地理国情监测与基础测绘联合生产外业作业系统设计思考

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作 者 信 息

程滔，周旭，贾云鹏（国家基础地理信息中心，北京100830）

【摘要】通过对比分析地理国情监测与1:50 000基础地理信息动态更新在生产组织与技术实现上的异同点，总结测绘地理信息行业两项重大工程项目外业工作的作业内容、技术方法，提出适用于两者联合生产的外业作业系统设计思路，从系统功能设计、数据内容与数据接口设计两个主要方面开展研究。对设计方法进行了应用示范，并与现有外业作业系统进行了比较，结果表明：本文提出的系统设计方法能够适用于多类型测绘外业作业系统开发，并且可拓展至不同的分类体系与内容指标，有利于减少系统开发投入，满足多类型测绘外业作业需求。

【关键词】地理国情监测；基础测绘；外业；作业系统

【中图分类号】P273 

【文献标识码】B 

【文章编号】1672-1586（2018）02-0045-05”

引文格式：程滔, 周旭, 贾云鹏. 地理国情监测与基础测绘联合生产外业作业系统设计思考[J].地理信息世界,2018,25(2):45-49.

正文

0　引　言

基础性地理国情监测是以第一次全国地理国情普查形成的成果数据库为基础，采用与之相一致的内容体系，重点针对地表覆盖与地理国情要素内容，通过监测从上一年度数据采集时间点到本年度发生变化的内容，发现各类变化，补充新增内容，形成覆盖全国的时间序列监测成果，为各项专题性监测提供持续数据支撑，并持续满足各类行业需求。具体而言，基础性地理国情监测采用内、外业结合的方法开展，按照“内业为主、外业为辅”的原则安排任务，利用第一次全国地理国情普查成果数据作为监测本底，基于监测期获取的遥感影像数据，识别变化区域，采用遥感影像解译、变化信息提取、数据编辑与整理、外业调查等技术与方法，充分利用已经收集的解译样本数据辅助内业解译，采集变化信息，结合多行业专题数据，对普查成果数据进行更新。内业无法获取和难以识别的区域辅以外业调查，其他变化区域，合理确定核查路线，开展外业核查。基础性地理国情监测项目具有持续性、常态化特点。

1:50 000基础地理信息动态更新是对覆盖全国的1:50 000地形要素的更新，每年更新一次，每年发布一个更新版本，实现对更新数据的建库与管理服务。具体而言，是以现有的1:50 000数据库成果作为更新的底图数据，搜集各种专业现势资料，基于遥感影像，更新全国多分辨率正射影像数据库，分析确定资料利用方案，根据专业资料、影像以及外业实地调查等多种方式进行变化发现与检测，以内业整合与外业重点巡查更新相结合的方法，进行增量式更新生产、建库与管理。1:50 000基础地理信息动态更新项目同样具有持续性、常态化特点。

基础性地理国情监测与1:50 000基础地理信息动态更新均是测绘地理信息行业重点项目，在生产组织与技术实现上具有相似性。因此，开展监测与动态更新联合生产具有可操作性，并能够节省外业工作投入。在此情况下，开发联合生产外业作业系统，有利于增强外业工作的便利性，提高外业生产效率，保障外业成果的一致性。

1　系统关键技术研究

1.1 总体技术

基础性地理国情监测与1:50 000基础地理信息动态更新在生产组织与技术实现上具有相似性。从技术流程与技术方法来讲，两者均是采用内、外业相结合的方法开展，首先基于遥感影像等资料，在内业进行首次影像判读，得到阶段性成果数据；然后将此成果数据导入到外业作业系统，通过外业实地调查，进行判绘和补调，得到外业作业成果；最后将外业作业成果再传回内业，在内业进行数据的进一步编辑与整理，得到最终的成果数据。

根据目前地理国情普查、基础性地理国情监测、1:50 000基础地理信息动态更新的生产经验，两者均已开发了外业调查系统，以满足外业调查工作的需要。鉴于两者外业工作特点和相似性，有必要研发适用于两者联合生产的外业作业系统，将监测与动态更新进行联合生产，使得外业作业人员在一次外业调查工作中，同时采集到满足基础性地理国情监测与1:50 000基础地理信息动态更新需求的所有内容，从而减少人力、物力、财力的投入，提高生产效率和劳动价值。

本文即是针对监测与动态更新联合生产外业生产需求，参考现有的国家技术标准和行业技术规范，依据地理国情普查、基础性地理国情监测、1:50 000基础地理信息动态更新相关技术文件，对监测与动态更新联合生产外业生产的目标与原则、基本内容与要求、技术方法、工作流程，以及成果内容和形式进行详细系统设计，利用RS、GIS、GPS技术，研发适用于联合生产的外业作业系统，实现地理国情要素、地表覆盖分类、1:50 000更新要素类型、边界、属性等内容的采集、录入、编辑、存储、查询、显示、输出等，满足联合生产的外业作业需要。本文重点从系统功能设计、数据内容与数据接口设计两个主要方面进行介绍。

1.2 模块特征分析

根据地理国情监测与基础测绘外业工作内容，联合生产外业作业系统需要完成以下基本任务：

1）对内业采集的地理国情要素、地表覆盖分类、1:50 000更新要素的类型、边界、属性等信息内容进行外业实地抽样核查和结果统计，发现和更正判读采集过程中的错误，检验内业判读解译的正确率。

2）补充完善内业判读工作中无法确定的、存在疑问的或信息内容不完整的地理国情要素、地表覆盖分类、1:50 000更新要素的类型、边界、属性等内容。

3）选择具有代表性和典型性的地物类型，实地采集遥感影像解译样本数据。

4）外业调查与核查形成的资料和记录，为使用成果用户提供判断数据质量情况的客观依据，为相关专题分析、多媒体制作提供素材。

5）补测新增的符合1:50 000更新指标的地物地貌要素。

6）1:50 000更新地名调查。重点调查核实行政村及以上地名，其他地理名称和自然地名择要核实，并按规定将其准确归类。补调重要的新增地名。

因此，根据基本任务以及野外作业场景特点，系统模块应具备以下特征：功能完备且操作简单，便于作业人员理解与使用；操作方式、操作流程上符合外业作业习惯，并能减少作业人员发生错误选择的可能性；有利于作业人员更多地使用系统开展工作。

1.3 模块剖分方法研究

基于模块特征分析，系统划分为功能模块和基础数据两个部分，基础性地理国情监测与1:50 000基础地理信息动态更新通过功能模块调用基础数据，对数据进行定位、浏览，在对数据进行添加、删除、修改、查询、赋属性等编辑处理后，将外业调绘成果输出。系统主要剖分为五大功能模块：空间定位模块、地图浏览模块、地图编辑模块、实景获取模块、输入输出模块，如图1所示。

图1　外业作业系统功能模块划分

Fig.1 Functional module division of field surveying system

模块设计主要是结合需求，对系统进行体系结构设计，对各模块的技术架构、功能结构、具体功能设计进行描述。模块数据流转过程主要分为3个环节：数据输入与浏览、数据编辑、数据输出，如图2所示。

图2　模块数据流程

Fig.2 Flow process of module data

2　系统数据分析

2.1 数据类型与存储结构

外业工作流程中，输入、输出的数据包括以下几类：

1）空间矢量数据：包括内业判读成果，以及经外业工作后形成的成果。具体指地理国情监测的地表覆盖与地理国情要素数据、1:50 000更新要素数据，采用ArcGIS的GeoDatabase数据库进行存储，主要为FileGeoDatabase。

2）空间栅格数据：是用于联合生产的遥感影像数据，采用tif或img格式进行存储。

3）专题数据：是用于辅助判读的专题资料数据。矢量采用shp或ArcGIS的GeoDatabase数据库进行存储；文档采用txt、Word、Excel格式进行存储。

4）多媒体数据：是照片、视频和音频数据。照片采用jpg格式，视频采用rmvb、avi或mov等通用格式，音频采用mp3、wv等通用格式。

5）XML数据：图层字段信息、字段可选项信息、图层对应的符号样式等在系统运行周期内不发生增删改的数据信息在系统初期便基本确定，与采用的比例尺、坐标系无关，系统采用XML形式进行组织，方便进行比例尺等信息的切换，采用xml格式。

6）涂鸦数据：涂鸦数据存储在指定文件夹下，数据的命名需包含时间信息，采用jpg格式。

2.2 数据接口实现

系统访问空间数据的接口采用ArcGIS Engine组件来实现，提供接口进行数据读写、数据编辑、数据提取、视图管理、数据浏览等操作。为了使外业作业系统能够与内业作业系统进行紧密衔接，并保证外业作业系统内部各个模块之间能够较好的通信，需要充分考虑系统的接口设计。这里从外部数据交换方法和内部数据交换方法两方面对系统所涉及到的接口进行设计。

2.2.1 外部数据交换方法

这里的外部数据交换是指外业作业系统与内业作业系统在硬件设备、各种支持软件以及其他往来关系之间的交互方法，采用文件交换模式实现数据的接口设计。具体包括以下几个方面。

1）与外部硬件设备接口

这里外部硬件设备接口是指外业平板电脑与内业计算机相连接的硬件设备，本系统考虑使用USB数据线接口。

2）与常用软件接口

通过用于数据交互的标准格式的数据文件，可以实现本系统与ArcGIS、ERDAS等常用软件之间的通信与交互。系统中提供的数据转换工具可以实现数据转换功能。尽可能减少数据格式的转换。

能够将一些报表以Excel电子表格的方式导出，也可以将符合系统定义格式的Excel表格导入到系统中。

3）内业到外业数据

数据内容：首次从内业导入到外业的数据，包括空间矢量数据、空间栅格数据、专题数据等。

①基础性地理国情监测：

a）矢量数据分层组织、属性定义按照《基础性地理国情监测数据技术规定》。

b）在外业作业过程中，对于地表覆盖数据，“Tag”属性项的填写较为重要，以明确标识是否进行了外业核查或调绘。

对于地理国情要素数据，可添加“Tag”属性项，用以标识是否进行了外业核查或调绘。

②1:50 000基础地理信息动态更新：

a）矢量数据分层组织、属性定义按照《1:50 000地形要素数据规定（第2版）》。

b）在外业作业过程中，对于各要素数据，可添加“Tag”属性项，用以标识是否进行了外业核查或调绘。

4）外业到内业数据

数据内容：外业作业完成后，从外业导出到内业的数据包括：空间矢量数据、遥感影像解译样本数据的照片数据，以及外业调查原始轨迹数据。

数据格式：遥感影像解译样本数据的照片数据采用通用jpg格式；外业调查原始轨迹数据采用通用shp或File Geodatabase格式，或者是能够转换为通用shp或File Geodatabase格式的数据格式。

数据组织：基础性地理国情监测矢量数据分层组织、属性定义按照《基础性地理国情监测数据技术规定》；1:50 000基础地理信息动态更新矢量数据分层组织、属性定义按照《1:50 000地形要素数据规定（第2版）》。

2.2.2 内部数据交换方法

内部数据交换方法用于说明整个系统内部各模块之间的数据交互方式。各模块必须遵循低耦合、高内聚的设计原则。它们在一定的通讯规则和集成模式下完成各自独立功能的同时，又能够有机地集成在一起，最终服务于整个系统的信息处理。为此，必须设计出合理的接口来实现各模块之间的通信，以达到信息共享和系统高效集成管理的目标。

系统由5个功能模块和基础数据组成，各模块之间的数据交换方法如图3所示。

图3　外业作业系统数据交换

Fig.3 Data interface and interaction of field surveying system

具体接口设计如下：

1）地图浏览模块与基础数据之间的接口地图浏览模块读取、显示基础数据中的遥感影像数据、矢量地图数据，并能进行图层控制等操作。

2）地图编辑模块与基础数据之间的接口两者之间数据是互访关系，地图编辑模块读取基础数据中的矢量地图数据，对数据进行编辑操作，将编辑结果存储在基础数据中。

3）输入输出模块与基础数据之间的接口两者之间数据是互访关系，作业人员登录后，输入输出模块加载基础数据中的遥感影像数据、矢量地图数据，进行完编辑等操作后，将成果数据进行输出。

4）空间定位模块与地图浏览模块之间的接口空间定位模块将采集的点位坐标、路径轨迹等数据显示在地图浏览模块中。

5）空间定位模块与地图编辑模块之间的接口空间定位模块将采集的点位坐标、轨迹等数据传递给地图编辑模块，实现点、线、面要素几何信息的采集。

6）空间定位模块与实景获取模块之间的接口空间定位模块将采集的点位坐标传递给实景获取模块，能够将采集的遥感影像解译样本以及其他多媒体数据与位置信息进行关联，便于后续工作的开展。

7）实景获取模块与输入输出之间的接口实景获取模块采集的遥感影像解译样本以及其他多媒体数据，利用输入输出模块将其导出。

3　结束语

利用设计的方案，开展了应用示范，研发了一套外业作业系统，采用双模块切换模式，进行监测与动态更新联合生产的作业场景切换。通过与相关单位现有单项目系统比较，设计的方案去掉了外业非必须的、冗余的功能，增强了系统的友好性、可用性，方便在野外使用。

目前设计的方案，适用于监测与动态更新联合生产，但尚未实现真正意义的内容与指标融合，这还有待于两个项目在顶层设计上的整合。但设计的方案扩展性强，可采用模板定制的方式，将不同的分类体系与内容指标置入规范的模板，便捷地拓展至不同的测绘项目，体现了设计方案的稳健性，利于设计方案的推广应用，并对未来通用型测绘外业作业系统的设计有一定的参考意义。

来源：地理信息世界(微信公众号:地理信息世界GeomaticsWorld，版权归原作者及刊载媒体所有)

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编辑 / 徐鑫  审核 / 刘峰

指导：万剑华教授(微信号wjh18266613129)