移动GIS技术应用于城市管线探测的研究与探索

周京春，王贵武，白立舜

(1.昆明市城市地下管线探测管理办公室，云南昆明650011;2.北京清华山维新技术开发有限公司，北京100085)

移动GIS技术应用于城市管线探测的研究与探索

周京春1，王贵武1，白立舜2

(1.昆明市城市地下管线探测管理办公室，云南昆明650011;2.北京清华山维新技术开发有限公司，北京100085)

结合城市管线探测的生产作业流程，应用移动GIS技术，研究和探索城市管线探测过程中从外业探查、管线测量、内业数据检查处理到成果输出入库、修补更新的一体化作业管理模式，并给出合理的技术方案。

移动GIS;LBS;嵌入式技术;草图模式;数据标识;时间戳

一、引 言

城市管线探测的作业流程为:野外管线探查、管线测量←→内业数据检查处理←→成果输出入库←→修补更新，这是一个数据在内外业交叉循环的过程。目前城市管线探测技术在各个环节和各个工序上都已经非常成熟，但是在整个流程的衔接上仍然缺乏紧密性和无缝性［1］。外业探查、测量工序中分离记录的大量草图、调查表格和测量手簿，造成内业数据处理人员劳动强度大、出错率高、数据检索困难、工作效率低等不便，但随着计算机技术和网络技术的不断发展，特别是基于位置的服务(location based service，LBS)技术和嵌入式计算机技术的出现，移动GIS技术的应用在各行各业已经开始崭露头角。将移动GIS技术贯穿于城市管线探测的整个作业流程中，充分运用管线数据管理中的信息流，实现管线探测流程的一体化工艺，必将是提高管线探测作业效率、减少内外业劳动强度、保障成果质量的有效手段。

二、应用模式探索

移动GIS是一种集GIS、GNSS、移动通信、互联网服务、多媒体等技术于一身的应用服务系统［2］，它将GIS系统嵌入到小巧便携的移动设备上，如PDA、智能手机、平板式电脑等。将移动GIS技术应用于城市管线探测流程的思路是:在管线外业探查工序中利用移动设备所承载的影像、基础地形图等为背景绘制草图、记录管线属性数据和多媒体信息;在管线测量工序中将移动设备与GNSS系统或全站仪等系统连接采集测量点数据，利用移动通信技术、网络技术等实时或不定时将外业数据传输到内业管线数据处理系统;内业系统进行数据检查、处理与入库后，再将待修补测的数据从管线数据库中下载到移动设备，由外业人员带到野外进行相关操作，作业完成后再传输给内业系统进行自动更新。该模式在内外业交叉循环的过程中能将管线探测的各个工序无缝地衔接起来，数据在整个传输过程中始终保持完整，实现了数据的交互性和可逆转性，如图1所示。

图1 移动GIS技术在城市管线探测中的应用模式

三、重点问题的思考

针对上述移动GIS技术在城市管线探测中的应用模式，笔者认为在设计移动GIS系统时，必须要着重考虑下列问题。

1)移动终端设备的选取:移动终端设备是移动GIS系统的重要组成部分，需要具备卫星导航定位、加载管线数据野外采集应用软件、通信和数据传输等基本功能，并且便携性好、重量轻、防水、抗摔、抗冻性好、定位功能强大等，这都应该是选取移动终端设备需要考虑的基本参数。

2)野外数据的记录与存储:PDA类的移动终端设备CPU运算速度低，内存较小，显示分辨率也较低［3］，因此在设计移动GIS系统时，要充分结合管线行业的数据特点，采取适合于移动终端设备的高效空间数据存储结构;另外，由于管线探测人员一般不具有熟练的计算机应用能力，所以在野外数据记录的功能设计上，要尽量满足外业人员在纸图上的作业习惯和生产流程，要具备在小屏幕上绘制大图纸的功能。

3)工序数据的衔接:管线探测内外业各个工序产生的数据衔接是移动GIS系统设计的关键和难点，而建立灵活方便、满足管线探测作业流程的数据衔接点是移动GIS应用于管线探测所必须要考虑的重中之重的问题，特别是在以下这些衔接点上。

a.外业管线探查工序往往超前于管线测量工序，因此存在探查与测量的不同步所导致的探测草图点与精确测量点的匹配衔接问题;

b.修补测工序是管线探测作业流程中必不可少的一个环节，而这个工序所产生的更新数据与内业库中原有数据之间存在时间点匹配衔接和管网拓扑关系匹配衔接的问题。

四、关键功能的实现

为了解决上面所提出的这些问题，本文将给出一些合理的建议和技术方案，并介绍一些关键功能的设计和实现方法。

1.数据通信

将移动GIS技术应用到管线外业探测中，其主要目的就是解决纸质手簿记录繁琐、效率低、出错率高等弊病，从而高质、高效地实现野外数据采集。这种数字信号的传输模式，重要的是保证实时通信的畅通，仪器测量完毕，数据就应该能准确无误地传送到掌上移动设备，现场成图，所有线型符号也应随测随显。所以在设计系统时要充分考虑其支持与各种全站仪、GPS接收机的联机通信(如图2所示)，并可根据具体情况灵活定制通信参数，支持主动测量、被动测量与跟踪测量，最好能支持无线通信模式，如蓝牙设备，以便扩大掌上移动设备操作人员的活动范围，能在跑尺之间走动指挥，并可十分清楚地编辑图形。外业数据实时传输到内业系统时，可以使用GSM、CDMA、GPRS等方式。

图2 通信设置

2.草图模式

目前市场上研发的用于管线探测的移动GIS系统大都采用的是“同步勘测”的工作模式，即一边进行管线探查，一边进行管线位置测绘，并录入管线点、管线属性，系统会根据测绘信息自动将管线展绘成图。但在实际工作中，管线测量往往滞后于管线探查的进度。外业探查人员通常是填写调查表格和在纸上绘制草图自行进行自己的工序，特别是在庭院小区的管线普查中，密密麻麻的管线只能通过绘制草图才能表达清楚其连接关系。因此只有将这种草图的工作模式由纸张搬到移动设备上，才是最符合外业探查人员作业习惯的方式。

“勘探草图”工作模式是在一个设计紧凑的移动设备屏幕上(如图3所示)，由人工选择管线类型、管点种类、线路名称等，并按照探查路线用光点笔随手绘制管线草图，而无需关心这些管点、管线的实际坐标位置(通信和测量参数栏是关闭状态)。系统会根据用户输入值或自动生成物探点号，自动建立管点、管线的相对关系，并将需要输入的管点、管线核心属性数据显示在界面上端，不占用绘图空间，这些属性数据尽量采用下拉框和简单文本框进行输入或继承上次输入，并自动进行点线相关属性数据的自动匹配。对于前进方向未到达的管点，系统以一条箭头线标示，当实地调查到此管点时，只需点击这条箭头线即可立即建立与原有管点的拓扑连接关系。带有点号、属性和管线连接关系的草图被保存为具有开放格式的文件，以便进行数据交换和后处理。

“勘探草图”工作模式很好地解决了数据采集中图形与属性一体化存贮、海量数据处理等问题，做到了图文并茂，所见即所得。对于基于影像参考的草图，采用压缩算法，建立影像金字塔，使移动缩放自如;当数据量较大时，将管线数据分级分层，单独设定比例开关，并采用基于线程的显示技术，可平滑操作大数据量图形数据，提高性能。

图3 草图模式

3.精确坐标匹配

为了解决探查工序与测量工序不同步所导致的探测草图点与精确测量点的匹配衔接问题，应从两种工作模式来设计考虑此问题的解决方案:①采用移动设备外业单点坐标修测，这种模式适用于测量工序紧接着探查工序的工作模式;②批量草图点内业匹配，这种模式适用于测量工序与探查工序各自为政的工作模式。

单点坐标修测可以采用PDA等掌上移动设备连接全站仪、GNSS系统等，选择草图文件上的管线点，从全站仪、GNSS系统获取点位信息，更正点坐标或根据需要修正点号，得到真实坐标的物探点将自动归到实际位置上，如图4所示。

图4 单点坐标修测

批量草图点内业匹配，是在内业系统中同时导入草图和测量点文件，采取关键点或自动搜索两种方式进行草图点批量坐标更新(如图5所示)。关键点匹配技术是一种兼顾重要点编号，非重要点不编号的匹配方式，并基于通过模式识别理论，通过关键点进行整体形态的配准。

图5 批量草图点内业匹配面

4.数据标识与时间戳

为了解决更新数据与内业库中原有数据的时间点衔接和管网拓扑关系衔接的问题，在系统设计时采用了独特的“数据标识”技术与“时间管理”技术，即在管线数据上加盖时间戳，从而能高效地区分出从内业库中导出的待修补测数据、管线工程竣工数据等，并在更新数据合并入库时，可根据时间戳对原有数据进行判别修改，这是一种非常经济有效的管线数据更新维护手段。

五、结束语

城市基础设施的管理已经全面进入了GIS时代，随着移动通信3G时代的到来和蜂窝技术的发展，移动GIS技术作为一种科学、高效、灵活的新技术，必将会在城市管线探测中具有良好的应用前景，发挥出更大的优势。

［1］ 黄瑞金，李胜，应国伟.PDA在管线探测中的应用研究［J］.城市勘测，2008(S0):45-47.

［2］ 康铭东，彭玉群.移动GIS的关键技术与应用［J］.测绘通报，2008(9):50-53.

［3］ 彭艳，王崇倡，梁敏.基于嵌入式GIS的管线外业调查系统的开发［J］.测绘科学，2008，32(3):192-194.

Mobile GIS Technique Application in Urban Pipeline Detection: Research and Exploration

ZHOU Jingchun，WANG Guiwu，BAI Lishun

0494-0911(2012)06-0081-03

P208

B

2011-07-19

周京春(1972—)，女，北京人，硕士，高级工程师，主要研究方向为GIS应用与地下管线探测。