基于高精度定位的通用型GIS数据采集系统的设计与实现

吴斌晖

(湖南省地质矿产勘查开发局四○二，湖南 长沙 410000)

1 概述

外业调绘是GIS数据获取的首要工作，是自然资源调查的重要手段。然而，传统的外业调绘大多基于纸质图纸，在定位、携带、标注、作业方面存在诸多操作不便，且内业作业员不易判读外业调绘人员图纸笔迹，给内业数据处理带来了很大的工作量。外业调绘工作任务重、时间紧、要求高，传统的模式已经不适应新形势下的要求了。数字化GIS数据采集系统能有效解决以上问题，是行业所趋。目前市面上数字化调绘系统较多，但依然存两个突出问题，一是大多数系统是针对某一种调绘种类而开发，不具备通用性；二是系统定位精度低，主要依靠设备自带GPS，无法到达亚米级定位。

针对上述问题，本文提出了设计开发高精度通用型GIS数据采集系统，系统分为“数据采集子系统”和“数据处理子系统”两部分，完整覆盖底图制作、数据采集、数据处理等自然资源调查内外业作业流程。本系统的特色主要有五点，一是系统安全可靠：所有采集数据都采用自定义格式，需要专门的软件才能转换；系统可自动监测设备联网情况，防止数据外泄；二是支持高精度外接GPS，在连接Cors基站的时候最高可达厘米级定位；三是内外业一体化：系统配备有数据处理软件，可与移动端协同作业；四是通用型：系统支持调查数据属性可配置，可兼容多种类型的项目；五是易操作：界面设计简洁，功能设置合理，外业人员经过简单的培训即可上手操作。

本文旨在提供一套完整的“基于高精度定位的通用型GIS数据采集系统”的自然资源调查技术解决方案，为自然资源调查工作尽一份力量。

2 系统架构

系统总体架构见图1。

图1 系统总体架构

3 技术架构和技术路线

系统分为“数据采集子系统”和“数据处理子系统”两部分。前者采用MVC架构设计开发，实现GIS数据的采集。后者采用C/S架构设计开发，主要实现调查底图制作、数据转换、数据编辑等功能。

3.1 数据采集子系统的总体架构和技术路线

3.1.1 技术架构

移动端数据采集子系统采用MVC模式设计开发，MVC是一种软件设计典范，用一种业务逻辑和数据显式分离的方法组织代码，将业务逻辑聚集到一个部件里面，满足系统个性化定制的同时无需要重新编写业务逻辑，实现模块间的松耦合。

3.1.2 技术路线

开发语言：Object-C

开发平台：Mac OS 10.8+XCode 5.0

(1)Object-C：Object-C是根据C语言所衍生出来的语言，继承了C语言的特性，是扩充C的面向对象编程语言。Objective-C可以在gcc运作的系统写和编译，因为gcc含Objective-C的编译器。在MAC OSX系统下，运用苹果提供的SDK等开发工具包，可以用来做IOS开发。

(2)XCode 5.0：XCode是苹果公司向开发人员提供的集成开发环境(非开源)，用于开发Mac OS X,IOS的应用程序，运行于苹果公司的Mac操作系统下。

3.2 数据处理子系统技术架构和路线

3.2.1 技术架构

本系统PC端系统是基于.NET平台，利用基于COM模型的ArcEngine开发组件搭建而成。支持Windows 7及以上操作系统。

3.2.2 技术路线

(1)开发语言。C# 6.0拥有C/C++的强大功能以及Visual Basic简易使用的特性，是一种组件导向的程序语言，和C++与Java一样亦为对象导向程序语言。所以C#语言在ArcGIS插件式开发中具有其他开发语言无法比拟的优势。

(2)开发平台。开发平台采用Visual Studio 2017 + ArcEngine 10.2.2。

Visual Studio是微软公司推出的开发环境。是目前最流行的Windows平台应用程序开发环境。Visual Studio 2017是微软于2017年3月8日正式推出的新版本，其内建工具整合了 .NET Core、Azure 应用程序、微服务、Docker容器等所有内容。ArcEngine 10.2.2支持最新的geodatabase制作，可大大缩短矢量底图制作时间。

3.3 高精度定位模块与移动端的通信

通过利用标准的蓝牙通信协议、数据传输加解密技术和接口二次开发技术，实现系统的“数据采集子系统”与已有的工业级定位导航模块对接、交互，从而达到了GIS数据采集亚米级定位(在连接HNCors基站达到固定解算的情况下可达到厘米级定位)。涉及的主要技术如下：

(1)通信协议。蓝牙通讯技术负责导航定位模块与“数据采集子系统”设备间相互匹配，以及建立和管理设备间的物理和逻辑链路。

(2)传输数据加解密。导航定位系统模块获取的位置坐标数据是涉密数据，为了保证数据传输的安全性，导航定位模块在发送数据之前会对数据进行加密，“移数据采集子系统”在接收到数据的时候对数据进行解密。数据加密技术是对信息进行重新编码，从而达到隐藏信息内容使非法用户无法获得信息真实内容的一种技术手段。本文中的导航定位模块使用DES加密技术对传输数据进行加密。

(3)芯片接口二次开发。导航芯片利用嵌入式开发方式，提供API供数据采集子系统调用。导航定位芯片能够接收基站的位置信息，接收到位置信息后处理完发送给请求位置的“数据采集子系统”，后者调用导航定位芯片开放的API接口进行二次开发对接收信息进行加解密、认证处理。

3.4 通用型设计模型

从地理信息发展的历史和外业数据采集的内容来看，地理信息数据采集的本质就是采集点、线、面的空间位置以及属性信息，空间位置即点、线、面的坐标；属性信息包括文字属性、音频属性以及图像属性。每一种外业数据采集其不同点就在文字属性的不同。要做到通用，则需要文字属性可配置。文字属性大体包含几种录入方式：手动输入、自动赋值、手动选择以及智能记忆。通过设计一种通用的规则来实现上述的录入方式。比如完全需要手动输入的信息则标记为类型0，有默认值单可以手动修改的标记为类型1，有默认值不能手动修改的标记为类型2，手动选择的则标记为类型3，只能输入整数则标记为类型4，只能输入浮点型或者整型的则标记为类型5，需要选择日期格式的则标记为类型6，可以手动输入也可以手动选择的则标记为类型7，需要从其他资料中读取信息的则标记为类型8，需要将某个属性的文字转为拼音的则标记为类型9，获取当前经度则标记为类型10，获取当前纬度则标记为类型11等。需要智能记忆上次输入的值则配置一个Remember规则，Remember为0表示不记忆上次输入的值，为1则记忆上次输入的值。

4 总结

本文研究成果“高精度定位的通用型GIS数据采集系统”，具有兼容多种外业调绘、实现GIS数据采集亚米级定位，目前已应用于地理国庆普查、农村土地承包经营权调查、数字城市数据更新、两违巡查、第三次国土调查，为用户单位节省了大量项目成本，可复制性强，成果具有较好的市场推广前景。