李飛
(山東省國土測繪院,山東 濟(jì)南 250102)
地名地址數(shù)據(jù)[1-3]是政務(wù)信息與地理信息聯(lián)系的載體,是人們工作、生活不可或缺的內(nèi)容,是“智慧城市”框架數(shù)據(jù)建設(shè)的重要組成部分[4-5]。隨著地理信息公共服務(wù)平臺應(yīng)用的日益廣泛和深入,對平臺各類數(shù)據(jù),尤其是地名地址數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和準(zhǔn)確性提出了越來越高的要求,同時為了節(jié)省財政資金,提高地名地址數(shù)據(jù)采集更新的效率,減少省市數(shù)據(jù)融合工作,使數(shù)據(jù)能夠快速上圖,對地名地址數(shù)據(jù)的作業(yè)模式也提出了新的挑戰(zhàn)[6-8]。
目前,地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作大多是將作業(yè)區(qū)進(jìn)行簡單的網(wǎng)格劃分,作業(yè)人員利用紙質(zhì)底圖外業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集更新,然后內(nèi)業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總和數(shù)字化,這種方式存在采集效率低、實時性差、定位精度差、準(zhǔn)確率低、資源浪費大等問題[9-11],同時也不利于數(shù)據(jù)上圖發(fā)布。
因此,為了解決傳統(tǒng)地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作中存在的問題,提高數(shù)據(jù)采集更新的效率和準(zhǔn)確度,該文提出了一種基于移動GIS技術(shù)的地名地址數(shù)據(jù)采集和更新方法,建立了地名地址數(shù)據(jù)采集更新的內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)流程,利用“天地圖·山東”地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)及二次開發(fā)API,設(shè)計并實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計,分為數(shù)據(jù)層、中間層和應(yīng)用層3層框架體系(圖1)[12-14]。
(1)數(shù)據(jù)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲和管理,包括地名地址基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、地名地址下發(fā)數(shù)據(jù)庫、瓦片緩存庫、文件庫等。地名地址基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫即山東省已有的地名地址數(shù)據(jù)庫,其由基礎(chǔ)測繪、導(dǎo)航、國情、及時更新、市縣大比例尺數(shù)據(jù)及其他合作部門(如民政、信用等)的多源數(shù)據(jù)融合而成。地名地址下發(fā)數(shù)據(jù)庫即根據(jù)市縣范圍從地名地址基礎(chǔ)據(jù)庫中抽取的需要各市縣采集更新的數(shù)據(jù)庫。
(2)中間層提供了系統(tǒng)的開發(fā)框架及所必需的中間件,包括“天地圖·山東”提供的地圖服務(wù)、開發(fā)API,Android開發(fā)框架,.Net平臺提供的asp框架和WebService服務(wù),Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫引擎和SqlLite數(shù)據(jù)引擎等。
(3)應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能及界面的實現(xiàn),包括手機(jī)或平板等移動終端的數(shù)據(jù)采集和Web端的業(yè)務(wù)管理功能。
圖1 系統(tǒng)總體框架圖
地名地址采集系統(tǒng)分為Web端地名地址數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和移動端地名地址數(shù)據(jù)采集APP兩部分(圖2)。
圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
(1)Web端地名地址數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)主要包括項目管理、任務(wù)管理、內(nèi)業(yè)核查、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、統(tǒng)計分析和系統(tǒng)管理等功能模塊。
項目管理模塊包括創(chuàng)建項目、數(shù)據(jù)抽取建庫、數(shù)據(jù)下載和數(shù)據(jù)更新。其中數(shù)據(jù)抽取建庫是通過行政區(qū)劃自動提取區(qū)劃范圍、手動在地圖上繪制范圍、導(dǎo)入shp數(shù)據(jù)范圍等方式,利用空間分析服務(wù)從地名地址基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫抽取數(shù)據(jù)建立下發(fā)數(shù)據(jù)庫。任務(wù)管理模塊提供任務(wù)區(qū)網(wǎng)格劃分、任務(wù)分配和任務(wù)編輯等功能。內(nèi)業(yè)核查模塊主要用于對外業(yè)上報數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)組合查詢、數(shù)據(jù)編輯及數(shù)據(jù)核查功能。數(shù)據(jù)質(zhì)檢模塊主要是提交的任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查,包括數(shù)據(jù)審核、數(shù)據(jù)批量退回、照片核驗和外業(yè)核查等功能。統(tǒng)計分析模塊包括進(jìn)度統(tǒng)計、任務(wù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)預(yù)覽、報表輸出等功能。系統(tǒng)管理模塊提供用戶管理、權(quán)限管理、通知公告管理和日志管理等系統(tǒng)維護(hù)管理功能。
(2)移動端地名地址數(shù)據(jù)采集APP包括任務(wù)列表、數(shù)據(jù)采集、GIS功能和其他輔助功能模塊。
任務(wù)列表模塊包括任務(wù)查詢、任務(wù)下載及任務(wù)更新功能。用戶登錄移動端APP后,如果網(wǎng)絡(luò)處于連通狀態(tài),將從Web端服務(wù)器下載最新的任務(wù)列表信息,并將每個任務(wù)項與本地緩存的任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,如果本地沒有緩存任務(wù)數(shù)據(jù),任務(wù)項提示該任務(wù)需要下載,如果服務(wù)器任務(wù)的版本號大于本地任務(wù)緩存版本號,任務(wù)項將提示該任務(wù)數(shù)據(jù)有更新,需更新任務(wù)數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集模塊是移動端地名地址數(shù)據(jù)采集APP的核心模塊,包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)采集與更新、拍攝照片、數(shù)據(jù)離線保存和數(shù)據(jù)上傳等功能。數(shù)據(jù)查詢有分類查詢、組合查詢、最小距離查詢等多種查詢方式,并可將查詢結(jié)果進(jìn)行匯總統(tǒng)計,統(tǒng)計出當(dāng)前未核查、已核查、已上傳、新增等狀態(tài)下的地名地址數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)采集與更新提供了地名地址數(shù)據(jù)的采集、更新和編輯,同時為了方便作業(yè)員進(jìn)行野外作業(yè),還提供了復(fù)制上一條道路記錄、復(fù)制上一條位置記錄、復(fù)制上一張地名照片記錄、復(fù)制上一張地址照片記錄等操作。
GIS功能模塊提供了地圖放大、縮小、平移、旋轉(zhuǎn)、矢量影像地圖切換、地名注記層開啟/關(guān)閉等地圖操作,GPS定位、跟隨、導(dǎo)航等定位操作,地圖矢量數(shù)據(jù)下載、更新,影像柵格瓦片的下載等功能。
其他輔助功能主要是為了方便作業(yè)員工作而設(shè)計的系統(tǒng)輔助功能,包括用戶登錄和記住密碼,地圖緩存、柵格瓦片、采集照片和任務(wù)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的清除,道路、字典等服務(wù)器數(shù)據(jù)和APP軟件的版本檢測,任務(wù)地圖下載開啟/關(guān)閉和GPS定位開啟/關(guān)閉等系統(tǒng)設(shè)置功能。
地名地址采集更新工作主要涉及地理空間數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、文檔圖片數(shù)據(jù)以及臨時離線緩存數(shù)據(jù),為了有效存儲和使用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),系統(tǒng)采用Oracle11G數(shù)據(jù)庫、Sqlite數(shù)據(jù)庫和文件庫等多庫相結(jié)合的方式進(jìn)行管理[15-17]。其中Oracle11G數(shù)據(jù)庫主要用來存儲空間數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),如項目表、項目任務(wù)表、地名地址數(shù)據(jù)表、道路表、字典表等,表1給出了Oracle11G存儲的地名地址數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。Sqlite數(shù)據(jù)庫用來存儲和管理移動端APP離線緩存的地名地址數(shù)據(jù)和瓦片索引數(shù)據(jù),文件庫用來存儲和管理矢量地圖數(shù)據(jù)、影像瓦片數(shù)據(jù)、拍攝的照片數(shù)據(jù)和其他文件資料數(shù)據(jù)等。
表1 地名地址數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
地名地址數(shù)據(jù)外業(yè)調(diào)查工作一般采用掃街式調(diào)查方式,即外業(yè)員沿著道路單側(cè)逐個進(jìn)行外業(yè)調(diào)查,如果下發(fā)任務(wù)數(shù)據(jù)中不存在該數(shù)據(jù),則進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,已存在則進(jìn)行數(shù)據(jù)更新及核查。考慮到作業(yè)員對任務(wù)區(qū)實地情況熟悉程度各異,以及作業(yè)規(guī)則與實地情況的切合度,多個作業(yè)員分別作業(yè)時會存在數(shù)據(jù)采集重復(fù)或沒有采集等問題,如果對任務(wù)區(qū)進(jìn)行正方形或矩形網(wǎng)格劃分的話,也不利于已有數(shù)據(jù)的核查,尤其是小區(qū)內(nèi)部樓棟、醫(yī)院內(nèi)部樓棟、學(xué)校內(nèi)部樓棟和道路等信息。為了解決地名地址數(shù)據(jù)外業(yè)調(diào)查中存在的多作業(yè)員采集重復(fù)數(shù)據(jù),因任務(wù)區(qū)劃分而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)采集困難、效率低下的問題,該文提出了一種基于道路的地名地址數(shù)據(jù)采集更新方法,主要包括:
(1)對所有道路進(jìn)行唯一性編碼,將所有需要更新的地名地址數(shù)據(jù)都綁定一條所屬道路。
(2)以道路中心線為基準(zhǔn)劃分網(wǎng)格即任務(wù)區(qū),利用裁剪、疊置分析等手段將道路及其所屬的地名地址信息都劃定到任務(wù)區(qū)內(nèi)。
(3)基于作業(yè)員外業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集更新時選定作業(yè)的道路和方向,利用GPS定位、混合網(wǎng)絡(luò)定位等手段,將核查數(shù)據(jù)以距離當(dāng)前定位點由近及遠(yuǎn)依次排序。
(4)通過選取任務(wù)區(qū)、道路等信息,對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)核查和數(shù)據(jù)質(zhì)檢。
地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作一般是以市縣為項目作業(yè)區(qū),而對于整個作業(yè)區(qū)來講,數(shù)據(jù)量大,需要多名作業(yè)員聯(lián)合來完成數(shù)據(jù)的采集更新工作,因此為了更好的管理作業(yè)員的工作進(jìn)度及數(shù)據(jù)質(zhì)量,需要建立一種新的地名地址數(shù)據(jù)管理體系。
該文以地名地址數(shù)據(jù)采集更新任務(wù)為中心,利用WebService、版本控制、數(shù)據(jù)緩存、異步上傳等技術(shù)手段,通過任務(wù)的預(yù)處理、任務(wù)的下發(fā)、任務(wù)下載和更新、任務(wù)數(shù)據(jù)的外業(yè)采集和內(nèi)業(yè)核查、任務(wù)質(zhì)檢、任務(wù)提交和數(shù)據(jù)發(fā)布等作業(yè)流程,建立了以任務(wù)為核心的數(shù)據(jù)管理模式,實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)的內(nèi)外業(yè)一體化管理,具體流程如圖3所示。
(1)進(jìn)行任務(wù)數(shù)據(jù)的預(yù)處理,以全省的地名地址數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)庫,通過項目區(qū)范圍從基礎(chǔ)庫中提取范圍區(qū)已有的地名地址數(shù)據(jù),將其作為本項目區(qū)本次進(jìn)行地名地址數(shù)據(jù)采集更新工作的下發(fā)數(shù)據(jù)庫。
(2)綜合考慮下發(fā)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)整體分布情況及作業(yè)人員數(shù)量,劃定任務(wù)區(qū)范圍。
(3)作業(yè)員通過手機(jī)或平板安裝地名地址采集系統(tǒng)APP,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集更新工作。
(4)作業(yè)員上傳任務(wù)區(qū)已完成數(shù)據(jù),由內(nèi)業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)核查,并將不符合要求的數(shù)據(jù)退回到外業(yè)流程,由外業(yè)人員重新核查。
(5)任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)全部內(nèi)業(yè)核查結(jié)束,提交質(zhì)檢人員,進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)檢,并對不符合要求的任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)全部或部分退回,重新進(jìn)行外業(yè)采集或內(nèi)業(yè)核查。
(6)任務(wù)數(shù)據(jù)通過質(zhì)檢,將新的成果數(shù)據(jù)更新至地名地址基礎(chǔ)庫,并發(fā)布上圖。
圖3 以任務(wù)為核心的數(shù)據(jù)管理流程圖
針對地名地址數(shù)據(jù)采集過程中定位精度差、準(zhǔn)確率低、數(shù)據(jù)質(zhì)量不理想等問題,該文利用移動GIS、GPS/北斗定位、圖像識別、遙感等技術(shù),通過采集位置上報、影像判斷、照片比對、時空分析、實地抽查等手段,建立了地名地址數(shù)據(jù)采集動態(tài)監(jiān)管模式(圖4),實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)采集全過程全方位的動態(tài)監(jiān)管,主要包括外業(yè)采集上報監(jiān)管、采集移動軌跡監(jiān)管、內(nèi)業(yè)核查監(jiān)管和質(zhì)量檢查監(jiān)管四部分。
(1)外業(yè)采集上報監(jiān)管。地名地址數(shù)據(jù)采集上報時,需要上報采集點位置、數(shù)據(jù)點位置和現(xiàn)場照片的位置等空間信息,數(shù)據(jù)采集時間、照片拍攝時間以及數(shù)據(jù)上傳時間等時間信息,以及地名地址所屬區(qū)劃、所在道路及門牌號等屬性信息,結(jié)合外業(yè)調(diào)查上報時,作業(yè)員的行走速度等因素,進(jìn)行3個上報位置容差比對、3個時間的對比、位置與所屬道路比對、上報名稱和拍攝照片文字識別內(nèi)容比對,實現(xiàn)對地名地址數(shù)據(jù)采集上報進(jìn)行監(jiān)管,準(zhǔn)確掌握外業(yè)調(diào)查時上報的時空信息,為地名地址數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)核查和質(zhì)量檢查提供基礎(chǔ)支撐。
(2)采集移動軌跡監(jiān)管。由于作業(yè)員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程是沿道路單向進(jìn)行采集,且每次采集都會記錄位置軌跡,根據(jù)軌跡的方向和位置間的規(guī)律性,以道路數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合軌跡坐標(biāo)和上報位置匹配,有效避免了采集工作不準(zhǔn)確的情況。
(3)內(nèi)業(yè)核查監(jiān)管。在地名地址數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)核查過程中,按照數(shù)據(jù)完整性、一致性、準(zhǔn)確性等特點,對照片拍攝的清晰度和角度、外業(yè)上報屬性信息、照片文字等信息進(jìn)行核查,同時結(jié)合遙感影像,對數(shù)據(jù)點位置及照片位置再次進(jìn)行比對,人工判讀該次采集工作是否屬實,為采集結(jié)果的真實性提供了保障。
(4)質(zhì)量檢查監(jiān)管。在數(shù)據(jù)質(zhì)檢過程中,質(zhì)檢員嚴(yán)格執(zhí)行“兩級檢查、一級驗收”制度,對任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制,并按照數(shù)據(jù)抽查要求,抽取對應(yīng)比例的數(shù)據(jù)進(jìn)行實地核查,以驗證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備和真實。
圖4 地名地址數(shù)據(jù)采集動態(tài)監(jiān)管模式圖
目前衛(wèi)星影像地圖在移動GIS領(lǐng)域訪問方式主流仍為網(wǎng)絡(luò)瓦片請求,每張瓦片大小一般30k以上,數(shù)據(jù)量比較大,訪問過的地區(qū)重復(fù)訪問仍需請求網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù);如果服務(wù)器衛(wèi)星影像地圖更新,需將請求的最新影像地圖瓦片更新。同時為了滿足野外數(shù)據(jù)采集的需求,往往需要將預(yù)先到達(dá)的區(qū)域衛(wèi)星影像地圖緩存到本地,以免受到手機(jī)網(wǎng)絡(luò)不好等條件影響。因此需要建立一套移動GIS平臺下瓦片地圖自動緩存機(jī)制。
該文基于“天地圖·山東”地圖瓦片切片規(guī)則,以層級-行列號為索引組織結(jié)構(gòu)建立了瓦片數(shù)據(jù)存儲模型,通過預(yù)緩存、實時緩存、更新緩存等多種緩存方法,利用Sqlite數(shù)據(jù)庫及文件相結(jié)合的方式進(jìn)行瓦片存儲和管理,實現(xiàn)移動GIS平臺下瓦片地圖數(shù)據(jù)的自動緩存(圖5)。
圖5 地圖數(shù)據(jù)緩存流程圖
該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計,Web端采用.Net開發(fā)框架,使用C#+JavaScript的開發(fā)模式進(jìn)行開發(fā),實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。APP端基于Eclipse開發(fā)環(huán)境,采用Java開發(fā)語言,利用“天地圖·山東”Android版API開發(fā)實現(xiàn)了移動端地名地址采集系統(tǒng)APP。地名地址采集系統(tǒng)Web端運行在普通PC上即可,APP端需運行在Android4.0版本以上系統(tǒng)中。
系統(tǒng)效果圖如圖6至圖9所示,圖6為添加任務(wù)界面,實現(xiàn)任務(wù)屬性信息的輸入、作業(yè)員的下拉選取以及任務(wù)區(qū)的繪制和編輯。圖7為采集任務(wù)詳情界面,實現(xiàn)了該任務(wù)區(qū)數(shù)據(jù)的檢索、分類統(tǒng)計、地圖定位展示等功能。圖8為外業(yè)地名地址數(shù)據(jù)采集更新界面,實現(xiàn)了地名數(shù)據(jù)三級分類的下拉選擇、所屬道路的選擇,名稱、地址、電話、門牌號、內(nèi)部樓號等信息的輸入,地名照片、地址照片的拍攝,位置的地圖采集和編輯等功能。圖9為內(nèi)業(yè)核查集界面,選擇任務(wù)區(qū)、所屬道路、類別、狀態(tài)或者輸入地名信息,點擊搜索按鈕,彈出地名地址數(shù)據(jù)單條記錄的內(nèi)業(yè)核查界面,核查人員可對基本信息進(jìn)行修改和完善,位置信息進(jìn)行二次編輯,照片信息進(jìn)行核查等。
為了檢驗改善的采集方法,在泰安市選取了主城區(qū)和郊區(qū)等作業(yè)區(qū)域,分別采用3種不同的采集方式作業(yè)。通過實際作業(yè)驗證,相較于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集更新方法,本系統(tǒng)所采用的地名地址數(shù)據(jù)采集更新方法減少了作業(yè)員選取或查找調(diào)查點的時間,提高了作業(yè)的效率。同時對于新增的地名地址數(shù)據(jù),也只需在對應(yīng)的數(shù)據(jù)間插入即可,減少了位置點確認(rèn)的時間(表2)。
圖6 添加任務(wù)界面
圖7 采集任務(wù)詳情界面
圖8 外業(yè)采集界面
圖9 內(nèi)業(yè)核查界面
外業(yè)采集方式作業(yè)方法作業(yè)區(qū)域作業(yè)點數(shù)/天作業(yè)區(qū)熟悉度對作業(yè)效率的影響傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集利用紙質(zhì)地圖劃分網(wǎng)格,拿圖紙進(jìn)行外業(yè)采集主城區(qū),200郊區(qū),100~150較大矩形劃分網(wǎng)格式采集利用采集系統(tǒng)劃分矩形網(wǎng)格,手持采集APP進(jìn)行外業(yè)采集主城區(qū),300~350郊區(qū),200~250適中基于道路的地數(shù)據(jù)采集利用采集系統(tǒng)以道路中心線劃分網(wǎng)格,手持采集APP進(jìn)行外業(yè)采集主城區(qū),400~500郊區(qū),300~350較小
系統(tǒng)成功應(yīng)用于山東省地名地址數(shù)據(jù)采集與更新工作中。2018年,利用該系統(tǒng)已順利完成了濟(jì)南、泰安、威海、棗莊、濟(jì)寧、東營等6個地市的地名地址數(shù)據(jù)采集工作,累計采集更新25萬條地名地址數(shù)據(jù),將市縣核心城區(qū)的數(shù)據(jù)更新效率提升至月級別,重點類地名地址信息更新效率提升至周級別,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度提高至99.99%,極大提高了數(shù)據(jù)采集更新效率和準(zhǔn)確度,保障了地理信息公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)時效性和準(zhǔn)確性,提高了山東省地理信息公共服務(wù)平臺的影響力。
該文根據(jù)實際采集需求,提出了新型的數(shù)據(jù)采集更新方法,改善了地名地址數(shù)據(jù)傳統(tǒng)采集方式,提高了采集效率,設(shè)計了以任務(wù)為核心的內(nèi)外業(yè)一體化流程,創(chuàng)新了數(shù)據(jù)采集監(jiān)管模式,實現(xiàn)了地名地址數(shù)據(jù)實時監(jiān)督管理,保證了采集數(shù)據(jù)的時效性和準(zhǔn)確性,利用移動GIS技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、GPS技術(shù)、圖像識別等技術(shù),依托“天地圖·山東”提供的地圖數(shù)據(jù)資源和開發(fā)API,開發(fā)了山東省地名地址采集系統(tǒng),滿足了“天地圖·山東”地名地址數(shù)據(jù)建設(shè)的要求,在實際應(yīng)用中取得豐碩成果,具有較高的推廣應(yīng)用價值。實踐證明,利用本系統(tǒng)進(jìn)行地名地址采集與更新工作,推動了“天地圖·山東”地名地址數(shù)據(jù)的建設(shè),對促進(jìn)智慧城市的發(fā)展有重要意義。