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土地资源的宏观调控、严格管理、科学规划、合理利用以及执法监察等国土资源管理重点业务均需要准确、翔实的土地基础数据支持,而各种土地资源信息的获取主要依赖于土地调查技术。分析目前的技术现状,迫切需要一种面向基层土地管理管理人员,快速便携、定位准确、操作简单、现场成图、流程通畅、稳定可靠的技术手段。为此,本文提出了一种基于EGIS/DGPS的土地调查技术。其主要思路是利用PDA等掌上设备解决便携性的问题,利用嵌入式GIS(EGIS)技术实现现场调查底图的可视化、成图数字化,通过差分GPS(DGPS)技术实现对调查对象几何形状、实体位置、面积大小等信息的准确获取,借助面向对象的程序设计方法开发简单、实用的土地调查系统,最后通过大量的实验和应用,打通数据流程、完善系统软硬件、保证系统的可靠性。以此思路为主线,针对其中的关键技术,论文具体工作如下:
(1)构建了嵌入式GIS数据模型。在充分研究了嵌入式系统以及嵌入式GIS特点的基础上,利用象形ER图建立了面向土地利用现状的GIS概念模型;采用面向对象技术表述空间实体,建立了基于OR模型的实体式矢量数据GIS逻辑模型,研究了对象——关系数据模型中空间实体和关系性数据库RDB的映射方法;提出了一种基于嵌入式系统的分幅、分层、分格、分级(MLGL)矢量数据组织方法,解决了嵌入式GIS在内存使用、显示速度等方面的技术难点。
(2)针对本文所设计的嵌入式GIS数据模型,提出了空间数据的预处理方法。借助OpenGIS Simple Feature规范,解决异构数据交换问题,从国土资源管理的实际应用出发,面向嵌入式系统,构建了分幅、分层、分格、分级(MlGl)的EGIS数据结构。通过~种以乡镇为单位的广义分幅方法,对各种GIS平台输出的各乡镇数据利用R树建立空间索引,实现对一个区县所有乡镇分幅数据的快速、统一管理,通过构造行政区域的凸壳进一步提高检索效率。按照空间对象的属性,进行了分层组织空间数据。对一个乡镇分幅图设计了二层网格索引文件方式管理。最后,初步构建了矢量数据的多尺度分级显示数据模型,利用BLG树对网格内的空间对象进行简化,利用Reactive树对空间对象进行分级筛选。经过以上处理,构建了MlGL数据结构,实现了空间数据的高效管理与快速显示。
(3)设计了基于GPRS的实时DGPS移动终端。研究了DGPS定位原理和RTCM协议的电文结构,推导了RTCM电文在RtD、RFK中的应用方法。开发了一套利用GPRS网络传输差分改正信息的实时DGPS系统移动终端。在PDA上实现了基于GPRS的无线网络通讯、多线程模拟重叠I/O的双向串口通讯以及基于策略模式(Strategy Pattern)的电文解析,并对解析后的电文进行了校验,保证了电文的正确性。在研究了VRS定位原理的基础上,采用协议顺从的方式,根据Ntrip协议实现了移动终端在VRS(Virtual Reference Station)网络中接入。本文通过大量的测试数据验证了该移动终端在单基站和VRS两种模式中,数据通讯的可靠性与定位精度的准确性。
(4)实现了EGIS/DGPS技术在土地资源调查中的集成。结合我国土地利用现状调查业务的需求,采用面向对象的系统设计方法,遵循软件工程相关规范,对系统进行了需求分析,在此基础上设计了一个四层双核外业数据采集系统总体架构,实现了该系统与内业处理平台在土地调查中的集成。系统的四层分别是存储层(Storage Layer)、核心层(Core Layer)、应用层(API Layer)、用户接口层(UI Layer)。其中核心层(CoreImyer)采用了双核的架构,两个核心分别是EGIS内核(EGIS Core)和数据通讯内核(Communication Core)。在EGIS内核中,设计了符合OGC SF规范的数据结构,并封装了空间索引的相关算法。在数据通讯内核中,通过消息队列模式,实现了网络通讯模块与串口通讯模块的协同耦合。在应用层通过坐标转换模块实现了DGPS数据与EGls系统的匹配。经过从研发到定型的各阶段测试,保障了系统集成的可靠性。
(5)通过基于EGIS/DGPS技术的“调查之星”土地调查外业采集设备在全国9省市实验区进行的实验与应用,完善了系统软硬件,验证了系统流程的可行性以及系统软件的实用性与可靠性。在各个实验区进行了变更调查、更新调查、扩展应用以及与常规方法的实际对比等实验。列举了线状地物变更、新增图斑变更、更新调查中的修测、实地核查四个新技术应用的典型案例。在实验区大量数据的基础上,从实用性、成果质量、工作效率以及经济效益等方面,将“调查之星”外业采集设备与传统方法进行了对比和分析。实验与应用效果和对比分析结果表明:本文所提出的基于EGIS/DGPS的土地调查技术具备了实际应用的可行性,以该技术为核心的“调查之星”外业采集设备具有操作简单、实用性强,精度、效率和经济效益较高等优点。