山洪災害調(diào)查智能終端系統(tǒng)研發(fā)與應用

王 英

(廣東省水文局茂名水文分局，廣東 茂名 525000)

?

山洪災害調(diào)查智能終端系統(tǒng)研發(fā)與應用

王 英

(廣東省水文局茂名水文分局，廣東 茂名 525000)

項目立足于山洪災害調(diào)查技術(shù)要求，利用便攜智能平板終端，研究解決了海量數(shù)據(jù)的快速加載、多線程動態(tài)數(shù)據(jù)加載和繪制、線節(jié)點雙屬性編碼、平板藍牙外接RTK、航測影像DEM動態(tài)讀取、行政村編碼自動填寫、規(guī)范化表格填寫與導出等一些列關(guān)鍵技術(shù)，完全針對山洪調(diào)查技術(shù)要求研發(fā)實現(xiàn)了相應的山洪災害調(diào)查智能終端系統(tǒng)。在廣東省茂名市率先得以應用，使山洪災害調(diào)查外業(yè)效率提升，內(nèi)業(yè)工作減少，成果質(zhì)量大幅提升。

山洪災害調(diào)查；智能終端；多線程；移動地圖

1 概述

山洪災害是我國洪澇災害中致人傷亡的主要災種，是我省自然災害的“頭號殺手”[1]。根據(jù)《全國山洪災害防治項目實施方案(2013—2015年)》的印發(fā)通知要求與《廣東省山洪災害防治項目實施方案(2013—2015年)》，全省積極展開山洪災害調(diào)查工作。通過開展山洪災害調(diào)查，全面、準確地查清防治區(qū)內(nèi)的人口分布情況，摸清我國山洪災害的區(qū)域分布，掌握山洪災害防治區(qū)內(nèi)的水文氣象、地形地貌、社會經(jīng)濟、歷史山洪災害、涉水工程、山洪溝基本情況以及山洪災害防治現(xiàn)狀等基礎(chǔ)信息，為山洪災害分析評價和防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。

隨著GPS衛(wèi)星定位技術(shù)、衛(wèi)星遙感、航測技術(shù)、以地理位置為基礎(chǔ)的地理信息技術(shù)的發(fā)展，特別最近以Android為平臺的智能手機和平板電腦的高速發(fā)展和應用，給我們的生活、工作帶來了許多便利，智能手機和平板電腦的專業(yè)應用已成為各行各業(yè)的迫切需求[3]。

2 移動終端的一體化解決方案

依據(jù)山洪災害調(diào)查技術(shù)要求，山洪調(diào)查主要遵循內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的原則，工作主要分3部分。

1) 內(nèi)業(yè)充分利用已有成果，收集整理相應Excel成果表，填報相應內(nèi)容；

2) 外業(yè)利用統(tǒng)一配置的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端(筆記本、數(shù)碼相機、便攜GPS模塊)，開展實地調(diào)查；

3) 歷史洪水調(diào)查、河道斷面等外業(yè)測量主要采用RTK等技術(shù)手段現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，內(nèi)業(yè)整理成果，填寫相應Excel表格，整理出滿足要求的成果；

隨著移動終端智能系統(tǒng)的極速發(fā)展，這3部分原有工作均可在智能終端得以完美解決。

圖1 平板智能終端一體化優(yōu)勢

如圖1所示，平板可利用藍牙外接RTK，基于底圖完成橫斷面等高精度測量；基于相機模塊采集所需規(guī)范照片，置入GPS坐標；基于GPS進行相應數(shù)據(jù)采集[4]；基于圖形平臺加載各項外業(yè)調(diào)查底圖。同時移動終端具備便攜、多點觸屏、全天候長時間電量支持等筆記本電腦無法匹敵的優(yōu)勢，山洪災害調(diào)查移動智能終端的設(shè)計，將為山洪災害調(diào)查提供全套智能化解決方案[5]，大幅提升山洪災害調(diào)查內(nèi)外業(yè)作業(yè)效率和成果質(zhì)量。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1山洪災害調(diào)查終端接口方案設(shè)計

如圖2所示，平板智能終端內(nèi)置GPS模塊和相機，完成山洪災害調(diào)查GPS模塊和相機數(shù)據(jù)采集需求；同時藍牙外連高精度GPS，完成高精度數(shù)據(jù)采集需求；智能終端間利用藍牙WIFI相互傳遞數(shù)據(jù)；利用WIFI、USB導出成果至筆記本電腦或臺式電腦。同時智能平板終端還可利用WLAN或HDMI接口，顯示至高清屏幕或投影儀，進行技術(shù)交底和交流。

品管圈人員還組織了醫(yī)護人員臨床營養(yǎng)知識調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前醫(yī)護人員營養(yǎng)知識掌握不夠，尤其是臨床營養(yǎng)知識不足。

圖2 山洪調(diào)查終端接口設(shè)計

3.2山洪災害調(diào)查移動智能終端系統(tǒng)設(shè)計

如圖3所示，軟件基于Android的系統(tǒng)平臺，底層開發(fā)。設(shè)計相應的點、線、面空間和屬性數(shù)據(jù)庫，自定義柵格數(shù)據(jù)類型；全面依據(jù)山洪災害調(diào)查技術(shù)要求和相應的安全質(zhì)量保障體系設(shè)計實現(xiàn)橫斷面、縱斷面、洪痕點等數(shù)據(jù)采集功能，圖形數(shù)據(jù)加載功能和GPS定位功能。系統(tǒng)搭載于手機、平板等Android移動便攜智能終端。

軟件主要功能如圖3應用層所示，主要功能模塊說明如表1。

表1 主要功能模塊說明

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與實現(xiàn)

4.1海量底圖數(shù)據(jù)流暢加載

1) 金字塔切割壓縮索引

如圖4所示，影像采用分層結(jié)構(gòu)，將最高原始分辨率至于初始底層，將初始底層數(shù)據(jù)進行四叉樹格網(wǎng)化，將海量影像數(shù)據(jù)劃分成一個影像序列。

圖4 金字塔圖片處理技術(shù)示意

金字塔結(jié)構(gòu)對計算機圖形處理的優(yōu)點：將圖像描述成多個不同粒度層次的圖片，使得顯示和處理區(qū)域數(shù)據(jù)的過程中只需加載必要數(shù)據(jù)塊，大幅提升數(shù)據(jù)的預覽和處理速度。

2) 多線程動態(tài)加載與繪制

系統(tǒng)采用多線程技術(shù)，根據(jù)區(qū)域動態(tài)加載柵格影像、矢量等數(shù)據(jù)，節(jié)約內(nèi)存，提升山洪災害調(diào)查終端性能。

4.2線與線節(jié)點雙屬性技術(shù)

常見的線結(jié)構(gòu)，如SHP線文件，線由線本身的節(jié)點構(gòu)成，但每個節(jié)點本身不具備獨立的屬性，只有線本身具備其相應的屬性。而山洪災害調(diào)查野外數(shù)據(jù)橫斷面等，每個節(jié)點屬性獨立，因此，首次設(shè)計提出線與線節(jié)點屬性分離技術(shù)，實現(xiàn)線屬性及其字段結(jié)構(gòu)和點屬性及其字段結(jié)構(gòu)相互獨立，同時又相互關(guān)聯(lián)，便利山洪災害調(diào)查需要。

4.3屬性字段動態(tài)設(shè)計、可編輯

山洪災害調(diào)查過程中，數(shù)據(jù)采集類型不同則字段不同；因此，研究提出動態(tài)字段屬性設(shè)計，屬性列表根據(jù)導入SHP文件自動拓展，同一屬性表中，各項類型數(shù)據(jù)字段可完全不同，屬性內(nèi)容可動態(tài)列表編輯(如圖5所示)。

圖5 動態(tài)可編輯屬性列表

4.4自動與規(guī)范列表選擇填寫

山洪災害調(diào)查過程中，行政區(qū)劃代碼復雜，填寫困難，移動終端軟件設(shè)計最近行政區(qū)域自動列表和模糊搜索結(jié)合的方式，實現(xiàn)自動選擇填寫所在位置和行政區(qū)劃代碼；同時自動填寫最近控制點經(jīng)緯度、采集點坐標、斷面方位角、距離等各項系統(tǒng)能自動識別完成填寫項。大幅減少人為填寫項的同時，提升數(shù)據(jù)填寫規(guī)范性。

圖6 自然村的自動最近列表與模糊搜索

同時，根據(jù)山洪災害調(diào)查技術(shù)要求，大多屬性具備規(guī)范填寫要求，軟件設(shè)計自動列表可填寫選項，點擊完成規(guī)范填寫(如圖6所示)。

4.5外接高精度GPS與坐標轉(zhuǎn)換

山洪災害調(diào)查技術(shù)過程中，橫斷面等必須采集小數(shù)點7位的高精度經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，調(diào)查終端設(shè)計藍牙自動連接高精度GPS，接收解譯國際標準GGA數(shù)據(jù)，完成高精度數(shù)據(jù)可視化智能采集。

同時根據(jù)山洪災害技術(shù)要求，必須采集WGS84經(jīng)緯度坐標及1985國家高程，因此調(diào)查采集終端研發(fā)相應的7參數(shù)、4參數(shù)坐標轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)WGS84橢球高至1985國家高程基準的高精度實時轉(zhuǎn)換，使得現(xiàn)場平面高程坐標數(shù)據(jù)采集一步到位。

4.6橫斷面智能無序采集與動態(tài)實時斷面繪制技術(shù)

為便利山洪災害調(diào)查橫斷面數(shù)據(jù)采集，軟件根據(jù)橫斷面數(shù)據(jù)特征，首次設(shè)計橫斷面數(shù)據(jù)無序采集自動內(nèi)插技術(shù)，使得山洪災害調(diào)查數(shù)據(jù)采集過程中可隨意根據(jù)野外便利性無序采集斷面點，系統(tǒng)根據(jù)斷面特性自動內(nèi)插排序相應數(shù)據(jù)。程序設(shè)計斷面重新啟動和暫時中斷模式，多條斷面混合分段自由采集。

同時在斷面數(shù)據(jù)采集過程中，系統(tǒng)采用分辨率自適應方式，動態(tài)實時繪制斷面圖，為數(shù)據(jù)采集者提供現(xiàn)場斷面正確性確認依據(jù)，實現(xiàn)野外數(shù)據(jù)采集的實時動態(tài)檢核，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集無返工(如圖7所示)。

圖7 斷面圖動態(tài)實時繪制示意

4.7高精度航測DEM高程智能提取

為便于山洪災害調(diào)查數(shù)據(jù)采集，調(diào)查智能終端設(shè)計支持高精度航測影像和DEM數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小的支持僅與硬件存儲相關(guān)。系統(tǒng)實現(xiàn)在航測影像上采集高精度平面坐標，同時基于DEM快速智能內(nèi)插提取高程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)航測數(shù)據(jù)的野外直接標繪，完成數(shù)據(jù)采集(如圖8所示)。

圖8 高精度航測DEM數(shù)據(jù)標繪采集示意

4.8規(guī)范表格導出

依據(jù)山洪災害調(diào)查技術(shù)要求，山洪災害調(diào)查成果為規(guī)范EXCEL表格。調(diào)查智能終端根據(jù)相應的規(guī)范EXCEL表格模板，設(shè)計數(shù)據(jù)自動規(guī)范化導出功能，直接一步輸出山洪災害調(diào)查技術(shù)要求成果，供電腦端導入上傳，完成數(shù)據(jù)提交(如圖9所示)。

圖9 規(guī)范EXCEL表格輸出示意

5 應用及總結(jié)

系統(tǒng)開發(fā)后，全面應用于茂名市山洪災害調(diào)查(廣東省第一批)中，實現(xiàn)了智能化、高效率，且減去了大量的人工輸入和中間環(huán)節(jié)，降低了出錯率。由于系統(tǒng)緊切項目開發(fā)，實用性強、工作方便，在第二、三批廣東省山洪災害調(diào)查項目中已全面推開應用。

[1] 張琦建.欒川縣山洪災害調(diào)查工作分析[J].河南科技，2015(11):41-43.

[2] 胡余忠.山洪災害影響評價外業(yè)調(diào)查核心技術(shù)問答[J].中國防汛抗旱，2015(2):26-33.

[3] 林賢斌.基于高精度GNSS測量系統(tǒng)的山洪災害調(diào)查外業(yè)采集方案[J].測繪通報，2014(9):137-138.

[4] 李新春.基于安卓系統(tǒng)的測量軟件開發(fā)技術(shù)[J]. 計算機光盤軟件與應用，2013(21):280-281.

[5] 劉昌軍，郭良，岳沖.無人機航測技術(shù)在山洪災害調(diào)查評價中的應用[J].中國防汛抗旱，2014(S1):31-35.

(本文責任編輯 王瑞蘭)

Development and application of intelligent terminal system for mountain flood disaster investigation

WANG Ying

(Maoming Hydrological Bureau, Guangdong Province ,Maoming 525000,China)

Based on the mountain torrent disaster survey technical requirements, by using portable intelligent tablet, key technologies are settled such as mass data rapid process loading, multithreading dynamic data loading and drawing, line and node double property coding, tablet bluetooth external high-precision GPS-RTK, DEM seamless link, the automatic selection of administrative villages, the automatically filling in of codes, the automatic filling in and export of canonical form. Aiming at mountain torrent survey, intelligent terminal system that corresponding to mountain torrent disaster investigation are developed. And it is firstly applied in Maoming City of Guangdong province, which leads to the mountain torrent disaster investigation field efficiency improved, and the industry work reduced, and result quality greatly improved.

investigation of mountain torrent disaster；smart tablet； multithreading； mobile maps

2016-02-18;

2016-05-12

王英(1976)，男，碩士，高級工程師，主要從事水文測報工作。

TV87；TP311.52