综合风险普查中的房屋建筑调查软件设计与实现
时间：2023-06-13 08:50:49 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
周长江，张现军，于忠海
(1.济南市勘察测绘研究院，山东 济南 250101；
2.山东省城市空间信息工程技术研究中心，山东 济南 250101)
为全面掌握我国自然灾害风险隐患情况，提升全社会抵御自然灾害的综合防范能力，从2020年开始开展第一次全国自然灾害综合风险普查工作。通过开展普查，摸清全国自然灾害风险隐患底数，查明重点地区抗灾能力，客观认识全国和各地区自然灾害综合风险水平，为中央和地方各级人民政府有效开展自然灾害防治工作、切实保障经济社会可持续发展提供权威的灾害风险信息和科学决策依据[1]。
在综合风险普查中，房屋建筑承灾体调查是工作量最大、任务最重、参与人员最多、组织实施难度最大的工作之一[2]。房屋建筑调查是对房屋建筑开展基本信息和抗震设防基本信息以及使用情况等的调查[3]。按照全国灾害综合风险普查实施方案规定，房屋建筑调查需在房屋建筑面状矢量数据的基础上，通过软件系统填报房屋承灾体灾害属性信息和空间信息，并进行现场核实和补充调查。因此房屋建筑调查，需要投入大量的人力到现场拍照、取证、核实。在各地综合风险普查实际工作中，房屋建筑调查往往需要投入最多的资金和人员，其调查效率直接决定了综合风险普查工作的整体进度[4～6]。
国普办下发了统一的综合风险普查软件[7]，但在实际调查工作中，该软件在以下情况无法完全满足使用需求：①调查需配套房屋建筑面矢量工作底图，在早期试点工作中，底图制作及下发不及时、不完整，导致无法正常使用该软件；
②该软件采用线上实时汇交的方式，信息提交后地方相关部门无法及时获取原始数据，不利于普查成果的再加工及应用；
③该软件在全国范围内用户并发量大，涉及空间数据编辑等复杂交互过程和照片传输等耗网络资源的操作，在集中开展调查期间容易出现网络异常；
④在各地调查工作开展中，往往同步开展安全隐患排查、违建清查等其他专项调查。
在实际开展调查工作中，为了弥补上述不足，除了使用统一的综合风险普查软件外，笔者开发了综合风险普查房屋建筑调查App及生产管理系统，作为辅助手段，在部分地区的综合风险普查工作中发挥了优势作用。尤其是在平阴试点、滨城试点[8]等地区的普查工作中，在底图尚未统一下发的情况下，利用该软件提前开展普查，进行技术路线探索，保证了普查的质量和进度。
2.1 工作流程
房屋建筑调查一般由县市区组织开展具体调查工作，并进行普查成果管理和提交。因此软件设置了“四级组织、六类角色”的权限管理模式，四级组织从上至下分别为：县市区相关管理部门(县级管理员)、调查实施单位(单位管理员)、调查队伍(班组长)、调查核查人员(调查员、核查员)，除了上述四级组织的5个角色外，还有系统管理员负责系统运维管理。其中，县级管理员通过系统将调查任务按乡镇分发至各个调查单位，同时负责最终的质检和成果提交；
调查实施单位将调查任务进一步细化，以村为单元逐个下发至各个调查队伍，同时负责任务内成果的质检和现场核查任务分配；
调查班组长将各个村的调查任务分配至个人，同时负责本组成果的检查；
调查员通过房屋建筑调查App进行具体的外业调查；
核查员由调查单位直接管理并分配现场核查任务，进行具体的现场核查工作。软件中房屋建筑调查业务工作流程如图1所示。
图1 房屋调查业务工作流程
2.2 软件架构
软件分为四层结构：基础设施层，包括信息化软硬件支撑环境；
数据资源层，包括高分辨率影像底图、矢量电子地图、地名地址、村界、镇界、宗地等地理信息数据、房屋建筑底图、普查采集信息等；
服务层，包括数据上传服务、下载服务、地图服务、空间定位服务、互联网资源服务等；
业务应用层，即面向应用的三个子系统，分别为面向房屋建筑外业调查的移动端App，用于外业生产综合监管的生产管理系统和用于运维管理的后台运维系统。软件架构如图2所示。
图2 软件架构
2.3 安全设计
(1)用户设备授权
采用后台统一注册方式，为每个用户设置授权截止日期，保证用户仅在授权期内可登录，项目结束时可通过修改授权日期使用户无法再次登录。用户初次登录时，会自动绑定当前硬件设备码，一旦绑定设备码该账号将无法在其他设备上登录，实现用户账号与设备的一对一绑定，以这样的方式避免App未经授权使用。
离线登录模式，设置10天的离线授权期，每次联网登录成功都会记录下登录日期，离线登录时，会依据上次联网登录日期计算是否超过离线授权期，如果超过离线授权期，必须联网登录进行授权判断。
(2)移动端空间数据加密
现场调查中用到的影像、房屋建筑面、宗地、村区划等数据往往是不公开数据，为保证数据安全，采用移动端空间数据离线加密技术，将空间数据转换并加密成自定义格式，分发至每个调查员的移动设备上，移动端App采用离线加载的方式直接调取本地空间数据。
2.4 技术路线及实现
(1)房屋建筑调查App
房屋建筑调查移动端App基于Android平台开发，支持Android 8.0及以上的手机及平板设备，同时适配MIUI、EMUI、鸿蒙等国内主流手机厂商系统。App功能包括：地图(影像、房屋、区划数据等)展示及操作、图层控制、基于地名快速检索定位、调查表采集、现场拍照、房屋新增、空间定位、采集任务进度查看、采集信息上传与导出、本地房屋数据在线更新、App版本升级等。
App设计开发遵循可靠、实用、易用、安全、可配置、可扩展性等原则。App支持上百人同时使用的需求，支持离线数据加载与采集，简单易用、易上手，尽可能兼容所有安卓设备型号，采用数据安全技术保障数据安全，功能及数据可配置管理，能够进行功能扩展以适应其他专项调查任务。主界面为地图界面，通过点击房屋面，弹出待调查类型选择窗，点击选项可进入农村独立住宅、集合住宅、住宅辅助、非住宅、城镇住宅、城镇非住宅等各类调查表，根据现场实际情况填写信息并拍照完成该房屋信息的调查。移动端App界面如图3所示。
图3 移动端界面
(2)生产管理系统及后台运维系统
房屋建筑调查外业生产管理系统及后台运维系统采用B/S架构，前端采用HTML5、JavaScript进行开发，地图服务采用ArcGIS API，Web后端采用.NET框架，后台数据库采用SQL Server。运维系统采用严格的权限控制，对不同角色用户开放不同的功能模块。生产管理系统实现调查任务分配管理、调查员轨迹监控管理、普查进度监控统计、调查信息查询管理、调查信息导出、地图展示、空间查询等功能。
生产管理系统基于移动端的定位上传功能可获取并管理所有用户的实时位置和活动轨迹，为兼顾软件实用性及后台服务器压力，轨迹采集的定位间隔为 5 min；
用户提交的房屋调查数据根据房屋类型在地图上用不同颜色区分，能够进行关键字查询和空间点击查询；
能够实时统计调查进度，帮助管理员实时掌控工作进展。管理系统调查员轨迹监控功能如图4所示。
图4 调查员轨迹监控
3.1 移动端矢量切片加密技术
房屋建筑、宗地、村界等不公开的地理信息矢量数据，采用了移动端矢量切片加密技术进行处理。基于SQLite数据库，构建移动端空间数据库，属性信息存储在属性表中，空间信息以二进制形式存储在STGeometry字段中。配套移动端矢量切图转换工具，可将Shapefile格式的空间数据转换为移动端空间数据库，以xml文件配置空间数据的注记、线型、颜色、填充、符号等显示样式，最终将转换成果打包成自定义格式。影像等栅格数据同样可以通过移动端矢量切图转换工具转化为SQLite空间数据库的形式并进行加密存储。基于JTS(空间分析工具包)、SpatiaLite等开源库，开发了配套的自定义格式矢量切片离线数据类库包，可快速读取展示空间数据并提供空间查询、分析等GIS功能。
该技术使空间数据不会泄密，没有研发的配套类库无法打开该数据，保障了数据安全可控；
同时，以轻量级数据库本地存储空间数据的方式，具有读取速度快、占用资源小、查询简单等优势[9]。
3.2 离线/在线模式互补策略
App采用离线/在线两种模式相结合的方式，降低了后台服务运维成本，提高了调查采集效率，提升了软件稳定性，避免了无网络或网络较差状况下无法作业的情况。①App支持离线登录和联网登录两种方式，在网络信号较差或服务异常情况下依然能够正常开展调查；
②影像及房屋建筑等空间数据采用离线加载方式，不依赖网络信号，不占用服务器资源，节省了网络宽带资源；
③现场调查信息临时保存在本地SQLite数据库内，不会实时提交至后台，由于采集过程不涉及网络交互，因此采集速度更快、效率更高，且避免了网络不稳定带来的数据丢失问题；
④App有数据提交和导出功能，可一键提交所有调查信息并导出到本地表格，为调查员提供了足够的质量检查和补充调查的自由度，成果确认后可批量提交至后台，同时在本地生成成果表格，用于进一步数据质检。
3.3 信息采集便捷化
App信息采集模块秉持着简单易用、尽量减少外业工作量的原则进行设计开发，具体来说采取了以下措施：①App适配主流型号的安卓系统手机及平板设备，无须另外采购移动设备；
②辅助入户调查，每个房屋建筑面上标注产权人姓名，方便调查人员入户调查询问；
③建筑面数据包含产权人姓名、身份证号、建筑面积、区划等信息，App读取这些信息并自动填充，现场只需核对，基本不需要再次手动录入；
④支持身份证拍照直接获取身份证号，不需要手动填写；
⑤调查信息项尽量设置下拉选项以供选择，部分信息项设置默认值，减少人工填写；
⑥建筑位置信息自动填写，通过坐标转换算法及百度地图API的逆地理编码服务，自动获取当前建筑的地理位置描述；
⑦提供涂鸦功能，用地图涂鸦标识记录现场问题。
3.4 外业调查精细化管控
人员轨迹监控：调查工作需要投入大量的人力，为有效管理作业人员调查工作，用户作业轨迹监控是一个重要抓手。App在提供定位的同时，每隔一段时间会将用户位置及活动轨迹上传至后台，管理人员可通过生产管理系统实时查看用户位置和历史运行轨迹。
进度自动监测：后台接收调查员提交的调查成果，并进行汇总统计，实时显示已调查房屋数量及调查进度，方便管理人员对调查工作进行管控。
3.5 可配置和可扩展性
软件凭借可配置和可扩展性，能够快速搭建各类专题应用，在各类专项调查工作中，起到了重要的技术支撑作用。在部分地区的综合风险普查工作开展过程中，为避免重复调查，还同步开展了其他专项调查，如商河县开展农村房屋安全调查、历城区开展抗震设施普查、聊城市开展违法建设和违法违规审批清查。这些专项调查同样依托建筑房屋面，需要逐个建筑现场调查核实。凭借该软件的可配置和可扩展特性，快速搭建专项调查扩展模块，利用该软件同时开展综合风险普查的房屋建筑调查和各类专项调查。
软件在平阴县、滨州市、薛城区等多地综合风险普查的房屋建筑调查工作中得到较好应用，提高了现场作业工作效率，辅助调查工作精细化管控，为调查工作提供了有力支撑。移动端数据加密技术、离线与在线互补策略、便捷化采集措施等关键技术，为外业调查类软件提供了一套成熟的、可推广的技术路线；
生产管理系统对调查任务的精细化管控手段，为大规模外业调查工作的有效管理提供了一种思路。
