，可快速讀取展示空間數據并提供空間查詢、分析等GIS功能。

該技術使空間數據不會泄密，沒有研發的配套類庫無法打開該數據，保障了數據安全可控；同時，以輕量級數據庫本地存儲空間數據的方式，具有讀取速度快、占用資源小、查詢簡單等優勢[9]。

3.2 離線/在線模式互補策略

App采用離線/在線兩種模式相結合的方式，降低了后臺服務運維成本，提高了調查采集效率，提升了軟件穩定性，避免了無網絡或網絡較差狀況下無法作業的情況。①App支持離線登錄和聯網登錄兩種方式，在網絡信號較差或服務異常情況下依然能夠正常開展調查；②影像及房屋建筑等空間數據采用離線加載方式，不依賴網絡信號，不占用服務器資源，節省了網絡寬帶資源；③現場調查信息臨時保存在本地SQLite數據庫內，不會實時提交至后臺，由于采集過程不涉及網絡交互，因此采集速度更快、效率更高，且避免了網絡不穩定帶來的數據丟失問題；④App有數據提交和導出功能，可一鍵提交所有調查信息并導出到本地表格，為調查員提供了足夠的質量檢查和補充調查的自由度，成果確認后可批量提交至后臺，同時在本地生成成果表格，用于進一步數據質檢。

3.3 信息采集便捷化

App信息采集模塊秉持著簡單易用、盡量減少外業工作量的原則進行設計開發，具體來說采取了以下措施：①App適配主流型號的安卓系統手機及平板設備，無須另外采購移動設備；②輔助入戶調查，每個房屋建筑面上標注產權人姓名，方便調查人員入戶調查詢問；③建筑面數據包含產權人姓名、身份證號、建筑面積、區劃等信息，App讀取這些信息并自動填充，現場只需核對，基本不需要再次手動錄入；④支持身份證拍照直接獲取身份證號，不需要手動填寫；⑤調查信息項盡量設置下拉選項以供選擇，部分信息項設置默認值，減少人工填寫；⑥建筑位置信息自動填寫，通過坐標轉換算法及百度地圖API的逆地理編碼服務，自動獲取當前建筑的地理位置描述；⑦提供涂鴉功能，用地圖涂鴉標識記錄現場問題。

3.4 外業調查精細化管控

人員軌跡監控：調查工作需要投入大量的人力，為有效管理作業人員調查工作，用戶作業軌跡監控是一個重要抓手。App在提供定位的同時，每隔一段時間會將用戶位置及活動軌跡上傳至后臺，管理人員可通過生產管理系統實時查看用戶位置和歷史運行軌跡。

進度自動監測：后臺接收調查員提交的調查成果，并進行匯總統計，實時顯示已調查房屋數量及調查進度，方便管理人員對調查工作進行管控。

3.5 可配置和可擴展性

軟件憑借可配置和可擴展性，能夠快速搭建各類專題應用，在各類專項調查工作中，起到了重要的技術支撐作用。在部分地區的綜合風險普查工作開展過程中，為避免重復調查，還同步開展了其他專項調查，如商河縣開展農村房屋安全調查、歷城區開展抗震設施普查、聊城市開展違法建設和違法違規審批清查。這些專項調查同樣依托建筑房屋面，需要逐個建筑現場調查核實。憑借該軟件的可配置和可擴展特性，快速搭建專項調查擴展模塊，利用該軟件同時開展綜合風險普查的房屋建筑調查和各類專項調查。

4 總 結

軟件在平陰縣、濱州市、薛城區等多地綜合風險普查的房屋建筑調查工作中得到較好應用，提高了現場作業工作效率，輔助調查工作精細化管控，為調查工作提供了有力支撐。移動端數據加密技術、離線與在線互補策略、便捷化采集措施等關鍵技術，為外業調查類軟件提供了一套成熟的、可推廣的技術路線；生產管理系統對調查任務的精細化管控手段，為大規模外業調查工作的有效管理提供了一種思路。