时空信息调查智能移动终端系统的设计与实现

何 宗，曾 攀，吕 帅

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

时空信息调查智能移动终端系统的设计与实现

何 宗1，曾 攀1，吕 帅1

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

依托移动互联网技术、智能移动终端技术和移动GIS开发技术，结合RS、GIS和GPS等先进技术，设计了可实时采集、操作简便、性能高效的时空信息调查智能移动终端系统，为智慧城市、地理空间信息数据库、地理信息公共服务平台建设提供准确及时的时空信息支撑。

时空信息调查；智能移动终端；移动互联网

地理空间信息外业调查采集工作是一项工作量巨大的基础性工作，大多数的信息采集调查都是采用传统测绘或打印图纸的方法，携带不便、效率较低、投入较大，且信息的转化利用率不高。随着移动通信、空间数据库、智能移动终端等技术的快速发展，地理空间信息的获取已不再局限于传统测绘方法，智能移动终端系统的推广应用，使智能移动终端在开展时空信息采集成为可能[1]。目前市场上广泛使用的信息采集软件系统存在软硬件绑定，仅有独立的外业采集软件、无相应的内业数据处理软件，软硬件定制使应用范围变小，外业操作复杂且不灵敏，操作效率较低等实际问题[2-5]。

重庆市经济社会发展迅猛，地形地貌复杂，为适应当前各行业部门对地理信息时效性和准确性的要求，突破上述问题对地理信息应用的制约，在广泛调研国内外时空信息调查系统的基础上，全面总结当前市场上已有软件系统的特点，设计时空信息调查智能移动终端系统。

1 系统设计

1.1 设计思路

移动终端支持栅格和矢量空间信息采集[6]，栅格支持ArcGIS Server的紧凑格式切片和TPK共享包；矢量支持点、线、面的绘制及属性信息编辑。时空信息调查智能移动终端系统采用C/S + B/S + M/S的多层体系结构[7]，有利于提高系统的灵活性和可扩展性。C/ S架构部分采用ArcGIS Desktop软件作为客户端，便于专业技术人员利用内部局域网客户端较强的数据处理能力；B/S架构部分采用ASP.NET与Silverlight技术结合实现，便于利用外部互联网浏览器实现对调查任务的实时调度、监控和管理；B/S与C/S分开部署用于保障数据安全；M/S架构部分采用移动终端（Android系统平台）结合ArcGIS Runtime SDK实现[8]，便于移动终端利用离线或在线的方式开展信息采集工作，并接受服务器提供的地图服务和任务管理及监控。

1.2 架构设计

平台架构由软硬件支持层、数据层、应用层和用户层组成，如图1所示。

图1 系统平台架构图

1）软硬件支持层，主要包含支持系统运行的软件和硬件设备，有Windows Server 2008操作系统、Oracle数据库、SQLite数据库和文件存储系统及相应的基础软件（如ArcGIS和IIS 8）。

2）数据层，主要为系统管理的数据资源内容，有基础地理空间数据库、卫星遥感影像库、外业采集数据库、成果数据库、专题数据库、用户信息库、工作基础数据库和系统数据库等。数据层包含了相关数据资源，表现为逻辑库，可根据数据的种类与使用方式的不同由Oracle、SQLite、文件系统进行存储。

3）应用层，主要包括内业协同系统的数据编辑、数据处理、数据同步、成果管理、数据入库、数据管理等模块，外业管理系统的任务管理、成果盘点、工作统计模块，外业信息采集系统的任务下载、数据采集、轨迹记录、数据同步等模块。

4）用户层，主要包括数据库管理员、内业人员、外业人员等。数据管理员通过内业协同工作站对数据进行入库、删除等操作；内业人员通过内业协同工作站对数据进行转换、编辑等操作，创建MXD地图文档并发布地图服务，创建和管理地图缓存文件；外业人员通过外业移动终端采集地理调查信息数据，并通过4G网络实时同步到服务器中，或返回单位后再进行异步数据上传。

系统依据相关标准和管理规范进行建设，并依据相应的数据管理策略和信息安全体系构建，与存储设备、存储管理软件相结合，在存储设备之上建立数据库，最终为其他业务部门的用户提供服务。

1.3 业务系统设计

业务系统由内业协同系统、外业管理系统和外业信息采集系统组成，如图2所示，各业务系统协同工作，完成特定地理信息采集任务，如图3所示。①内业协同系统部署在局域网上，主要包括外业采集数据的离线同步、数据编辑、作业任务包离线部署，以及空间数据服务管理和缓存管理等功能；②外业管理系统部署在互联网服务器上，实现与外业采集系统的数据交互，主要实现地理信息采集任务管理、成果检查、成果入库导出、外业工作统计等功能；③外业信息采集系统部署在手机和平板智能终端，主要提供工作任务管理、外业信息采集、数据回传等功能。

图2 业务系统构成图

图3 业务流程图

2 系统建设

2.1 内业协同系统

内业协同系统负责时空信息调查智能移动终端系统中任务包的生产和创建、存档数据、显示运行状态窗口和离线底图制作等功能。采用C/S架构和构件化的设计思想，在需求分析抽象的基础上，先进行软件功能构件的设计，然后根据应用与管理对象的不同，对软件构件灵活组装，搭建成不同的应用子系统。基于ArcGIS Object组件开发，作为ArcGIS Desktop工具条插件运行。采用ArcGIS Desktop软件管理空间数据，发布管理任务包和成果包，以及对矢量数据进行编辑入库等操作（图4）。

图4 内业协同系统展示界面

2.2 外业管理系统

外业管理系统是时空信息调查智能移动终端系统的资源管理与指挥调度中心。该业务系统基于ArcGIS Engine开发，并结合ArcGIS Server平台服务、管理、发布等功能，采用B/S架构。主要实现各类业务信息服务调用、地调任务下发管理、成果检查及入库、成果盘点、外业工作监控和工作统计等功能（图5）。

图5 外业管理系统展示界面

2.3 外业信息采集系统

外业信息采集系统为平台的地理信息获取载体[9]，是时空信息调查智能移动终端系统中负责数据采集核查和数据生产的核心组成部分，主要包括工作任务管理、野外作业规划管理、外业信息采集和轨迹回传等功能（图6）。

图6 外业信息采集系统终端展示界面

3 关键技术

1）时空信息调查智能移动终端系统使用智能移动终端调绘代替纸质调绘，革新外业调查工作模式。系统将纸质调绘中图形勾绘、拍照等外业调查工作集成到一台智能移动终端上，在同一平台上实现了专题信息调查中底图浏览、快速定位、图形采集、多媒体采集、属性录入等操作，实现了仅携带智能移动终端即可完成外业调绘，在实际生产中已完全替代纸质调绘。

2）基于地理调查工作流进行设计，系统功能贴合专题信息采集工程运行模式。①将项目管理理念融入到系统中，保证项目实施的科学性，为了便于项目管理，该系统开发了外业管理子系统，实现了作业人员账户、权限及实时作业轨迹管理，实现了智能移动设备管理，调查项目生命流程、统计与质量评定管理等，保证了项目实施的科学性，为项目绩效量化考核提供依据。②采用可配置化任务包结构，满足不同项目需要。在考虑到任务内容与数据内容的不确定性条件下，采用通用可配置化的任务包自定义结构以符合相关行业使用需求。③实施野外数据编辑责任机制，便于责任定位、数据回溯，外业信息采集子系统中用户在执行任务时有严格的日志记录，包括用户操作的数据ID、操作内容、操作前后属性变更情况等。

3）基于SQLite的矢量化存储方案，采用矢量数据分块加载机制，有效提高了矢量数据操作的便捷性。任务数据采用基于SQLite的矢量化存储方案，并采用Spatialite扩展了SQLite空间数据的存储和管理能力，使得数据在体积上更为小巧，操作更为便捷，支持空间查询、空间过滤，为矢量分块加载提供底层技术支撑。外业信息采集子系统考虑到任务包数据量大小的不确定性，以及客户端API对地图要素数量渲染显示的性能因素，采用分块加载机制，即用户只用加载当前采集区域内要素数据，以满足不同数据量、尤其是大数据量任务包的采集需要，保证矢量数据显示、操作的流畅性。

4 结 语

时空信息调查智能移动终端系统充分利用当前智能移动终端的便捷性和高性能优势，将信息采集与移动终端结合，充分融合信息化测绘的理念，让信息的使用者成为信息的提供者。重点关注系统的用户群，结合用户的使用习惯做好系统设计和开发，使系统简单易用，系统的使用载体是手机、平板等智能移动终端，只要在移动终端上安装系统即可使用，摈弃了将硬件和软件相结合的信息采集系统老路。该系统在重庆市地理国情普查、重庆市主城区违法建筑监测调查、重庆市建筑物信息调查等工作中得到了广泛应用，取得了理想的应用效果，节约了大量人力物力，有效提升了信息调查和采集效率。结合应用需求，下一步将嵌入语音识别、任务的导航线路推送、多人协同在线调查、路线时间规划等功能。

[1] 刘瑞.基于手持移动终端的灾情数据采集系统研究[D].上海∶上海师范大学,2012

[2] 徐柳华,陈捷,陈少勤.基于iPad的移动外业信息采集系统研究与试验[J].测绘通报,2012(12)∶75-78

[3] 罗文彬,张献州.基于PDA的线路横断面内外业一体化测绘系统的设计[J].测绘通报,2008(1)∶13-15

[4] 林超峰,丁建勋,万志刚,等.基于VB的地下管线竣工测量内外业一体化的设计与实现[J].测绘通报,2012(增刊)∶647-649

[5] 常洲,戴相喜,王华峰.地下管线内外业一体化探测技术研究及实现[J].测绘通报,2011(7)∶50-53

[6] 陈志荣.移动空间信息网格服务模型研究及实现方法[D].杭州∶浙江大学,2008

[7] 宁安良.面向3G终端的移动地理信息服务研究[D].青岛∶中国海洋大学,2010

[8] 李泽沛.基于野外数据采集的移动GIS研究[D].昆明∶昆明理工大学,2008

[9] 吕欢欢,宋伟东,孙尚宇.面向服务架构下的移动地理信息数据采集[J].计算机系统应用,2012(7)∶43-46

P208

B

1672-4623（2016）05-0018-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.006

何宗，高级工程师，主要研究GIS、RS在城市规划中的应用。

2016-01-27。