初晓炜,杨立国,仉海玲(潍坊市勘察测绘研究院,山东潍坊 261041)

基于ArcGIS及安卓平板进行地理国情普查生产的应用

初晓炜∗,杨立国,仉海玲
(潍坊市勘察测绘研究院,山东潍坊 261041)

摘 要:地理国情普查是系统性工程,在我国属于首次开展,其复杂性、严格性、艰巨性均超出一般性测绘项目。针对地理国情普查内外业数据生产的特点,结合实践,实现了基于自制ArcGIS模板及安卓平板(手机)进行地理国情普查内外业数据生产的开发与应用。此应用不仅节省了大量的资金投入,提高了内外业数据生产的效率与质量,而且具有易于实现、操作简单、开放性,可广泛应用于其他测绘工程。

关键词:地理国情普查;内外业数据生产;自制ArcGIS模板;安卓平板(手机);应用

1　引 言

地理国情主要是指地表自然和人文地理要素的空间分布、特征及其相互关系,是基本国情的重要组成部分。地理国情普查是一项重大的国情国力调查,是全面获取国情国力信息的重要手段,是掌握自然资源、生态环境以及人类活动基本情况的综合性、基础性工作。

地理国情普查是系统性工程,其复杂性、严格性、艰巨性均超出一般性测绘项目,普查数据生产对作业人员的技术水平和综合素质提出了很高的要求,而且地理国情普查在我国属于首次,许多技术和指标也在不断改进中。虽然目前可以购买一些专业化的软件来进行内外业数据生产,但这不仅需要大量的资金,而且在应用中,存在着许多限制与弊端,作业单位又无法根据实践进行实时改进,严重影响了工作的进度与质量。针对这种情况,笔者经过不断实践研究,自制了Arc-GIS地理国情内业采集模板进行内业采集,利用价格便宜的安卓平板(手机)进行外业核查,不仅大大减少了资金的投入,而且提高了内外业数据生产的效率与质量,并且在生产实践中,可根据实际情况,作业单位能够灵活改进。

2　利用自制ArcGIS模板进行内业数据采集的方法

2.1功能概述

内业采集是地理国情普查的先期工序,高质量的采集可以大大减少后期外业核查的工作量。根据国家要求,地理国情普查的成果数据集为ArcGIS GDB格式,虽然目前在内业数据生产过程中,可以利用各种专业化的软件来进行采集,但最后仍然要导入到ArcGIS软件中整理并提交。而ArcGIS软件本身具有强大的编辑功能,通过订制数据模板,可以方便地直接进行内业数据采集,大大减少录入错误,提高采集效率。

地理国情的内业采集分为地表覆盖与国情要素两大模块。每一模块具有不同的采集特点,针对这种情况,我们分别制作了地表覆盖模板和国情要素模板。而国情要素由于涉及面很广,需要采集道路、水体、构筑物以及地理单元数据,共计36个图层,而每一部分内容与指标的填写要求不同,作业员很难在短时间完全掌握。因此在作业过程中,我们采取了分工采集,每一部分由不同的作业员分别采集。为此,我们又把国情要素模板分为4个模板,分别是:国情道路、国情水系、国情构筑物、国情地理单元。

2.2技术方案

(1)定制分层模板:根据《GDPJ 03-2013地理国情普查数据规定与采集要求》建立GDB模板数据库。首先新建一个地理国情普查模板数据库,然后按数据采集要求预先设置37个要素层,各层按照要求建立相应的属性字段。

(2)制作地表覆盖模板及数据采集方法:因为地表覆盖(LCA)层为场模型,各要素之间无覆盖,无缝隙,且采集时可能有岛、移动(投影差),直接用面采集比较繁琐,容易出错。我们采用首先画范围线,然后输入点,给点赋属性,最后创建批处理模型,进行拓扑构面完成地表覆盖采集。具体步骤如下:

①在GDB中建立一个地表覆盖要素数据集,里面包含点、线、面数据,分别为(LCA_p、LCA_l、LCA_a)。

②在LCA_p图层中添加所有地类CC码的点要素,利用ArcGIS的组织模板功能,建立内业采集模板菜单,建好的模板名称可根据作业员的习惯进行修改,如只显示CC码或类别。

③在LCA_a图层中绘制所有地类CC码的面要素。在该图层的属性—符号系统中根据CC字段值来进行符号化处理。

④在ArcCatalog中设置GDB数据库的属性,建立属性域,这样在为点添加TAG值时会出现下拉菜单,可以直接选取,以免出错。

⑤利用ArcGIS模型构建器建立批处理模型,并将按钮添加到面板。这样,在采集过程中可随时停止编辑,查看拓扑构面情况。全部采集完成后,拓扑处理生成LCA_a,导出地表覆盖数据采集模板(如图1所示),生成最终的地表覆盖数据。

图1　地表覆盖数据采集模板

(3)制作国情要素模板及数据采集方法:国情要素采集的特点是分层复杂,各图层属性字段的填写也有严格的要求。为此我们采用了如下方法:

①根据国普办下发的《GDPJ 51-2014地理国情普查常见问题解答(一)》中的CC和GB对照附表,在各层建立相应的采集模板,将各个模板名称修改为中文便于理解。编辑时点击相应的模板菜单,所创建要素将会自动添加设定的CC和GB值。

②根据《GDPJ 01-2013地理国情普查内容与指标》附表7-1,对要素模板进行修改,添加部分类型属性字段值和缺省值,以便编辑时自动填写。

③根据《GDPJ 01-2013地理国情普查内容与指标》附表7-1,在数据库属性中将属性值列表中的类型、等级、铺设材料等其属性字段设置相应的属性域,在属性填写时利用下拉菜单填写固定的枚举值,如图2所示。

图2　国情要素数据采集模板

3　利用安卓平板(手机)进行外业核查的方法

3.1方法概述

地理国情普查外业核查的工作主要有如下几点:记录轨迹,标注属性错误图斑和要素,修改范围错误图斑和要素,拍摄样本照片(记录照片的经纬度、方位角等信息)。实际上这些需求用普通的导航软件都可实现。根据实验,我们选用了安卓版OruxMaps户外导航软件进行外业核查,该软件可以使用自制地图,满足地理国情普查外业核查作业的需求。地理国情普查外业核查功能需求与户外导航软件功能对应关系如图3所示。

图3　功能需求对照图

3.2软硬件设备

(1)需安装的软件:

①电脑端:ArcGIS:进行需核查的地表覆盖和国情要素数据预处理;Global Mapper:数据处理,导出平板可以使用的地图; Java运行环境( JRE); OruxMaps desktop:(解压后运行目录中的.bat文件)切片制作平板导航地图。

②平板端(手机):OruxMaps:户外导航软件;Open Camera:可将经纬度、方位角写入照片exif的拍照软件。

(2)硬件:

一部带有GPS定位和电子罗盘功能的安卓平板(手机)。

3.3安卓平板核查底图制作技术流程(如图4)

具体操作流程如下(以地表覆盖层为例): (1)电脑端核查软件使用说明与操作流程

①在ArcGIS中将地表覆盖层(LCA)面要素转为点要素,注意在内部选项打对勾,将点要素转为KML文件备用。

②用Global Mapper打开影像文件、LCA面文件和LCA点文件,3个文件都应已经设置好空间参考。

③Global Mapper工具—设置—投影选项卡,将数据环境定义为WGS1984经纬度模式—应用。安卓平板导航地图只能应用经纬度模式。

④Global Mapper工具—控制中心—选项,设置LCA面层显示,将线条设为醒目的黄色,1-2pixel宽,不填充。

图4　底图制作技术流程图

⑤设置LCA点层标注,使用多个属性值标注CC 和TAG,换行选项,标签字体选择中心;如果要求更高,可以将大的图斑单独标注成一种样式重点核查。(如果直接标注面,有些不规则面要素可能会标注在图斑外)。也可以在制作地图不用点标注,直接将点转为KML,核查时加载,这样在地图设置为前进方向时,标注不会跟随地图转动,更易读图。

⑥Global Mapper文件—输出—光栅影像- Geo-TIFF,单幅图可直接导出,如需裁切,导出边界选项卡-绘制方形区域,拉框后确定。

⑦导出TIF后导出JPG,两个影像文件的范围应完全一致,文件—输出—光栅影像—JPG,选导出边界—复位到最后输出范围。

⑧运行OruxMapsDesktop.bat,加入导出的TIF(校准文件)和JPG(地图影像文件),选择WGS1984(DATUM选项)和经纬度(PROGECTION选项)。注意JPG format选项为:100%,按Create map生成地图。

⑨将生成的地图目录拷入平板OruxMaps目录下mapfiles目录。KML文件拷入平板OruxMaps目录下overlay目录,在平板中运行OruxMaps加载。

⑩对于国情要素层,可以用同样的方法加载标注需核查信息,可以与地表覆盖放到一个图中,设置不同颜色加以区分,也可单独做成地图。

(2)平板端核查软件使用说明与操作流程

①平板OruxMaps顶栏菜单分别为:航迹、路点、航线、地图、设置,如图5所示。

图5　平板OruxMaps主菜单界面

②打开平板GPS,运行OruxMaps,在地图设置菜单中,切换制作的离线地图;在右侧弹出菜单中选择[开始记录],以图号命名新航迹就可以开始核查了。GPS航迹会自动记录在DB数据库中,停止后重新开始,可根据是否需打断的情况来选择“新航段”或“继续”。核查完毕后导出GPX文件,即为核查轨迹。为数据安全起见,可在航线设置菜单中选择自动创建GPX选项,设置菜单中可自定义路点、轨迹的颜色和文字大小。

③如果事先规划好核查路线,可以在ArcGIS中导出KML文件,拷入平板OruxMaps目录下的overlay目录,加载后沿既定路线核查。

④标注错误图斑要素:如遇错误图斑,长按平板相应图斑位置,可添加路点,在路点名称处输入代码或说明,也可利用语音输入图斑类别。如图6所示:

图6　记录核查轨迹并标注错误图斑路点

⑤对于需要标注的国情要素,同样以添加路点的方式进行标注。对于需要修改的图斑,用航线菜单中的创建—添加新航段,绘制修改线段。绘制时需先停止记录轨迹,创建航线完成后再将轨迹记录打开继续记录。

⑥核查完毕后将平板OruxMaps目录下tracklog目录中的GPX转出,即为核查轨迹和标注错误的图斑路点以及照片路点,添加的航线合并后导出GPX,即为修改的线段。在ArcGIS中可使用Spatial ETL Tool工具,进行GPX、SHP、KML的相互转换。

⑦样本采集:平板OruxMaps路点—照片路点,可拍照,长按相应图斑,添加路点,可指定拍照地物点。OruxMaps内部抹掉照片的EXIF信息,将经纬度信息写入EXIF,此方法没有记录方位角,需要自行解算。我们在拍摄样本时,采用快速切换(利用手势软件)照相软件单独拍照,利用Open Camera软件同时将照片的经纬度位置信息和方位角(磁北)写入EXIF信息。Open Camera拍照的时候屏幕上会显示横滚角,注意按照规范要求不要超过10°。

(3)在外业核查生产过程中的应用

①如果是3G平板,可在OruxMaps中设置多项追踪,每个核查人员注册用户,分享位置,可对每个核查人员轨迹实时监控。此功能适用于山区,危险地区单独核查人员的安全监控。

②外置GPS应用,OruxMaps支持读取外部蓝牙GPS模块,如果有精度更高的GPS设备,可提高测量的精度,同时也可关闭平板自身的GPS,节约电量,提高续航时间。也可利用外置充电宝延长续航时间。

5　结 语

综上所述,实践证明,我们通过开发利用ArcGIS强大的编辑功能和充分利用一些开放的导航软件以及一些移动GIS技术和设备进行国情普查内外业作业,不仅节省了大量的资金,而且规范了作业流程,减少了错误率,提高了工作效率,为国情普查工作的顺利开展提供了有力的技术保障。

参考文献

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[9] GDPJ 51-2014.地理国情普查常见问题解答(一)[S].

The Application of Production for the Census of Geographic Conditions Based on ArcGIS and Android Tablet

Chu Xiaowei,Yang Liguo,Zhang Hailing
(Weifang institute of Prospecting Surveying and Mapping,Weifang 261041,China)

Abstract:The census of the geographical situation is a systems engineering,which is the first in China to carry out.Its complexity,strict,arduous sex are beyond the general surveying and mapping project.According to the characteristics of the production of inside and outside for the census of geographical conditions,combined with the practice,the development and application of the production of inside and outside for the census of geographical conditions based on the selfmade ArcGIS template and Android Tablet (mobile phone) is implemented.This application saves a large amount of capital investment for our institute,improve the efficiency and quality of production.And it is easy to realize.The operation is simple,open,and can be widely applied to other engineering of Surveying and mapping.

Key words:the census of geographic conditions;the production of inside and outsid;the self-made ArcGIS template;Android Tablet(mobile phone)homemade;application

文章编号:1672-8262(2015)01-43-05中图分类号:P208.2

文献标识码:A

收稿日期:∗2014—11—12

作者简介:初晓炜(1973—),男,工程师,主要从事测绘及地理信息技术工作。