基于Android的地下管线竣工测量信息采集系统开发与实现

基于 Android 的地下管线竣工测量信息采集系统开发与实现樊 静，周运斌( 西安煤航信息产业有限公司，陕西 西安 710054)摘要: 地下管线信息管理系统建成后，进行数据更新以保证各类管线的现势性和准确性是项目建设后续的棘手问题，地下管线竣工测量则是地下管线信息管理系统数据更新的一个重要手段。本文指出传统地下管线竣工测量作业模式存在的问题和不足，分 析地下管线竣工测量信息采集系统需求，对基于 Android 的地下管线竣工测量信息系统的存储结构和功能进行设计和实现。系统 实现了图库互动，可以直观地进行管线数据操作，实现了内外业一体化，减少了作业工序，提高了作业效率和质量。关键词: 地图制图技术; 地理信息系统; 地下管线信息采集; Android随着智能手机的快速发展，智能手机平台已经成为移动 GIS 的新应用平台。本文以 ArcGIS unt- ime SDK for Android 为基础，实现了基于 Android 的 地下管线 竣 工 测 量信息采集系统。该 系 统 能 够 直 观地进行管 线 数 据 操 作，图 库 互 动，提 高 数 据 采 集 效率和管线信息正确率，并可与城市管线信息处理 系统实现对 接，减 少 作 业 工 序，将作业人员从繁复 的数据录入工序中解脱出来。一、引言地下管线是城市基础设施的重要组成部分，所涉及管类有排水、热水、通信、给水、电力、工业管线 等。城市地下管线具有建设年代较远、技术改造频 繁、新旧管线并存、管线种类多及分布密集等特点。 随着城市规模的不断扩大，城市内各类地下管线的 敷设日益增多，科学技术的进步同样促使新工艺产 生，改造地下 管 线 敷 设 需 求 增 多，大量的电缆管线 需要逐步转 入 地 下，新建地下管线不断增加，部 分 管线被废 弃 或 改 造。因此为保证地下管线信息的 延续性、准确 性 和 现 势 性，必须加强城市地下管线 的动态管理，及 时 对城市管线数据进行采集，更 新 城市管线数据库信息。地下管线数据动态更新一般是通过竣工测量 的方法充 实 管 线 数 据 库。地下管线竣工测量根据 施测阶段的不同分为覆土前测 量和覆土后测量两 个步骤，目的都是获取地下管线的空间信息和属性 信息。管线覆 土 前 测量是在管线铺设完毕后覆土 前进行的，主要测定地下管线特征点的平面位置和 管线管顶或管底的高程，并绘制连接管线草图，记录 管线属性信息。管线覆土后测量是在管线覆土后，场 地平整、与管线配套的建筑物( 构筑物) 及其附属物 修建完 毕 后 进 行，主要测定地下管线建筑物 ( 构 筑 物) 及其附属物的平面坐标和高程，并绘制管线连接 关系草图，反映管线与周边地形、地物的衔接关系1。传统地下管线竣工测量信息数据方式是将探查 的管线相关信息记录在纸质手簿上，然后依据手簿的 记录，手工录入城市地下管线信息至管线管理系统 中。这种重复性的信息记录方式，增加了外业的工作 量、降低了工作效率，并且不利于管线数据的检查。二、Android 平台架构Android 本 义 为“机 器 人 ”，是 Google 公 司 于2007 年 11 月 5 日发布的、基于 Linux 内核的开源操 作系统，主要用于便携设备。Android 系统号称是首 个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件， 它采用了软 件 堆 层 ( software stack，又 名 软 件 叠 层) 的架构，主要由 5 部分组成2:1)应用程 序 ( Applications) : Android 平 台 搭 载了一系列的核心应用程序，如 E-mail 客户端、日历、浏览器、电话簿等，都用 Java 语言编写。2) 应 用 程 序 框 架 ( Application Framework ) : 应 用程序框架是进行 Android 开发的基础，提 供 应 用程序开发的各种 API。开发人员具有和核心应用相同的框架 API 访问权限，应用程序的构建模式被设 计成简单的、可重用的组件。应用程序框架层包含 了活动管 理 器、窗 口 管 理 器、内 容 提 供 器、视 图 系统、包管理器、电 话 管 理 器、资 源 管 理 器、位 置 管 理器和通知管理器共 9 大部分。3) 库( Libraries) : Android 包含了一个可供不同 组件调用的 C / C + 库，功能模块通过应用程序框架暴露给开发者，是应用程序框架的支撑。其核心库包 括Surface Manager、Media Framework、SQLite、作者简介: 樊 静( 1984) ，女，陕西西安人，硕士，工程师，主要从事地下管线信息系统建设和三维地下管线信息系统建设研究。2013 年 增刊樊 静，等: 基于 Android 的地下管线竣工测量信息采集系统开发与实现261OpenGL、IES、FreeType、WebKit、SGL、SSL、Libc。处理就形成了 UI 界面。4)Android 运 行 时 ( Android untime) : Android( 1)系统登录界面设计的程序运行环境包含 一 组 Java 内 核 库 及 Dalvik 虚拟机。其中内核库包含了两部分内容: Java 程序语 言所需要调用的功能函数及 Android 的 核 心 库。 Dalvik 虚拟机是专门为移动设备设计的，能使一台 设备同时运行多个虚拟机程序且消耗较少的资源， Android 的每个应用程序都在一个自有的 Dalvik 虚 拟机中运行。系统登录界面通过 LinearLayout 和 TableLayout来实现用户名和密码的布局，通过对 Button 按钮事 件的响应来实现登录界面跳转至主界面。( 2)主界面设计系统主界面主要包括系统菜单、系 统 工 具、比例尺显示 和 地 图 显 示 4 部 分。通 过 MapView 实 现 地图的显示 ( 系统中使用离线地图的形式，将 地 图 在 ArcGIS 中切片发布为* tpk 格式) ，系统菜单和 系统工具数 目 较 多，而移动终端的显示范围有限， 通过 HorizontalScrollView 实现菜单和工具的滑动显 示。为更好地适应不同的显示尺寸，通过代码控制 菜单和工具的联动显示，即选中某一菜单项只显示 与其相关的工具栏( 如图 1 所示) 。5)Linux 内 核: Android 平 台 上 使 用 Linux 2 6版本构建诸如安全性、内存管理、进程管理、网络协议和驱动模型等系统服务，Linux 核心在硬件层和 软件层之间建立了一个抽象层，屏蔽 了 Android 平 台的硬件细节。三、基于 Android 的地下管线竣工测量采集信息系统设计本系统的实现思路是在智 能手机上开发基于 SQLite 数据库的地下管线竣工测量信息采集系统。 运行该系统后，其主界面上可以显示测区的地形图 或影像 图，在地形图或影 像图上建立各种管线图 层，并支持在 地 图 上 相 应 的 位 置、管线图层上绘制 管点、管段和 范 围 线; 还可以实现管线属性信息的 查询与编辑，绘制的管线的空间信息和属性信息将 存入 SQLite 数据库中，SQLite 管线数据库可以实现 与桌面版管 线 数 据处理系统的对接; 同 时，此 系 统 满足质检功 能，将 检查记录存入数据库中，以 便 记 录和查询，直接生成质检的相关记录信息。基于上述思 路，基 于 Android 的地下管线竣工 测量信息采 集 系 统 的 开 发 框 架 为: 规 划 系 统 界 面; 设计存储、创建数据库、表; 元 数 据 设 计; 实现页面 Activity 的跳转; 完善和实 现 程 序; 程序打包、签名并发布。图 1 系统主界面( 3) 文件显示列表界面设计文件显示列表界面主要用于显示和设置数据 库在 SD 卡中的存储路径，通过 ListView 控件实现某 一路径下所有文件的显示。( 4) 管线要素属性界面设计管线要素包括管点、管段和范围线。由于不同 的管类所显示的属性项存在差异，因此仅通过 XML 定义属 性表的基本框架，属性内容则通过代码实 现。每一种管类的属性项定义为一个 JSON 文 件， 通过代码实 现 JSON 的 解 析，生成不同管类的属性 界面，这样可 以 保 证系统的灵活性，根 据 不 同 项 目 的需求来定义和修改使用界面，提高系统的适应能 力和 可 扩 展 能 力。 基 本 框 架 通 过 LinearLayout 和 Button 共同实现。四、基于 Android 的地下管线竣工测量信息采集系统的开发1 系统界面实现Android 应用程序的基本功能单元就是 Activity 类中的一个对象，Activity 主要功能为界面显示和事 件处理，在 Activity 中使用 XML 样式来进行界面设 计，也可以使用代码实现界面的 设 计。 在 Android 中常使用 XML 来定义固定的界面样式，使用代码来 实现界面 的 动 态 样 式。通过使用事件处理进行人 机交互，主要 的 事 件处理为按钮事件、触 屏 事 件 及 一些高级 控 件 的 事 件 监 听。通过设置控件与事件 2数据库设计本系统中，笔者使用 SQLite 数据库存储管线要素的空 间信息和属性信息，同时记录质量检查信 息。SQLite 是一 种 用 C 语言编写的嵌入式数据库 引擎，并且是开源和免费的轻型数据库，遵守 ACID262测 绘通 报2013 年 增刊的关联式数据库管理系统。它占用资源非常低，在嵌入式设备中，可能只需要几百 KB 的内存，处理速 度也较世界著名的 MySQL、PostgreSQL 数 据 库 管 理 系统快3。 SQLite 目前支持大部分操作系 统，如 Windows、Linux、Unix 等。地下管线数据库主要包括管线要素表( 点表、线 表、范围线表，每一种管类都包含前述的 3 种表) 和质 检表，在表中定义字段名和数据类型。表 1 为管点表 的设计结构，定义管点信息的属性项和数据类型。习惯，易于人 工 阅 读 和 编 写，同时也易于机器解析 和生成。JSON 的元数据定义为系统的灵活控制和 扩展奠定了基础。图 2 为管线类别的 JSON 定 义， 描述了不同管线类别的名称及 其所对应的子类代 码、管线颜 色 等 信 息。管 类 不 同，管线的颜色也不 相同，根据不 同 项 目的规定在元数据中定义，提 高 了系统的项目适应性。表 1管点表结构字段名类型字段名类型GlobalID管线类别 管偏井编号 Y 坐标 测点性质 是否明显点 权属单位 备注StringString String double String String String String测区编号管点编号X 坐标 参考埋深 附属设施所在道路 埋设日期StringString double String String String String图 2 管线类别 JSON 定义4系统功能实现3元数据设计基于 Android 的地下管线竣工测量信息采集系统具有地图显示、数据库管理、管线数据成图、图层 管理、管线数据编辑、更新和查询、实用工具和地下 管线数据质检功能，能够方便地进行地下管线竣工 测量信息采 集，实 现地下管线普查内外业一体化， 提高作业效率。此外，系统提供了灵活方便的视图 操作( 放 大、缩 小 和 漫 游 等) 。 系统的功能模块如 图 3所示，支持地图的放大、缩小和漫游。元数据即系统所涉及的配置 信 息，主 要 包 括:用户信 息 ( 用户名和用户密码) ，用 于 定 义 用 户 权 限; 各管类管点、管线的属性界面的定义、范围线属 性界面定义; 管线类别定义 ( 包括管线大类、小 类、 图层和管线 颜 色 的 定 义) ，用于系统中的图层管理 和查询等。本系统中元数据是通过 JSON 来定义的， JSON 是一种轻量级的数据交换格式，采用完全独立 于语言的文本格式，也使用了类似于 C 语言家族的图 3 系统功能结构1)数 据 库 模 块: 包括新建数据库和连接数据 注记信息，管点数据根据不同的点性信息显示为不同的符号，管类不同绘制的管线颜色也不相同。库。新建数据 库 实 现在系统中新建地下管线数据 库，数据库中包括了系统元数据所定义的所有管类 的管点表、管 线 表 和 范 围 线 表; 连接数据库实现数 据库中的管线要素信息分层绘 制在底图上并显示 2)管线编辑模块: 提供管点、管线绘制功能，在绘制的同时填入采集的属性信息，同时也可以对已绘制的管点 和 管 线 进 行 编 辑、更 改 位 置、连 接 关 系2013 年 增刊樊 静，等: 基于 Android 的地下管线竣工测量信息采集系统开发与实现263和属 性 信 息。 其 中，系统支持多种管线的绘 制: 根据已有管点绘制管线; 直接绘制管线; 根 据一个管点绘制管线( 主要用于确定管线的连接方 向) ; 将两条只有一个管点的管线自动连接，生成 一个完整的管线。上述 4 种管线绘制方式是根据外 业作业习惯来设计的，极大地方便了信息采集。完备性原则，经 过 在测区测试表明，该 系 统 能 很 好地实现管线信息的绘制和编辑，并能满足日常的质 检要求。该系 统 的 开发可以明显减少数据处理工 序，提高外业 作 业 质 量 和 效 率，方便管线信息及时 采集和更新，利 用 JSON 的元数据定义方式大大提 高了系统 的 灵 活 性 和 扩 展 性。在后续的开发中需 要进一步增加 GPS 定位功能和在线地图的使用，将 底图的显示与实际空间位置联系起来，提高数据采 集的效率和精度。3)范围线编辑模块: 主要绘制和编辑范围线，一般范围线存在于明显点周围，绘制范围线时系统自动检查范围线中是否包含明显点，以确保范围线 绘制的合 理 性。同 时，支持范围线的修改，包 括 插 入删除和移动范围线节点等。4) 实用工具模块: 提供了系统的常用功能，包 括坐标的查询、长度和面积量测、图层可视性设置、 数据采集定位时的辅助栓距绘制、管线长度限差检 查( 根据不同的要求可以设定不同的限差，一 般 城 市管线不超过 75 m) 等。5) 质检模块: 提供质检信息的记录和质检位置 的标记等，方便质检人员记录和查看。参考文献:刘迎存，叶海波 城市地下管线数据建库与动态更新 方法 J 科技传播，2012( 15) : 192-193 曾健平，邵艳洁 Android 系统架构及应用程序开发研 究J 微计算机信息，2011( 9) : 1-3佘东 基于 Android 和 SQLite 的地质数据地图的设计与 实现研究J 四川文理学院学报，2012，22( 2) : 74-76 秦超，姜良君，蔡永香 基于 Android 的移动终端 GPS 测 量系统的设计与实现J 城市勘测，2011( 1) : 64-671234五、结束语该系统的开发符合规范性、先 进 性、适 用 性 和櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂( 上接第 259 页)( 2) 远程实时视频监控管理系统支持接入已有的视频监控系统，并将装有 视频监控设备单位的地理位置( X，Y) 与其视频帧之 间建立对应关系，通过地理坐标来调用其相关的视 频文件，以实 现 实 时监控视频与电子地图的集成。 只需在地图上点击有视频监控的单位，便可相应显 示出该单位的实时视频监控情况。( 3) 地磅称重信息监测管理通过网络技术，将清洁楼、垃