遼寧省等級測量標志動態管理系統構建

李 萌

(遼寧省自然資源事務服務中心 遼寧錦州 121003)

測量標志作為測量工作的基礎，是經濟建設和科技研發的重要國家基礎設施之一，但測量標志管理長期以來存在管理技術手段落后、資料繁多和查詢方式不統一等問題，另外，測量標志等級點類型多樣且數量巨大，具有較高的隨機性與變化性。遼寧省自然資源事務服務中心啟動全新測量標志普查工作，對遼寧省境內記錄的所有控制點進行普查和巡查。此次普查涉及的控制點具有數量大、建設時間跨度大和坐標系統多樣等特點，需要對原有測量標志管理系統進行更新。采用地理信息系統技術、計算機技術、網絡技術和數據庫技術，基于ArcGIS Server平臺構建以Brower/Server為架構的測量標志動態管理系統。該系統覆蓋了測量標志維護項目的全過程，實現了標志信息維護、管護和視頻嵌套等多個功能，集測量標志巡查管理和測量標志信息錄入于一體，能自動、完整、準確、實時地對測量標志進行有效控制和維護監控，實現了測量標志信息分布統一管理[1]。本文主要介紹系統的設計思路和實現的技術特點。

1 遼寧省境內測量標志現狀

截至目前，遼寧省境內布設有原國家測繪地理信息局建立的GNSS A、B級網，總參測繪局建立的GNSS一、二級控制網，以及由中國地震局、總參測繪局和原國家測繪地理信息局等共同建設的中國地殼運動觀測網等，共建立測量標志3萬多座。2013年初至2021年初，全省新建成B級GNSS控制點測量標志164座、C級GNSS控制點測量標志456座，全省的二等水準點測量標志1 619座、一等水準點測量標志642座，連續運行全球衛星參考站測量標志65座[2]。這些測量標志發揮各自的價值和效能，為遼寧省應急測繪保障、經濟建設和科學技術研究提供基本保障。2013—2021年，省內各級測量標志完好程度情況如表1所示。

表1 各類型測量標志完好率統計Tab.1 Statistics of Perfectness Rates in All Types of Measurement Marks控制點類型普查數/座完好點位數/座破壞點位數(部位)/座完好率/%一、二等水準點761468278(護蓋、點位)61現代基準體系水準點771669102(護井、點位)86B、C級GNSS控制點1 4881 39296(護蓋、護井、點位)93二等以上三角點316182134(護蓋丟失、護井破壞)58“十二五”之前建的一等三角點446244202(護架護井、點位)54

由表1可知，近幾年測量標志完好率呈逐漸下降趨勢。一方面，隨著經濟發展，各地建筑物重建和修建日益增加，導致測量標志受到不同程度的損毀；另一方面，約有80%的測量標志處于野外(即無人看管地帶)，加之部分測量標志沒有妥善賦予其“合法用地身份證”，導致其基礎設施沒有形成，人為和自然的破壞程度持續增長，測量標志損壞甚至直接報廢，形成這些點位附近區域或地帶無點可用的困境，之前點位埋設、成果資料采集及處理所付出的人力、物力也失去了其意義[3]。故急需完善和健全測量標志管護制度和方法，對測量標志進行現代化科學管理。

2 系統總體設計與實現

2.1 系統框架構建

測繪標志管理的作用主要是實現大地控制點(三角點、GNSS點、重力點、天文點、地震點和水準點)的巡查維護、保管及信息更新與存儲。傳統的測量標志資料管理采用手工管理，管理方式落后且更新周期長，不利于測量標志的維護和管理，尤其對于測量標志的變化情況獵捕效能低。本文針對遼寧省境內測量標志現狀，以ArcGIS Server作為WebGIS的二次開發平臺，采用.Net Framework和Oracle大型數據庫系統構建兼顧與標石維護相關的重要信息、文字和圖形的測量標志動態管理系統[4]，實現測量標志信息及更新信息的獲取和統計，以及綜合分析的信息化和智能化。更新的測量標志動態管理系統采用Browser/Server 架構，增加了全景視頻、環視圖和GNSS點構圖等服務，提升了動態管理系統應用的深度和廣度。系統框架體系主要包括基礎設施服務層、數據服務層、平臺服務層、軟件服務層，如圖1所示。

圖1 標志維護系統總體設計框架

1)基礎設施層。負責構建數據庫和服務器的物理結構?；A設施層由電腦軟硬件和網絡設備組成，是系統形成、客戶端支持前必備的硬件基礎與構建條件。

2)數據服務層。負責用戶界面呈現和用戶交互數據處理。采用Silverlight客戶端技術，借助云平臺實現數據服務層各個服務模塊的業務功能，還可在電子載體上進行巡查、錄入、核對修改和更新信息等操作。例如，使用VMmare/OpenStack/Huawei支持多用戶管理和維護，提高了維護信息的存儲、瀏覽和查詢速度，對于測量標志維護項目中龐大的信息量交互，起到了延緩處理和減少數據余冗的作用。

3)平臺服務層。負責數據庫中的數據持久(Persistence)化和再檢索。從基礎地理信息數據庫調取必要要素，利用ArcGIS Server制作“數據服務”中的切片數據?？臻g數據用于建立要素圖層，并發布成基于OGC標準的WMS服務和WFS服務。屬性數據信息存儲在服務器的Oracle數據庫中，以數據庫的形式提供數據服務。

4)軟件服務層。負責發布資源接口。利用ArcGIS Server發布空間數據和功能，并在各客戶端使用ArcGIS REST API對其進行解析，實現地圖功能服務和編輯查詢。通過Internet Information Server的發送服務，Web服務即可通過網絡協議發送到各級客戶端。

2.2 數據庫設計

數據庫設計是測量標志動態管理系統建設中至關重要的環節。數據庫設計包括空間數據庫設計和屬性數據庫設計兩部分。其中，空間數據庫借助數據庫引擎ArcSDE，通過運行ArcCatalog將空間三維數據導入ArcGIS數據庫；屬性數據庫管理工具采用Oracle大型數據庫動態管理系統。Oracle數據庫具有完整的數據管理功能，可作為分布式數據庫實現分布式處理功能，通過對數據高密度壓縮和分層可整合多個數據庫[6]。針對標石“管+護”形式，具有數據量大、開發操作多、實時性要求高的特點，數據庫運行由系統全局控制和后臺進程管理兩部分組成。利用數據庫分布式處理數據的特性將空間數據庫和屬性數據庫獨立存放，二者之間通過關鍵字相關聯，在為測量標志維護信息存儲提供空間及屬性信息的服務方面發揮最大化性能。

2.3 控制點信息管理

測量動態管理系統主要是由控制點信息錄入、控制點信息更新和控制點信息審核3部分組成，控制點信息管理分為空間數據管理和屬性數據管理兩大部分?？臻g數據作為系統核心部分的主要依據，在空間數據導入和實時更新后，通過數據庫形式進行操作管理。數據庫對測量標志普查結果進行匯總，便于查詢其中某一類控制點的核查信息[7]。

控制點信息是標志維護的核心內容，控制點信息數據庫主要用于存儲控制點的空間信息和屬性信息及其相關內容?？刂泣c信息數據庫結構表是測量標志動態管理系統的基礎，用于儲存控制點原始及變動更新的詳細信息?？刂泣c信息數據庫結構表如表2所示。

2.4 系統新增功能的實現

測量標志動態管理系統是在原有系統功能的基礎上，基于ArcGIS Server數據庫結構框架，Oracle大型數據庫作為支撐，為標石維護專項設計研發。在開發過程中，針對測量標志的不同類型、不同狀態及標志巡查與看護情況，對一些功能進行完善和補充[7]。測量標志動態管理系統的運行基礎是測量標志數據庫，基礎數據信息來自遼寧省各市區等級點的巡查資料。

基于Oracle平臺建立的動態管理系統，利用并行處理在建庫時省略了數據庫結構表中的相同字符和字段，運用索引技術建立數據庫間的關聯聯系，實現不同數據模塊之間的數據共享和調用。系統新增了以下功能：

1)基本信息維護。動態管理系統加載了高度記憶模塊，為避免丟失標志維護信息，建立中間過程數據庫。所有錄入、編輯和更新信息計入操作庫中，標志巡查完成后將更新信息保存至用戶的原始數據庫中。新增的基本信息維護功能可支持基本信息多步驟、多操作環節的并行操作，允許大量調查信息的反復操作與修改[8]。

2)測量標志管護功能。動態管理系統添加了“標志維修”菜單，在外業巡查時，對標志及其附件的檢查，將維護和維修信息詳細錄入到“標志維修”中。填寫的信息要求詳細到破壞點需要維修的每個部件。細化標志管護步驟有助于統計分析標志破壞程度，督促管護普查工作。

3)增加“回填內容”選擇項，主要用于統計標志破壞情況。用戶還可自行定制信息分類，包括巡查時間、保修部位和巡查后評價等?！盎靥顑热荨敝饕菍ρ膊檫^程中出現的特殊情況進行修改和補充，將標志回填產生的原因及維修結果細化分類。此項功能充分體現了基于ArcGIS Server架構的數據庫系統具有支持多用戶和多分類操作的性能特性。

4)嵌入多媒體“全景視頻”功能。將標志維護“全景視頻”納入系統菜單中，用于記錄標志巡查的全部過程，對標志巡查、標志維修和查詢匯總成果等起到輔助作用。系統按照匯總表數據庫點名提供的順序進行存儲，輸入時可運用OLE技術實現影像視頻及圖形的自動嵌入[9]。

表2 控制點信息數據庫結構Tab.2 Database Structure of Control Point Information屬性名稱數據類型長度備 注IDInt— 采用自增長序列CODEChar64 即“編碼”,主鍵NAME屬性結構Char36 即“點名”空間結構Char36 即“點名”CODE空間結構Char— 即“編碼”,主鍵STYLE屬性結構Number— 即“類型”空間結構Char24 即“類型”PLEVELNumber— 即“等級”LEVELChar24 即“等級”AREA屬性結構空間結構Char36 即“所在地”LOCATIONChar64 即“地理位置”TRAFFICChar255 即“交通情況”DESCRIPTIONChar255 即“點位詳細說明”PSTATEBoolcan— 0—未保護,1—已保護STATEInt— 0—未見點;1—完好;2—部分完好;可利用,3—完全損壞;4—毀滅丟失;10—其他

動態管理系統數據操作界面如圖2所示(圖中箭頭代表新增菜單功能)。

圖2 測量標志動態管理系統功能界面

3 信息錄入應用實例

以大連市區內某GNSS B級點標志維護為例，介紹利用測量標志動態管理系統進行信息錄入。普查過程中發現位于某區域西側的點位完整并且護蓋完好，而且附屬設施沒有受到任何破壞。標志巡查人員在現場核實情況，填寫測量標志巡查登記表，并與該標志看護者溝通后填寫委托報管登記表協議，最后對該點位進行多角度拍照并錄制環繞視頻；內業進行處理時，將該點位登記表信息按照測量標志動態管理系統標志巡查填寫格式進行錄入。巡查信息錄入及確認軟件界面如圖3所示。

圖3 巡查信息錄入及確認軟件界面

當控制點的巡查信息錄入完畢后，選擇“托管信息表格維護”菜單，錄入標志委托保管登記表的內容，并上傳委托方負責人照片及其相關資料。如果測量標志完好，不需要選擇“維修表格維護”，直接上傳現場遠近照片和維護全景視頻錄像，系統會自動對比生成信息加載到“查詢匯總報表”中。

遼寧省基礎測繪院參加了遼東及大連市區測量標志管護項目中約5 500個等級控制點的巡查與維修工作。目前，遼東地區測量標志巡查與管護原始數據已全部入庫，經過多次對部分點位信息的再調查，對數據進行更新，雖然數據量增大，但系統運行正常，服務器和軟硬平臺操作良好，說明系統的魯棒性很好。通過對外業和內業上交成果進行抽查，差錯率低于5%，總體合格率達到92%。遼東地區點位數據的查詢和顯示結果如圖4所示 (箭頭處為遼東測區標志維護信息顯示界面)。

圖4 巡查管護信息的數據庫顯示

4 結 語

本文針對遼寧省測量標志普查工作中控制點具有數量大、建設時間跨度大和坐標系統多樣等特點，對原有測量標志管理系統進行更新，基于ArcGIS Server平臺，以Web技術為基礎，采用B/S并行架構體系，構建具有空間信息和屬性查詢相結合的等級測量標志動態管理系統。這次系統更新對部分功能進行了完善，增加了全景視頻、環視圖和GNSS點構圖等服務，提升了動態管理系統應用的深度廣度。該系統在遼東及大連地區測量標志普查中得到全部應用，實現了對標志點的立點、維護、遷建、破壞和信息保存等各個環節的信息化管理，為遼寧省測量標志的動態管理和長效更新提供了有力支持和常態化監管。