基于移動云GIS的公路勘測外業數智平臺應用★

李 劍，顏廷舟，丁德斌，顏良宇

(1.湖北省交通規劃設計院股份有限公司,湖北 武漢 430051; 2.中國地質大學(武漢)工程學院,湖北 武漢 430074)

0 引言

在傳統的公路勘測外業調查模式中,外業數據的采集主要依靠手工來完成[1],信息化程度低、新技術應用滯后,且很多的野外數據信息都以紙介質形式記錄,不能直接進行數字化處理和二次利用,易被涂改替換,存在對調查信息共享傳遞不及時,處理效率低下等問題[2]。另一方面,外業調查成果管理主要倚重人工和經驗,真實性無法實時監察,存在偷工、瞞報等問題。

基于此,針對用戶需求分析,基于移動GIS和云服務技術,開發公路勘測外業數智平臺,即采用移動采集終端解決外業現場原始勘測數據及質量檢查數據的標準化、數字化采集;采用Web管理平臺完成工程項目的數據查詢和智能化管理,并對接內業的專業處理系統,實現基礎勘測與調查數據采集,質量管理,實現勘察設計內外業一體化、智能化[3]。

1 移動GIS與云服務技術特點

1.1 移動GIS的特點

移動GIS是一種集成系統,是GIS,GNSS(衛星導航定位系統),移動通信,互聯網服務,多媒體技術等的集成,具有以下特點:

1)移動性:運行于各種移動終端上,與服務端可通過無線通信進行交互實時獲取空間數據,也可以脫離服務器與傳輸介質的約束獨立運行,具有移動性。

2)動態(實時)性:作為一種應用服務系統,應能及時地響應用戶的請求,能處理用戶環境中隨時間變化的因素的實時影響,如用戶對地圖服務的需求,能提供實時多種專題的地圖服務并實時瀏覽顯示等。

3)對位置信息的依賴性:在移動GIS中集成各種定位技術,用于實時確定用戶的當前位置和相關信息系統。

4)移動終端的多樣性:移動GIS的表達呈現于移動終端上,移動終端有手機、掌上電腦、車載終端等[4]。

1.2 云服務技術特點

云技術通過互聯網提供動態的、可擴展的和時常虛擬化的資源來服務用戶,云計算系統采用分布式存儲的方式存儲數據,用冗余存儲的方式(集群計算、數據冗余和分布式存儲)保證數據的可靠性。冗余的方式通過任務分解和集群,用低配機器替代超級計算機的性能來保證低成本,這種方式保證分布式數據的高可用、高可靠和經濟性,即為同一份數據存儲多個副本。

2 公路勘測外業數智平臺構建與需求分析

2.1 公路勘測外業數智平臺構建

公路勘測外業數智平臺以工程地質勘察、設計外業調查為主,全面觀測質量管理及安全管理。系統主要由服務器端(服務器程序、數據庫)、Web客戶端和移動客戶端組成,如圖1所示。

2.2 Web智能管理平臺構建與需求分析

Web智能管理平臺包含文件管理、決策管理、進度管理、內外一體化管理模塊。

1)項目文件管理可對外業工作的質量管理標準化、規范化、信息化,使外業工作質量管理實現全過程管控,提升質量管理水平,包含技術文件管理、經營文件管理、三標文件管理等。

2)項目決策管理,對項目工作進行統籌安排,包含項目信息、項目組織機構、人員資源和物資資源管理等。

3)項目進度管理實現對外業數據采集進行數字化、信息化和智能化處理,包含勘測外業調查、資料數據編錄、野外人員坐標定位、應急救援呼叫、人員考勤管理、外業進度統計查詢等。

4)項目內外業一體化管理對外業數據電子表單的自動化輸出,并與設計軟件實現互聯互通[5]。

外業數智平臺系統見圖2。

2.3 移動數字化采集系統構建與需求分析

移動數字化采集系統包含工程地質勘察、設計調查、質量管理、安全管理四大模塊,如圖3所示。工程地質勘察模塊和設計調查模塊分別解決外業現場工程地質勘察業務和各專業設計調查數據標準化、智能化采集;質量管理模塊實現勘察設計大綱、勘察設計方案評審記錄、勘察設計文件審查記錄、勘察設計指導卡、勘察設計資料互提單。安全管理主要研究外業人員考勤打卡、電子圍欄出入報警、一鍵求救報警,保障野外作業人員安全。

2.4 外業數智平臺系統的實現

外業勘測數智平臺以項目生產流程為主線,結合需求進行資源及用戶角色權限的管理,對于外業勘測采集人員,采用不同的用戶對應不同的項目任務和資源。總體采用JAVA/.NET技術為主,基于B/S架構,采用MVC模式進行分層。客戶端使用jquery,ajax,flash,Template engine等技術以地圖瓦片的形式發布數據,能夠發布大面積、大體量的基礎數據;服務器使用Linq,Entity Framework,ORM,Webservice,IIS等技術實現自由平滑縮放,適應各類輕量級終端設備,解決了工程項目中多源異構且體量大的問題。

數據存儲采用SQL Server關系數據庫,移動端APP采用Android Studio集成開發環境及高德地圖、百度地圖、91地圖API軟件開發包,搭建Android開發環境及相關插件包進行開發和功能實現,將公路勘察項目CAD數據、影像數據、地質底圖等通過超圖平臺進行數據發布,移動端及后臺服務器通過調用相應服務實現數據的存儲、更新、上傳和下載,包含多源底圖集成、項目任務配置、地質數據采集、數據管理、成果上傳、常用工具和版本管理七大主要模塊功能。

3 公路勘測外業數智平臺的應用

3.1 公路勘測外業數智平臺構建

在勘測外業數據采集管理系統中,架構模式采用了“分層模式”,系統共分為4個層次,分別為數據展現層、數據接入層、數據處理層、數據存儲層,如圖4所示。

圖5為鉆孔編錄模塊的功能架構。在野外地質勘察過程中,管理人員可以通過云端下達鉆孔任務,工程人員可以根據地質勘察任務進行下載,根據地圖功能可實時確定鉆孔的具體位置[6]。通過短視頻、語音、現場照片等形式對現場進行實時記錄,借助錄音及手寫輸入完成鉆孔基本信息的快速錄入[7]。

移動數字采集系統的地圖功能包括在線地圖、專業地圖、外部地圖的導入,如圖6所示。

根據坐標系統及參數轉換自動校正,保證地圖在不同坐標之間能夠無偏移瀏覽,減少前期地圖校正處理工作。同時,采用高壓縮比(數據壓縮比大于10倍),將柵格數據轉為rxd格式,便于移動app終端使用。為了便于工程人員在勘測外業中對調查點實時定點導航、查詢調查點周邊地形地貌、構筑物等情況,可通過加載矢量與柵格(CAD)的總體路線圖及地形圖數據,實現野外調查定位記錄,同時減少紙質地形圖攜帶、現場辨識地形地貌等復雜與低效操作問題。

圖7為編錄基本信息與形成的水印成果,以地質勘察為例,鉆孔編錄內容包括基本信息、地層信息、取樣信息、原位測試、照片等5大類信息的采集工作。項目的鉆孔編錄模版可進行快速輸入及修改,照片采集中自動分類,命名以及水印的生成,減少后期照片的整理歸檔工作。

在野外采集工作結束后,通過網絡上傳至云端存儲,既可以上傳、編錄基本信息,同時可以在云端導出內業設計標準表格,極大節省了鉆孔資料的內業整理工作。

公路工程中涉及總體路線、路基路面、橋梁涵洞、隧道、路線交叉、交通工程及沿線設施、環境保護、筑路材料、施工組織及設計概算諸多專業,調查記錄內容極其繁雜[8]。野外調查情況見圖8。

針對公路工程行業特性,基于紙質調查記錄表格,移動終端開發了電子羅盤、極射赤平投影、測高測距、物探測線和測點、手繪板、激光測距、遙感解譯、計算器、手電筒等功能,借助移動終端的多媒體工具實現不同子專業的野外調查內容的快速編入,并通過云端實時導出內業標準設計表格,如圖9所示。

3.2 Web智能管理云平臺的應用

Web智能管理云平臺按角色分配給管理人員及項目負責人使用,用來制定項目計劃、進度、調查資料質量、考勤進行管理(見圖10),并對工作量進行統計并提供決策管理等功能。

由圖10可知,項目負責人可以針對分派的項目,對項目人員進行添加、刪除等操作,對項目具體的坐標系統(包括中央經線)及項目范圍信息等進行設置。在云平臺內,管理人員根據實時外業勘測進度,查看工作進度及工程人員所在位置。此外,管理人員也可以及時查看通過移動終端上傳至云平臺的基礎資料,便于及時進行決策管理。

圖11為考勤與工作量統計管理。工作量統計可以對勘測任務完成情況進行統計,并以圖、表的方式進行呈現,同時可以將統計數據進行表格導出。人員考勤管理員可以對所有項目所在的工作人員進行管理,通過下拉框依次選擇單個項目,查看該項目下所有人員最新的打卡時間以及定位信息。

4 結論

本文在深度調研公路工程外業勘測工作自動化及需求分析的基礎上,基于移動GIS和云服務開發了公路勘測外業數智平臺,并介紹了該平臺在外業勘測過程中的應用,得出如下結論:

1)外業勘測數智平臺不僅可以滿足公路工程勘測外業的數據采集工作,而且極大提高了內業的資料整理工作,解決外業與內業有效銜接的問題。

2)外業勘測數智平臺業務功能及流程既滿足外業數據采集需求同時兼顧企業管理需求,提高了企業經營管理能力及業務綜合水平。

3)本文所開發的平臺不僅是公路外業勘測成果資料信息管理一種新的嘗試,而且也為后續勘察、設計、施工及營運階段的資料快速利用提供了新的可能,研究成果也可進一步推廣至鐵路、水利行業。