1.1 需求分析
传统的建筑物信息外业采集主要是以技术人员实地调查为主,按照表格列举项对采集信息进行记录,返回内业后通过数据编辑、属性录入等来实现(FEMA,2002)。一是由于建筑物信息采集覆盖范围广、数据详实程度要求高,需要投入大量外业调查人员协同开展工作。但导致耗时耗力,时效性低,且人工录入环节易出错,无法保障数据的准确性和实效性(刘建等,2019)。二是由于建筑物结构类型的多元化及特征的差异性,通用的数据信息采集标准难以满足实际应用需求(李晋等,2017)。因此,为规范化不同结构类型数据采集标准,提高建筑物信息采集效率及准确性,笔者设计研发了一套基于Android的建筑物信息采集系统。
系统设计应满足4个方面的需求:①支持多人同时开展建筑物信息录入,并提供多人同时编辑同一数据的并发访问机制; ②支持多层级权限分配,通过在后台系统设计用户权限管理功能,实现数据的分级使用和管理; ③针对不同结构类型建筑物的建(构)造特征,提供不同结构类型建筑物详查表单; ④为保证数据的安全性,系统部署在行业内网上,需登录VPN后方能使用。
1.2 逻辑架构设计
根据建筑物信息采集的特点与需求,基于Android的建筑物信息采集系统总体逻辑结构划分成4层,即基础设施平台、数据资源库、应用支撑平台以及应用层,如图1所示。基础设施平台为系统建设提供需要的硬件环境和网络环境,包括服务器、网络、存储设备等。数据资源层涵盖了建筑物信息采集软件所需的数据资源,包括基础空间数据库、基础属性数据库、数据字典数据库及元数据库。应用支撑平台层为建筑物信息采集系统提供通信网、ESB系统总线、报表工具、操作系统和GIS系统平台等支撑系统运行的软硬件设备。应用层是前端直接展示,为用户提供交互性操作,包含地图服务、建筑物详查采集、采集任务管理和系统管理功能模块。标准规范体系是指导整个信息服务系统建设的基础,需要遵循国家、行业、地方制定的相关技术要求和规范。信息安全保障体系贯穿系统建设各个层次,保障系统稳定、可靠、安全地运行。在运行维护体系的基础上,技术人员可监测网络设备、服务器设备以及安全设备的运行状态。
图1 建筑物信息采集系统的逻辑结构
Fig.1 Logic structure of the building information acquisition system
1.3 功能设计
基于Android的建筑物信息采集系统包括地图服务模块、建筑物详查采集模块、采集任务管理模块和系统管理功能模块。
(1)地图服务模块
该模块为APP提供在线天地图底图加载、建筑物专题电子地图发布及电子地图通用操作等功能。通过遥感解译与经验估计获取建筑物空间数据(明小娜等,2022),对其进行加工处理后利用GeoServer+PostGIS技术发布为电子地图。同时,该模块能够加载在线天地图作为背景底图,并提供地图缩放、图层控制、底图切换等地图通用功能,以便采集人员能在地图上快速找到与现实环境相对应的建筑物。
(2)建筑物详查采集模块
该模块提供了8种不同建筑物结构的详查数据采集功能。用户可查看建筑物的采集状态,选择待采集的建筑物面数据,通过实地判断或查阅图纸等形式确定建筑物结构类型,选择其对应结构类型进入详查表单。依据该表单内容录入建筑物详查信息,上传建筑物现场照片或结构图纸,并根据数据属性值校验和多字段逻辑校验规则实现表单校验,提高采集数据的质量,并将采集结果保存至服务器数据库。
系统还提供“增、删、重置、撤回、查、复制粘贴”等辅助功能。“增”主要针对建筑物图层中缺失或遗漏的建筑物,通过在地图空白区域上以打点的方式进行新增。“删”指选择地图中任意一个建筑物,将其删除。“重置”针对数据采集中或处于提交状态的建筑物,重置后会清除该建筑物已采集的信息,回到未录入的状态。“撤回”针对处于提交状态的建筑物,撤回后建筑物回退到采集中状态,可对该建筑物进行重新编辑采集。“查”是查看选中建筑物数据的基本信息。“复制粘贴”主要针对统规统建的建筑物,选择已录入信息的建筑物(采集中或已提交)点击复制,再选择未录入信息的建筑物进行粘贴,实现建筑物信息的拷贝。
(3)采集任务管理模块
该模块提供了采集任务的新增、编辑及删除功能。用户在地图界面上绘制采集区域,绘制方式主要包括点选行政区划(市州、区县)和自由勾画,再将绘制的区域进行多种方式的划分,对每个小区域设置采集任务总数,供建筑物信息采集人员参考。以采集区域为界,该模块还提供了按采集任务、建筑物结构类型、行政区划对采集结果进行统计的功能,并通过图表的形式进行展示。
(4)系统管理模块
该模块提供了用户管理、角色权限管理以及机构管理等功能。用户管理主要包括用户的注册、编辑、删除、查询及角色授权等功能。角色权限管理是后台管理员对软件注册用户分别授予不同的用户角色并分配资源,具体包括默认角色、普通用户角色和管理员角色。首次下载APP软件并注册的新用户,系统将其自动授权为默认角色,仅拥有数据浏览的权限; 普通用户角色具有采集指定任务区建筑物详查数据的权限; 管理员角色具有采集任意工作区建筑物详查数据的权限。机构管理提供机构的新增、编辑、删除以及指定用户功能。
1.4 数据库设计
不同结构建筑物属性具有显著的差异,建筑物结构类型的多元化及特征的差异性,致使通用数据采集标准已不再适用(张斌等,2010; 安基文等,2015),需针对不同结构类型建筑物的结构特点,提供相应结构类型信息采集表单,才能保证数据的准确性。笔者基于以上需求,根据相关规范要求设计了建筑物数据采集表单,数据采集内容主要包括基本概况、专业信息和详查信息3个方面。基本概况包含建筑物基本信息和建筑物规模,建筑物基本信息包括建筑名称、所属省份、地级市、区(县)、乡镇街道、村居委会等,还包括建造年代、场地类型、基础类型、设防标准、自振周期、规则程度等; 建筑物规模包括建筑面积、长度、宽度、高度及层数。专业信息描述的是建筑物结构参数,不同结构类型建筑物的结构参数有所差异。以砖混结构、砖石木结构房屋为例,具体的采集字段及取值见表1。详查信息包括出屋面构件、女儿墙设置、楼梯间布置、构造柱布置、圈梁设置、圈梁最大水平间距、圈梁闭合情况、建筑现状、造价及照片。
表1 砖混结构、砖石木结构房屋的采集内容
Tab.1 Collected information of the brick-concrete structure and the brick-stone-wood structure
1.5 业务流程设计
根据系统的逻辑架构和功能结构设计,对系统总体业务流程进行设计,如图2所示。采集员到达现场后,启动手机上的“建筑物信息采集系统”应用程序,进入建筑物详查数据采集功能界面,通过现场定位获取当时位置的地图数据,查看建筑物的采集状态。根据后台管理系统设置的采集任务及划定的数量要求,选择黄色待采集的单体
图2 建筑物信息采集系统总体业务流程图
Fig.2 Overall workflow of the building-information acquisition system
建筑物,在判定其结构类型的基础上选择其对应的结构类型,如果超过该结构类型规定的采集数量,系统会弹出对话框提示用户是否进入表单,如果“是”则进入相应详查表单,否则结束当前采集。如果未超过该结构类型规定采集数量,则进入相应详查表单,录入建筑物详查信息,全部录入完成后上传建筑物现场照片,经确认表单无遗漏且填写无误后保存并提交。重复上述操作,直至完成管理员设置的采集任务。
