辽宁省等级测量标志动态管理系统构建

李 萌

(辽宁省自然资源事务服务中心 辽宁锦州 121003)

测量标志作为测量工作的基础，是经济建设和科技研发的重要国家基础设施之一，但测量标志管理长期以来存在管理技术手段落后、资料繁多和查询方式不统一等问题，另外，测量标志等级点类型多样且数量巨大，具有较高的随机性与变化性。辽宁省自然资源事务服务中心启动全新测量标志普查工作，对辽宁省境内记录的所有控制点进行普查和巡查。此次普查涉及的控制点具有数量大、建设时间跨度大和坐标系统多样等特点，需要对原有测量标志管理系统进行更新。采用地理信息系统技术、计算机技术、网络技术和数据库技术，基于ArcGIS Server平台构建以Brower/Server为架构的测量标志动态管理系统。该系统覆盖了测量标志维护项目的全过程，实现了标志信息维护、管护和视频嵌套等多个功能，集测量标志巡查管理和测量标志信息录入于一体，能自动、完整、准确、实时地对测量标志进行有效控制和维护监控，实现了测量标志信息分布统一管理[1]。本文主要介绍系统的设计思路和实现的技术特点。

1 辽宁省境内测量标志现状

截至目前，辽宁省境内布设有原国家测绘地理信息局建立的GNSS A、B级网，总参测绘局建立的GNSS一、二级控制网，以及由中国地震局、总参测绘局和原国家测绘地理信息局等共同建设的中国地壳运动观测网等，共建立测量标志3万多座。2013年初至2021年初，全省新建成B级GNSS控制点测量标志164座、C级GNSS控制点测量标志456座，全省的二等水准点测量标志1 619座、一等水准点测量标志642座，连续运行全球卫星参考站测量标志65座[2]。这些测量标志发挥各自的价值和效能，为辽宁省应急测绘保障、经济建设和科学技术研究提供基本保障。2013—2021年，省内各级测量标志完好程度情况如表1所示。

表1 各类型测量标志完好率统计Tab.1 Statistics of Perfectness Rates in All Types of Measurement Marks控制点类型普查数/座完好点位数/座破坏点位数(部位)/座完好率/%一、二等水准点761468278(护盖、点位)61现代基准体系水准点771669102(护井、点位)86B、C级GNSS控制点1 4881 39296(护盖、护井、点位)93二等以上三角点316182134(护盖丢失、护井破坏)58“十二五”之前建的一等三角点446244202(护架护井、点位)54

由表1可知，近几年测量标志完好率呈逐渐下降趋势。一方面，随着经济发展，各地建筑物重建和修建日益增加，导致测量标志受到不同程度的损毁；另一方面，约有80%的测量标志处于野外(即无人看管地带)，加之部分测量标志没有妥善赋予其“合法用地身份证”，导致其基础设施没有形成，人为和自然的破坏程度持续增长，测量标志损坏甚至直接报废，形成这些点位附近区域或地带无点可用的困境，之前点位埋设、成果资料采集及处理所付出的人力、物力也失去了其意义[3]。故急需完善和健全测量标志管护制度和方法，对测量标志进行现代化科学管理。

2 系统总体设计与实现

2.1 系统框架构建

测绘标志管理的作用主要是实现大地控制点(三角点、GNSS点、重力点、天文点、地震点和水准点)的巡查维护、保管及信息更新与存储。传统的测量标志资料管理采用手工管理，管理方式落后且更新周期长，不利于测量标志的维护和管理，尤其对于测量标志的变化情况猎捕效能低。本文针对辽宁省境内测量标志现状，以ArcGIS Server作为WebGIS的二次开发平台，采用.Net Framework和Oracle大型数据库系统构建兼顾与标石维护相关的重要信息、文字和图形的测量标志动态管理系统[4]，实现测量标志信息及更新信息的获取和统计，以及综合分析的信息化和智能化。更新的测量标志动态管理系统采用Browser/Server 架构，增加了全景视频、环视图和GNSS点构图等服务，提升了动态管理系统应用的深度和广度。系统框架体系主要包括基础设施服务层、数据服务层、平台服务层、软件服务层，如图1所示。

图1 标志维护系统总体设计框架

1)基础设施层。负责构建数据库和服务器的物理结构。基础设施层由电脑软硬件和网络设备组成，是系统形成、客户端支持前必备的硬件基础与构建条件。

2)数据服务层。负责用户界面呈现和用户交互数据处理。采用Silverlight客户端技术，借助云平台实现数据服务层各个服务模块的业务功能，还可在电子载体上进行巡查、录入、核对修改和更新信息等操作。例如，使用VMmare/OpenStack/Huawei支持多用户管理和维护，提高了维护信息的存储、浏览和查询速度，对于测量标志维护项目中庞大的信息量交互，起到了延缓处理和减少数据余冗的作用。

3)平台服务层。负责数据库中的数据持久(Persistence)化和再检索。从基础地理信息数据库调取必要要素，利用ArcGIS Server制作“数据服务”中的切片数据。空间数据用于建立要素图层，并发布成基于OGC标准的WMS服务和WFS服务。属性数据信息存储在服务器的Oracle数据库中，以数据库的形式提供数据服务。

4)软件服务层。负责发布资源接口。利用ArcGIS Server发布空间数据和功能，并在各客户端使用ArcGIS REST API对其进行解析，实现地图功能服务和编辑查询。通过Internet Information Server的发送服务，Web服务即可通过网络协议发送到各级客户端。

2.2 数据库设计

数据库设计是测量标志动态管理系统建设中至关重要的环节。数据库设计包括空间数据库设计和属性数据库设计两部分。其中，空间数据库借助数据库引擎ArcSDE，通过运行ArcCatalog将空间三维数据导入ArcGIS数据库；属性数据库管理工具采用Oracle大型数据库动态管理系统。Oracle数据库具有完整的数据管理功能，可作为分布式数据库实现分布式处理功能，通过对数据高密度压缩和分层可整合多个数据库[6]。针对标石“管+护”形式，具有数据量大、开发操作多、实时性要求高的特点，数据库运行由系统全局控制和后台进程管理两部分组成。利用数据库分布式处理数据的特性将空间数据库和属性数据库独立存放，二者之间通过关键字相关联，在为测量标志维护信息存储提供空间及属性信息的服务方面发挥最大化性能。

2.3 控制点信息管理

测量动态管理系统主要是由控制点信息录入、控制点信息更新和控制点信息审核3部分组成，控制点信息管理分为空间数据管理和属性数据管理两大部分。空间数据作为系统核心部分的主要依据，在空间数据导入和实时更新后，通过数据库形式进行操作管理。数据库对测量标志普查结果进行汇总，便于查询其中某一类控制点的核查信息[7]。

控制点信息是标志维护的核心内容，控制点信息数据库主要用于存储控制点的空间信息和属性信息及其相关内容。控制点信息数据库结构表是测量标志动态管理系统的基础，用于储存控制点原始及变动更新的详细信息。控制点信息数据库结构表如表2所示。

2.4 系统新增功能的实现

测量标志动态管理系统是在原有系统功能的基础上，基于ArcGIS Server数据库结构框架，Oracle大型数据库作为支撑，为标石维护专项设计研发。在开发过程中，针对测量标志的不同类型、不同状态及标志巡查与看护情况，对一些功能进行完善和补充[7]。测量标志动态管理系统的运行基础是测量标志数据库，基础数据信息来自辽宁省各市区等级点的巡查资料。

基于Oracle平台建立的动态管理系统，利用并行处理在建库时省略了数据库结构表中的相同字符和字段，运用索引技术建立数据库间的关联联系，实现不同数据模块之间的数据共享和调用。系统新增了以下功能：

1)基本信息维护。动态管理系统加载了高度记忆模块，为避免丢失标志维护信息，建立中间过程数据库。所有录入、编辑和更新信息计入操作库中，标志巡查完成后将更新信息保存至用户的原始数据库中。新增的基本信息维护功能可支持基本信息多步骤、多操作环节的并行操作，允许大量调查信息的反复操作与修改[8]。

2)测量标志管护功能。动态管理系统添加了“标志维修”菜单，在外业巡查时，对标志及其附件的检查，将维护和维修信息详细录入到“标志维修”中。填写的信息要求详细到破坏点需要维修的每个部件。细化标志管护步骤有助于统计分析标志破坏程度，督促管护普查工作。

3)增加“回填内容”选择项，主要用于统计标志破坏情况。用户还可自行定制信息分类，包括巡查时间、保修部位和巡查后评价等。“回填内容”主要是对巡查过程中出现的特殊情况进行修改和补充，将标志回填产生的原因及维修结果细化分类。此项功能充分体现了基于ArcGIS Server架构的数据库系统具有支持多用户和多分类操作的性能特性。

4)嵌入多媒体“全景视频”功能。将标志维护“全景视频”纳入系统菜单中，用于记录标志巡查的全部过程，对标志巡查、标志维修和查询汇总成果等起到辅助作用。系统按照汇总表数据库点名提供的顺序进行存储，输入时可运用OLE技术实现影像视频及图形的自动嵌入[9]。

表2 控制点信息数据库结构Tab.2 Database Structure of Control Point Information属性名称数据类型长度备 注IDInt— 采用自增长序列CODEChar64 即“编码”,主键NAME属性结构Char36 即“点名”空间结构Char36 即“点名”CODE空间结构Char— 即“编码”,主键STYLE属性结构Number— 即“类型”空间结构Char24 即“类型”PLEVELNumber— 即“等级”LEVELChar24 即“等级”AREA属性结构空间结构Char36 即“所在地”LOCATIONChar64 即“地理位置”TRAFFICChar255 即“交通情况”DESCRIPTIONChar255 即“点位详细说明”PSTATEBoolcan— 0—未保护,1—已保护STATEInt— 0—未见点;1—完好;2—部分完好;可利用,3—完全损坏;4—毁灭丢失;10—其他

动态管理系统数据操作界面如图2所示(图中箭头代表新增菜单功能)。

图2 测量标志动态管理系统功能界面

3 信息录入应用实例

以大连市区内某GNSS B级点标志维护为例，介绍利用测量标志动态管理系统进行信息录入。普查过程中发现位于某区域西侧的点位完整并且护盖完好，而且附属设施没有受到任何破坏。标志巡查人员在现场核实情况，填写测量标志巡查登记表，并与该标志看护者沟通后填写委托报管登记表协议，最后对该点位进行多角度拍照并录制环绕视频；内业进行处理时，将该点位登记表信息按照测量标志动态管理系统标志巡查填写格式进行录入。巡查信息录入及确认软件界面如图3所示。

图3 巡查信息录入及确认软件界面

当控制点的巡查信息录入完毕后，选择“托管信息表格维护”菜单，录入标志委托保管登记表的内容，并上传委托方负责人照片及其相关资料。如果测量标志完好，不需要选择“维修表格维护”，直接上传现场远近照片和维护全景视频录像，系统会自动对比生成信息加载到“查询汇总报表”中。

辽宁省基础测绘院参加了辽东及大连市区测量标志管护项目中约5 500个等级控制点的巡查与维修工作。目前，辽东地区测量标志巡查与管护原始数据已全部入库，经过多次对部分点位信息的再调查，对数据进行更新，虽然数据量增大，但系统运行正常，服务器和软硬平台操作良好，说明系统的鲁棒性很好。通过对外业和内业上交成果进行抽查，差错率低于5%，总体合格率达到92%。辽东地区点位数据的查询和显示结果如图4所示 (箭头处为辽东测区标志维护信息显示界面)。

图4 巡查管护信息的数据库显示

4 结 语

本文针对辽宁省测量标志普查工作中控制点具有数量大、建设时间跨度大和坐标系统多样等特点，对原有测量标志管理系统进行更新，基于ArcGIS Server平台，以Web技术为基础，采用B/S并行架构体系，构建具有空间信息和属性查询相结合的等级测量标志动态管理系统。这次系统更新对部分功能进行了完善，增加了全景视频、环视图和GNSS点构图等服务，提升了动态管理系统应用的深度广度。该系统在辽东及大连地区测量标志普查中得到全部应用，实现了对标志点的立点、维护、迁建、破坏和信息保存等各个环节的信息化管理，为辽宁省测量标志的动态管理和长效更新提供了有力支持和常态化监管。