張海濤，高莎莎，杜國(guó)慶，江 暢

(1．南京郵電大學(xué)地理與生物信息學(xué)院，江蘇南京210003;2．南京師范大學(xué)地理信息科學(xué)江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210097;3．江蘇省測(cè)繪局，江蘇南京210013)

一、引 言

隨著空間技術(shù)、信息技術(shù)、“3S”技術(shù)(GPS、RS和GIS技術(shù))等現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展和在測(cè)繪領(lǐng)域的滲透與融合，測(cè)繪技術(shù)體系經(jīng)歷了傳統(tǒng)的模擬測(cè)繪、數(shù)字測(cè)繪的變革，進(jìn)入了信息化測(cè)繪時(shí)代[1，2]。

空間數(shù)據(jù)采集、制圖作為信息化測(cè)繪的重要環(huán)節(jié)，其精確性、實(shí)時(shí)性是決定整個(gè)測(cè)繪流程效率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的測(cè)圖方法：內(nèi)、外業(yè)分離的測(cè)圖模式以及簡(jiǎn)單移動(dòng)測(cè)圖的方法均存在效率低、不適合多群體并行作業(yè)的大規(guī)模測(cè)圖工程的缺點(diǎn)。為此，本文提出基于無線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)膬?nèi)、外業(yè)一體化的移動(dòng)測(cè)圖模式，并重點(diǎn)研究移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)中群體協(xié)同服務(wù)的方法。實(shí)踐證明，基于協(xié)同服務(wù)[3]的移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)可以顯著提高多群體并行作業(yè)的大規(guī)模測(cè)圖工程的效率。

二、傳統(tǒng)的移動(dòng)測(cè)圖及存在問題

目前，測(cè)圖作為信息化測(cè)繪的重要組成環(huán)節(jié)，其組織、管理、調(diào)度水平仍顯滯后，典型的作業(yè)方法包括兩種模式。

1．內(nèi)、外業(yè)分離的測(cè)圖模式

測(cè)圖作業(yè)嚴(yán)格劃分為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的階段：外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)制圖[4]。該模式的主要缺點(diǎn)是割裂了測(cè)圖作業(yè)的整體性，外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程中不能及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤(編碼錯(cuò)誤、測(cè)漏、重測(cè)以及精度超限等)，待內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)制圖時(shí)才發(fā)現(xiàn)問題，往往無法彌補(bǔ)，通常需要進(jìn)行再次或多次的返測(cè)，引起大量的重復(fù)勞動(dòng)，造成人力、物力資源的浪費(fèi)。

2．移動(dòng)測(cè)圖模式

內(nèi)業(yè)制圖功能移植到外業(yè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)采集、制圖的一體化。主要有3種實(shí)現(xiàn)方法。

1)全站儀+PDA的方法。建立PDA與全站儀的串口通信，在PDA設(shè)備上存儲(chǔ)坐標(biāo)點(diǎn)、編碼等，進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查與成圖。

2)RTK流動(dòng)站+手簿的方法。手簿為RTK廠商配套專用的智能設(shè)備，完成與流動(dòng)站設(shè)備的數(shù)據(jù)集成與簡(jiǎn)單成圖。這兩種簡(jiǎn)單移動(dòng)測(cè)圖的方法雖對(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)、外業(yè)分離的制圖模式所有改進(jìn)，但是在應(yīng)用過程中存在較大的局限性：野外作業(yè)的環(huán)境惡劣(戶外顯示文字和圖形的能力有限，工作環(huán)境的濕度、溫度等很容易引起數(shù)據(jù)采集處理設(shè)備電子器件的損壞)且移動(dòng)設(shè)備所宿主的移動(dòng)計(jì)算環(huán)境資源有限(CPU運(yùn)算能力、存儲(chǔ)空間、屏幕大小與分辨率以及電池電量等因素)。因此，簡(jiǎn)單的移動(dòng)測(cè)圖模式并不能太大地提高測(cè)圖作業(yè)的效率。

3)集成多種導(dǎo)航定位和測(cè)圖傳感器的車載移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)(mobile mapping system，MMS)。MMS是目前最先進(jìn)的測(cè)圖方法，具有獨(dú)立成圖(無需借助地圖和傳統(tǒng)測(cè)圖方式即可完成道路電子地圖的測(cè)制)、測(cè)量成果全面(空間坐標(biāo)、矢量數(shù)據(jù)以及連續(xù)的三維圖形等)，而且能夠有效融合其他來源數(shù)據(jù)(可與航片、衛(wèi)片以及傳統(tǒng)地形圖進(jìn)行有效融合，從而生成信息更為全面的地理信息)以及高效率(能夠以60 km/h的速度完成外業(yè)測(cè)圖工作)等優(yōu)點(diǎn)[5]。

但MMS方式存在的最大缺點(diǎn)是：采用獨(dú)立作業(yè)模式，不能充分利用分布式網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行并行處理，因此MMS空間數(shù)據(jù)處理、分析運(yùn)算能力有限，不適合多群體并行作業(yè)的大規(guī)模測(cè)圖工程。另外，MMS費(fèi)用太高、設(shè)備復(fù)雜、采集數(shù)據(jù)精度低，且作業(yè)區(qū)域受限(對(duì)于野外環(huán)境比較惡劣，車輛無法到達(dá)的區(qū)域則不能進(jìn)行作業(yè))，因此只適合于城市景觀、市政公用設(shè)施數(shù)據(jù)的測(cè)圖工程。

三、基于協(xié)同服務(wù)的移動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)圖

1．系統(tǒng)架構(gòu)

移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，為空間數(shù)據(jù)的大批量、實(shí)時(shí)、高效地?zé)o線傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。本文提出基于移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，構(gòu)建一種具有移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與后臺(tái)制圖系統(tǒng)實(shí)時(shí)、協(xié)同交互信息功能的移動(dòng)測(cè)圖模式。該模式可以同時(shí)發(fā)揮移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的快速獲取空間信息以及內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與制圖功能的優(yōu)勢(shì)，大大提高移動(dòng)測(cè)圖作業(yè)的效率。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)基于C/S模式的分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)功能框架

移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括：登錄管理、任務(wù)管理、RTK數(shù)據(jù)、草圖數(shù)據(jù)、視圖操作;內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)包括：作業(yè)管理、數(shù)據(jù)管理、制圖管理以及站點(diǎn)管理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸(中間件)是連接兩個(gè)子系統(tǒng)的核心功能模塊，其采用Stub/proxy的設(shè)計(jì)模式。宿主于移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的Stub負(fù)責(zé)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)發(fā)送、內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)分析處理結(jié)果的實(shí)時(shí)接收，而宿主于內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)的proxy則完成測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、識(shí)別，以及內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)協(xié)同處理結(jié)果的實(shí)時(shí)發(fā)送等功能。

2．多群體作業(yè)的協(xié)同服務(wù)

在大規(guī)模的測(cè)圖工程中[6]，通常需要大量的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并行、協(xié)同工作。設(shè)計(jì)一種多個(gè)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間以及移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)之間信息交互的協(xié)同服務(wù)模型是有效解決移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間作業(yè)沖突、動(dòng)態(tài)調(diào)度作業(yè)，提高整體測(cè)圖工程效率的關(guān)鍵。

(1)作業(yè)單元

移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的基本作業(yè)單元(job)仍采用圖幅(MapNO)管理的方式。首先，根據(jù)數(shù)據(jù)采集區(qū)域的空間范圍、生成系列符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的圖幅。然后，依據(jù)作業(yè)環(huán)境、移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)量等因素，將指定的圖幅集分配給某一作業(yè)單元，同時(shí)為作業(yè)單元內(nèi)指定要采集的數(shù)據(jù)類型(layer)。最后，將特定的作業(yè)單元分配給某一移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(station)。作業(yè)單元的基本構(gòu)成要素之間的關(guān)系，如圖2所示。

圖2 作業(yè)單元構(gòu)成的E-R圖

(2)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)的協(xié)同交互

移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)之間的信息協(xié)同交互通過移動(dòng)Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)。協(xié)同交互的基本操作包括：作業(yè)任務(wù)生成與分配、作業(yè)任務(wù)調(diào)用、作業(yè)實(shí)施、作業(yè)數(shù)據(jù)提交、作業(yè)數(shù)據(jù)檢查處理以及數(shù)據(jù)制圖等。

具體的操作流程包括：

1)內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)調(diào)入作業(yè)區(qū)域背景圖，依據(jù)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)量與空間位置分布生成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的MapNo，并將其分配給具體的job，然后將job分配給station。系統(tǒng)功能界面如圖3(a)所示。

2)登錄移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過作業(yè)調(diào)入模塊，加載為其分配的job。系統(tǒng)功能界面如圖3(b)所示。

3)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用接入JSCORS網(wǎng)絡(luò)的RTK模式，在其job范圍內(nèi)進(jìn)行快速的高精度數(shù)據(jù)采集[7]，并編輯其屬性信息。對(duì)于不能使用測(cè)量設(shè)備作業(yè)，且對(duì)定位精度要求不高的空間數(shù)據(jù)，可以使用草圖繪制功能進(jìn)行編輯。系統(tǒng)功能界面如圖3(c)所示。

4)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完成作業(yè)后，進(jìn)行簡(jiǎn)單成圖與數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查，然后將完成的job任務(wù)提交到內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)。系統(tǒng)功能界面如圖3(d)所示。

5)內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)接收移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提交的作業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與質(zhì)量檢查。如果不能滿足要求，將錯(cuò)誤與修改要求即刻發(fā)送回移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)修正錯(cuò)誤或重新作業(yè)，否則內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)即利用數(shù)據(jù)處理功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)制圖預(yù)處理，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫(kù)、制圖、打印輸出，功能界面如圖3(e)、3(f)所示。移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)的協(xié)同交互的基本流程如圖4所示。

圖3 移動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)圖系統(tǒng)功能界面

圖4 移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)協(xié)同交互

(3)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的協(xié)同交互

移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的協(xié)同交互采用中心數(shù)據(jù)庫(kù)的交互模式，即移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的信息交互需通過內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)的任務(wù)管理模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)接。采用協(xié)同交互模式的主要原因是：移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的空間作業(yè)范圍通常比較大，基于P2P的短距離無線數(shù)據(jù)交互無法滿足需求。移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的協(xié)同交互的流程如圖5所示。具體操作步驟包括：

1)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在作業(yè)的過程中，由于環(huán)境、人為等因素的變化，往往需要對(duì)既定的作業(yè)進(jìn)度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依據(jù)其作業(yè)進(jìn)度情況，提出任務(wù)調(diào)度請(qǐng)求。

2)內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)接收任務(wù)調(diào)度請(qǐng)求，作業(yè)管理模塊通過對(duì)整個(gè)測(cè)圖工程的所有作業(yè)任務(wù)的監(jiān)控(系統(tǒng)功能界面如圖3(d)所示)，依據(jù)作業(yè)范圍的空間分布、作業(yè)進(jìn)度控制等因素，生成優(yōu)化調(diào)度模型(系統(tǒng)功能界面如圖3(e)所示)，并依據(jù)調(diào)度模型算法的生成預(yù)案，調(diào)度移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理調(diào)度任務(wù)。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著智慧地球、物聯(lián)網(wǎng)等概念的提出，對(duì)地理空間信息的需求更為迫切，海量、高精度的地理空間信息的快速獲取以及實(shí)時(shí)專題地圖制作成為當(dāng)前測(cè)繪技術(shù)發(fā)展的新挑戰(zhàn)，針對(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)、外分離作業(yè)模式以及簡(jiǎn)單移動(dòng)測(cè)圖模式的數(shù)據(jù)測(cè)圖系統(tǒng)存在的效率低、應(yīng)用范圍有限等缺點(diǎn)，本文提出了一種基于協(xié)同服務(wù)的移動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)圖模式，并給出了基于模式的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方法以及移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)制圖系統(tǒng)的協(xié)同交互的基本流程。本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)實(shí)時(shí)測(cè)圖系統(tǒng)，已經(jīng)在接入JSCORS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)中成功應(yīng)用。實(shí)踐證明，在應(yīng)用于移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)群體并行、協(xié)同工作的測(cè)圖工程中，該系統(tǒng)具有較高的效率。

圖5 移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的協(xié)同交互

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