CN101159068B - 外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法 - Google Patents

Abstract

外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法，采用外业便携式设备手簿作为移动GIS的硬件平台，与卫星定位技术、全站仪定位技术相结合，实现违法土地信息采集、现场成图、显示、编辑、存储与更新的整个过程；手簿通过有线电缆串口线或无线蓝牙连接与全站仪通讯，接收、提取定位信息；同时，手簿通过移动通信网络与监控中心服务器建立网络连接，实现实时卫星差分定位、地图数据下载和现场信息上传。几何测绘结果的所见即所得，属性信息的轻松录入；整个数据处理过程的无纸化、电子化、实时化、傻瓜化、智能化大大提高了外业工作的效率、降低了劳动强度和对调查人员的专业要求。

Description

外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法

技术领域

本发明涉及多源空间数据快速高精度采集与处理，特别是一种外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法，属于遥测、网络传输等技术领域。

背景技术

目前土地执法巡察行业中进行实地调查的方法是：通过举报信息、用地数据分析、遥感监控等方式发现疑似违法、违规用地，执法人员拿着相关纸质的土地利用现状图、影像图、批地文件，到现场对违规用地利用皮尺、全站仪等设备，现场丈量，数据记录方式主要是手工绘制草图和简要标注相关的土地属性。然后根据具体违法情况，直接现场处理，或者将取证结果带回内业立案处理。

上述方法存在的缺点是：

a、需要准备、携带多种纸质图件，给实地巡察作业带来了诸多不便；

b、用皮尺测量不能绝对定位，测量地物拐点时需要有参照物，外业人员要求有良好的测量专业知识；

c、用全站仪定位，在没有控制点需要卫星定位引点时，必须手动设置全站仪，且需事先获取地方坐标转换参数。

c、以手工作业为主，耗时长、速度慢、步骤多、工序复杂、数据质量不高、劳动强度大。

d、现场不能实时对疑似用地进行定性、定量分析，及时输出实地执法成果，作业周期长；内业不能实时掌握外业巡察情况，不利于精细管理。

发明内容

本发明的目的是提供一种外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法，它构建适用于移动平台的GIS(地理信息系统)数据模型，结合卫星定位、全站仪定位、无线网络通讯、串口/蓝牙通讯、空间地理坐标转换、多源数据匹配等多项技术，实现违法用地空间数据的快速高精度采集、几何测绘结果的所见即所得，实现现场取证信息实时回传，进行定性、定量分析，实时输出实地执法成果。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法，其特征是：采用外业便携式设备手簿作为移动GIS的硬件平台(GIS平台具有以下功能：能够导入及显示多种类型GIS的地图数据，包括矢量数据和影像数据；支持属性数据查询；现场成图；道路导航；任务分配；现场计算转换坐标参数；空间信息量算；网络通讯；串口或蓝牙通讯等等，以上功能可以根据应用需求作适当调整)，与卫星定位技术、全站仪定位技术相结合，实现违法土地信息采集、现场成图、显示、编辑、存储与更新的整个过程；手簿通过有线电缆串口线或无线蓝牙连接与全站仪通讯，接收、提取定位信息；同时，手簿通过移动通信网络与监控中心服务器建立网络连接，实现实时卫星差分定位、地图数据下载和现场信息上传。

违法用地附近有国家控制点的区域利用控制点坐标设置全站仪工作初始值；附近没有控制点的区域，手簿结合卫星接收机采用RTK技术临时布设控制点，并通过串口线或蓝牙为全站仪引点、自动设置初始值，然后全站仪测点，手簿实时接收、解析全站仪不同明码格式的定位电文，提取定位信息，存储并在屏幕上所见即所得。

以下具体列出在没有控制点的情况下，采集违法地块空间信息的流程：

1)架设全站仪：

在巡察作业附近的空旷地区，即卫星接收机能够成功接收精度等级较高的卫星信号的地方，选定两处(测站点、后视点)架设全站仪；

2)利用RTK技术获取测站点、后视点坐标：

将移动站卫星定位接收机依次架设在测站点、后视点上，手簿通过有线电缆(串口线)或无线连接(蓝牙)与接收机获得通讯，实时接收卫星定位电文。另一方面手簿通过移动通信网络(GPRS、GSM等)，与监控中心服务器建立双向的数据通信链路，实时上传移动端(手簿)的坐标位置并接收来自控制中心的差分改正信息，写入接收机实现实时网络高精度差分定位，以此测得测站点和后视点精确WGS-84大地坐标。

将该大地坐标以当地子午线作为中央子午线进行高斯投影，得到WGS-84平面坐标。然后通过四参数转换，再将该坐标最终转换成地方平面坐标。其中的四参数，既可在手簿里现场计算，又可以通过直接导入事先计算好的四参文件来获取。

3)自动设置全站仪：

在手簿里确定坐标系——表东向，Y代表北向，通过角度计算公式，计算出测站点、后视点连线与坐标轴X之间的夹角——然后手簿通过有线电缆(串口线)或无线连接(蓝牙)与全站仪获得通讯，用测得的测站点的地方平面坐标以及角度θ按照全站仪自身指令设置全站仪工作初始值。

角度计算，如图3所示，令测站点坐标为X1，Y1，后视点为X2，Y2，则角度θ为：

其中

4)全站仪测点：

位于测站点处的全站仪通过测出待测点与测站点之间距离L，以及全站仪相对于初始姿态的逆时针旋转角α，可以计算出待测点的高精度绝对坐标，如图3所示：

X＝X1+cos(α+θ)*L；Y＝Y1+sin(α+θ)*L

5)手簿获取坐标：

手簿通过有线电缆(串口线)或无线连接(蓝牙)实时接收、解析全站仪定位电文，提取并存储测得的定位点信息，通过坐标匹配在屏幕上显示。

获取坐标信息后，在移动GIS平台上，通过简单直观的人机交互实现巡察地块的现场成图、属性录入与修改。

现场采集成果有三类文件，都存放在一个工程文件夹下，它们分别是：

●实地采集的GIS数据，存放格式为ESRI Shapefile。

●实地利用手簿拍摄的照片数据，存放格式为JPEG等。

●实地利用手簿录制的视频数据，存放格式为MPEG4、AVI等流行格式。

取证完毕后，手簿通过移动通讯网络与监控中心连接，实时上传自身定位信息、现场取证成果。

上传采集的GIS数据时，为了加快传输速率、简化传输环节，采用单个采集成果的上传方式，即每当采集完一块违法地块后，将成图后的信息按照属性元数据(定义了属性数据的表结构信息)-几何数据信息(描述了该成果数据的几何数据)一属性数据(描述了该成果数据的属性数据，按照属性元数据所定义的结构的顺序存放)的格式创建一单个文本(文本格式可以针对不同的巡察策略做修改)，再将已存成文本文件的地块信息通过通讯网络上传至监控中心。

离线模式下，手簿通过专用数据线与PC机连接，将现场取证信息导出至车载监控中心；在线模式下，手簿将成图后的地块数据以约定好的格式存储为单文本模式，与现场照片数据、视频数据等其他取证信息一并通过网络通讯实时回传至监控中心，监控中心结合车载用地数据信息，对疑似用地进行定性、定量分析，输出实地执法成果，实现快速处理。

本发明的优点及有益效果：本发明可应用于以下的领域或行业：

(1)国家土地管理部门用于土地调查工作。

(2)各级测绘部门用于土地调查。

其中土地调查包括以下四个方面

1)土地利用现状调查

2)地籍调查

3)执法巡察

4)土地勘查

其优点为：本发明利用空间几何数据实时高精度采集、现场成图、属性信息现场录入以及数据测量与图形编辑，结合无线网络通讯、串口/蓝牙通讯、空间地理坐标转换、等多项技术，实现巡察违法地块空间数据的实时高精度采集、几何测绘结果的所见即所得，属性信息的轻松录入；整个数据处理过程的无纸化、电子化、实时化、傻瓜化、智能化大大提高了外业工作的效率、降低了劳动强度和对调查人员的专业要求。表现为：

土地执法巡察中实现了无纸化作业和全数字化的野外巡察信息采集和记录，真正做到图件、数据、实地三者一致；

在手簿移动终端实现实时网络差分卫星定位、全站仪定位，既保证采集数据的精度，又实现对几何测绘结果的所见即所得；

利用手簿/卫星定位为全站仪引点，全数字化设置全站仪，免去手动操作的繁琐，提高了工作效率；且免去全站仪工作预先必须获取控制点这一步骤，使得全站仪不受控制点的约束，扩大使用范围；

手簿软件使用及数据处理过程的人性化、智能化、傻瓜化使得只需稍作培训，一般的基层土地执法人员就可以方便使用而不必知道较深的测绘专业知识；

实时移动通讯回传取证信息，监控中心及时定性定量分析，形成执法报告，实现执法的快速处理，减少了繁琐工作环节，提高了工作效率，减轻了外业执法的劳动强度。

附图说明

图1是本发明涉及的系统连接示意图；

图2是本发明手簿网络模块示意图；

图3是全站仪参数示意图；

图4是手簿利用卫星辅助、全站仪定位获取地块空间坐标位置的流程图；

图5是数据采集、处理工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理及具体实施方式作进一步的说明。

如图1，本发明应用于土地巡查时所涉及的系统的组成包括：

1、手持手簿

手簿包括掌上电脑、数字移动终端、平板电脑、可穿戴计算机、GPS/手簿一体机；操作系统包括Windows CE、Linux、Palm及其他嵌入式操作系统。

2、移动站卫星定位接收机及天线

包括GPS、伽利略、北斗以及多模接收机。其中GPS接收机类型包括单频(含有伪距、载波相位输出)、双频(L1和L2)及其他形式的，移动站卫星定位接收机及天线与手簿组合为设置全站仪提供控制点坐标。

3、电子全站仪

全站仪与手持手簿组成了土地巡察的外业便携式信息采集与处理设备。

4、车载信息服务系统

包括车载用地信息管理、车载导航系统、实地核查任务管理系统。系统可对车载土地利用现状数据、土地利用总体规划数据、各期遥感影像数据、村镇建设规划数据等多数据源的进行综合管理，并可利用这些数据源作车载导航底图，可远程管理实地核查人员的工作情况和实时接收实地核查任务。

5、室内监控调度系统

室内监控调度系统主要由监控计算机、监控调度软件组成。主要实现对外出执法检查车辆或实地巡察终端的作业任务实施管理和跟踪，监控外出检查车辆运行安全状况，根据需要实时发布现场执法任务，向车载监控中心转发巡察终端上传的巡查取证数据，并向巡察终端转发差分改正数据。

外业巡察过程中，用户手持手簿，卫星定位接收机辅助，利用全站仪定位，现场通过手簿上的人机交互界面，进行点位采集、现场成图、属性录入，实时回传，实现土地巡察信息采集、显示、编辑、存储与回传的整个过程。

如图2，本发明的基于移动平台的网络模块，包括：

1、通讯模块：包括串口/蓝牙通讯模块，网络通讯模块。

2、通讯配置模块：上层应用中配置网络参数，包括IP、端口号等。

3、卫星定位模块：通过通讯模块接收、解析卫星定位电文，提取定位信息。

4、全站仪定位模块：通过通讯模块设置全站仪工作初始值，实时接收、解析全站仪电文，提取定位信息。

5、坐标转换模块：在移动平台上，现场计算坐标转换参数；同时也支持导入事先计算好的参数文件。参数设置好后，负责WGS-84大地坐标与地方平面坐标之间的自动转换。

6、数据上传、下载模块：通过通讯模块，实时向监控中心上传自身定位信息、现场照片、成图后的巡察地块信息等；实时下载卫星差分改正信息、地图数据、任务信息等。

如图4，本发明在移动平台上用手簿/GPS引点设置全站仪工作初始值，通过全站仪定位获取地块空间坐标位置的流程图。

如图5，本发明的基于移动平台的全数字化土地巡察执法信息采集与处理的技术流程为：

1、外业巡察工作底图的导入、显示：通过举报信息、用地数据分析等方式发现疑似违法、违规用地，将相关底图数据源包括土地利用现状图或其它格式的矢量底图，以及压缩的航拍图、遥感图、或土地利用现状纸质图扫描的光栅图，导入并在手簿屏幕上实时的显示出来，各种数据源能够准确套合，同步放大、缩小、平移和切换。

2、违法地块附近有国家控制点情况下的定位信息采集：将全站仪架设到控制点上，利用已知的控制点坐标手动设置全站仪初始工作值。全站仪测点，手簿通过有线电缆(串口线)或无线连接(蓝牙)与全站仪建立连接，实时接收、解析全站仪不同明码格式的定位电文，提取定位信息，存储并在屏幕上所见即所得。

3、违法地块附近没有国家控制点情况下的定位信息采集：首先，将全站仪架设在地块附近的空旷处，手簿通过串口线或蓝牙与卫星定位接收机进行通讯，获取全站仪所处位置的WGS-84大地坐标，并自动转换成地方坐标；然后手簿通过串口线或蓝牙与电子全站仪建立连接，利用测得的坐标位置及计算出的角度，自动设置全站仪工作初始值；然后，全站仪测点，手簿实时接收、解析全站仪不同明码格式的定位电文，提取定位信息，存储并在屏幕上所见即所得。

4、图形、属性编辑：利用采集的各种空间数据现场成图，录入属性信息。

5、巡察取证结果输出：在离线模式下，手簿通过专用数据线与PC机连接导出巡察取证成果；在线模式下，手簿通过网络通讯实时回传给监控中心，结合车载用地数据信息，对疑似用地进行定性、定量分析，输出实地执法成果。

Claims (2)

1.一种外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法，采用外业便携式手簿作为移动GIS的硬件平台，与卫星定位技术、全站仪定位技术相结合，实现违法土地信息采集、现场成图、显示、编辑、存储与更新的整个过程；其特征是：手簿通过有线电缆串口线或无线蓝牙连接与全站仪通讯，接收、提取定位信息；同时，手簿通过移动通信网络与监控中心服务器建立网络连接，实现实时卫星差分定位、地图数据下载和现场信息上传，违法用地附近有国家控制点的区域利用控制点坐标设置全站仪工作初始值；附近没有控制点的区域，手簿结合卫星接收机采用RTK技术临时布设控制点，并通过串口线或蓝牙为全站仪引点、自动设置初始值，然后全站仪测点，手簿实时接收、解析全站仪不同明码格式的定位电文，提取定位信息，存储并在屏幕上所见即所得。

2.据权利要求1所述的外业设备进行土地巡查和实时监控的信息采集与处理方法，其特征在于离线模式下，手簿通过专用数据线与PC机连接，将现场取证信息导出至监控中心；在线模式下，手簿将成图后的地块数据以约定好的格式存储为单文本模式，与用手簿采集的现场照片、视频数据等取证信息一并通过网络通讯实时回传至监控中心，监控中心结合车载用地数据信息，对疑似用地进行定性、定量分析，输出实地执法成果，实现快速处理。

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