发布于：2006-08-14 23:23:14
来自：水利工程/水土保持
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【摘要】 水土保持预防监督移动监测系统实现了通讯、定位/导航、水土保持工程信息获取和处理、地形分析、数据存储与管理、水土保持工程验收分析、文书传送、指挥控制等功能，具有体积小、重量轻、携带方便、集成度高、功能齐全、使用方便、组合简单等特点，应用于水土保持工程验收和野外数据采集的工程验收和其他相关业务，便捷了水土保持工程规划、工程监理、工程监督、工程验收等管理工作。
【关键字】 水土保持；嵌入式地理信息系统；移动监测
黄河流域水土流失举世瞩目。严重的水土流失，既给当地经济社会发展和人民群众生活造成巨大的危害，也对黄河安澜形成长期的威胁。防治水土流失，建设生态环境，是一项意义重大、形势紧迫的宏伟工程。因此近几年，我国每年都划拨巨资在黄河流域建设水土保持工程，对黄河流域的水土流失治理起到了很好的作用，但是，同时也给流域管理部门增加了新的课题，那就是如何实时、准确和有效的对大量的水土保持工程进行监控、验收和管理，而其中最关键的技术就是如何对水土保持工程进行准确、快捷的数据采集。
因此，为了解决黄河流域所有水土保持工程的规划、监控、验收、审核等管理工作，经过周密详尽的调研与论证，黄委会水土保持局与解放军信息工程大学、郑州普创信息技术有限公司共同研制开发了“水土保持预防监督移动监测系统”。
1. 系统总体技术方案
水土保持工程预防监督移动监测系统是集嵌入式处理器技术、现代通信技术、卫星定位与导航技术、嵌入式地理信息系统（EGIS）技术于一体的便携式装备，可以实现通讯、定位/导航、水土保持工程信息获取和处理、地形分析、数据存储与管理、水土保持工程验收分析、文书传送、指挥控制等功能。具有体积小、重量轻、携带方便、集成度高、功能齐全、使用方便、组合简单等特点。本项目研制的主要目的是应用于水土保持工程验收和野外数据采集的工作人员进行工程验收和其他相关业务。
1.1 系统逻辑结构
水土保持预防监督移动监测系统分两大部分，底层是移动监测后台服务端，上层是移动监测终端，两者之间通过计算机广域网或无线通信网进行数据交换。后台服务端包括移动监测监控管理子系统、数据转换子系统和负责服务端的通信与数据传输系统；移动监测终端包括客户端的通信与数据传输系统、移动监测GPS导航定位子系统和移动监测嵌入式地理信息子系统，置于本系统的PDA端，相当于本系统的用户机。系统的逻辑结构图如图一所示。
图一 系统逻辑结构图
1.2 系统硬件结构
水土保持预防监督移动监测系统的硬件结构图如图二所示。
图二 系统硬件结构图
2. 系统特点
2.1 专业性强
充分结合水土保持监测的业务特点，贯穿了系统研制的整个过程。从系统研制初期开始，就和水土保持监测行业的专家进行了充分的沟通。系统科研人员也是在充分了解行业业务特点的基础上进行开发的，因此，整个系统能够紧密结合水土保持业务的特点。
2.2 技术含量高
水土保持工程预防监督移动监测系统是集嵌入式处理器技术、现代通信技术、卫星定位与导航技术、嵌入式地理信息系统（EGIS）技术于一体的便携式设备，可以实现通讯、定位/导航、信息获取和处理、地形分析、数据存储与管理、指挥控制等功能。
2.3 使用方便
系统基于通用的windows平台开发，采用人性化的界面，并且提供了详细完备的使用手册，使整个系统易学易用。
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水土保持工程预防监督移动监测系统由后台地理信息系统和移动监测终端组成。移动监测终端既可以独立使用，又可以在需要时很方便的组合使用。在组网状态下，后台地理信息系统可以监控多个移动监测终端，并进行通信和信息共享，各移动监测终端之间也可以进行通信和信息共享。
3.1 移动监测GPS导航定位子系统
可以提供当前位置的坐标信息，实时在地图上显示出来；能够根据设定的目的地进行导航；另外还提供显示当前位置的Bj-54坐标系坐标和高斯的功能。
3.2 移动监测嵌入式地理信息子系统
3.2.1 地图显示与浏览功能
设计了一种全新的数据格式，这种数据格式参考国标数字地图要素的分级规范，根据要素的重要程度将不同比例尺地图中的要素划分为不同的显示等级，能够反映信息的内容。需要对地图进行缩放与漫游。
3.2.2 水土保持工程信息录入功能
可以通过GPS或者屏幕点击的方式录入点（如坝、窖井等）、线（如道路、输电线等）、面（如梯田、林地等）的范围线以及属性等。
3.2.3 水保保持工程信息量算对比功能
对相同地点的水土保持工程的原始图、设计图和现状图进行对比和量算，可以显示该地方的水土保持工程变化情况。
3.2.4 水土保持工程信息查询与统计功能
可对不同监测信息图层的点,线,面要素进行查询,反应出不同图层要素之间的统计差别(如每年面积的更改,属性的改变等)。也可以对不同层的某类要素的全部面积进行统计分析，并以报表的形式给出。
3.2.5 通用量算功能
提供了坐标量算、距离量算、面积量算、坡度量算、高程、高差计算等功能。
3.2.6 地形分析功能
提供了通视分析和剖面量算等。
3.2.7 文书拟制与发送功能
提供了手写体识别和拼音方式的中文输入，使单兵可以方便的撰写和发送文书。
3.2.8 标图功能
可以进行地图标绘功能，并且可以根据需要，将水保行业所需的标图符号库加入到系统中，以实现用户所需的专业的标图功能。所标绘信息可以传送到后台服务中心。
3.3 通信与数据传输子系统
3.3.1 地图请求
以往的系统里，无论是矢量地图还是光栅地图，在地图请求的时候往往是很简单的，也就是说所请求的地图都是整块要显示的地图，那样请求下来的地图和原有地图数据往往会有重叠区域，会造成一定的传输浪费，客户端还要去除重叠区域，用户的感觉往往是一帧接一帧的。
在本系统的设计中，充分利用了GML的结构特性，在请求地图的时候对原有地图保留在新地图中的数据（图中Tear Map）不必请求，要请求的只是新地图数据(block1,block2)。为了服务器端统一处理，所请求的区域都是长方形。如果请求的数据量很大的话，在服务器端可以将所请求的区域进一步细化，以保证传输效率。这种地图请求方式用户会比较容易理解接受。
3.3.2 转换和组织
服务器端接收到用户的请求，由控制单元触发查询，对于大型GIS系统，需要查询存储地理数据的空间数据库（SDB）和存储属性数据的关系型数据库（RDB）两种数据库，然后将结果转换成GML,最后由Map Builder单元组织两个结果集，交给传输单元传输。
现在流行的RDB,如Oracle和SQL SERVER都支持XML，很容易能将查询结果转化成GML。而对于空间数据库，应用FME实现各种地图数据间的转换。（FME是一个商用引擎，对各种空间数据格式提供了很全面的支持，而且还有一定的二次开发手段）
通过Map Builder这个模块，系统还可以提供多种组合地图的方式以适应不同的应用，如：
l 在数据量小的情况下，直接将地理数据和属性数据两个结果集整合到一起，利于一次性传输。
l 在数据量比较大的情况下，将两个结果集按照优先级分别组织成各个文件，利于分批传输。
l 在数据量特别大的情况下，对结果集按优先级删选，只传输删选后的结果集，并传送提示标志，提醒用户注意请求数据量。
3.3.3 地图传输
地图的传输采用S管理P1.1协议。这是基于XML的一个轻量级的协议。虽然在传输效率上会因为传输大量的标签而有所损失，但在XML传输打包上会省去不少麻烦，而在本系统中，地图数据的组织和发布方式是最主要的，至于通讯方面的优化并不是重点。
3.3.4 地图重组
利用ＧＭＬ数据文件的结构特性，客户端将零散的新地图数据和原有的地图数据结合，达到地图重组。
3.4 移动监测后台监控管理子系统
3.4.1 地图的基本操作
地图的放大、缩小、框选放大、显示全图、常用比例、平移、地图居中。
3.4.2 监控终端
通过天线通信模块，实时测知移动目标的准确的地理位置，同时显示在地理信息背景图上。
3.4.3 水保监测信息录入和编辑功能
可以通过屏幕点击的方式录入和编辑水保监测所需的点（如坝、窖井等）、线（如道路、输电线等）、面（如梯田、林地等）的范围线以及属性等。
3.4.4 路径选择
提供以鼠标点击、移动目标位置信息或黄河工程等作为路径选择的起点或终点，并同时计算出路径的距离。
3.4.5距离量算
提供以鼠标在地图上画出任意曲线的距离量算。
3.4.6回放历史记录
可对跟踪的终端进行单一时间定位信息回放或某一时间段的定位信息回放。
3.4.7信息表管理
用户可根据需要自由建立信息表，信息表的字段用户也可自由设置。
3.5数据转换子系统
数据转换系统主要用来和外界进行数据交换，包括数据的导入和数据的导出工作。可以实现MapGIS、Arc/Info，MapInfo格式的数据导入到PDA格式，以及从PDA格式导出为MapGIS、Arc/Info，MapInfo格式。
4.总结
传统的水土保持工程的数据采集不外乎两种方案，一种是摄影测量法，另一种是野外普通测量法，这两种方法都非常的耗时、耗资，并且专业性很强，无法满足水土保持工程的验收、监控等管理工作。本文提出的水土保持预防监督移动监测系统满足水土保持工程数据采集的实时性、便携性，可以有效的完成水土保持工程的规划、监理、监督和验收等管理工作
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