基于gis空间信息技术的移动巡查和实态监控方法

专利名称：基于gis空间信息技术的移动巡查和实态监控方法
技术领域：
本发明涉及一种基于GIS (地理信息系统)空间信息技术的移动巡查方法，将各种 GIS空间信息，应用在各种移动手持设备中，满足国土资源、城管、水利和地下管线等行业的 移动巡查需求的移动GIS方法，可轻便、高效的实现信息的实时、动态采集和传输，以及巡 查过程和结果的在线监控。
背景技术：
空间信息的移动采集与集成应用技术是目前GIS研究的一个前沿热点和难点。移 动GIS包括一系列技术的综合，如GIS、移动硬件设备(包括智能手机、PDA等轻便设备和 个人电脑等)、定位系统(GPS全球定位系统或无线电定位)以及可以接入到固定网络 GIS的无线通信设备等[1]。但是长期以来，移动通信的带宽、空间数据的安全性、和手持设 备终端的性能和可用性设计缺陷等，限制了 GIS空间信息在移动终端上的交互、共享和应 用。在国土资源、城管、水利和地下管线等行业领域的日常管理中，均需要大量的空间 位置信息采集和及时传输，以及资源和设备监控等。目前，在这些行业中要么通过人工的方 式进行巡查和记录，要么采用一些简单的系统来输入巡查的结果记录，还没有出现一个以 GIS空间信息为核心的，并结合GPS技术和多传感器技术的移动巡查应用模式。例如在国 土资源管理方面，近年来随着经济的发展，人地矛盾逐步紧张，建设用地量需求与日益减小 的土地空间的矛盾尤显突出，如何加强对建设用地的批后监管和违法用地查处成为国土资 源管理部门面临的一个重点问题。然而在实际工作中经常出现“违法用地找不到、找不准”、 “核查结果错报、漏报、瞒报”的现状，难以实现土地利用的动态管理β]。近年来，我国移动3G网络发展迅速，GPS导航应用已经普遍，采用移动GIS技术， 充分利用已有的大量空间信息和遥感影像数据，设计全新的移动巡查模式，可有效解决上 述“空间信息的移动应用” [3]问题。参考文献熊庆文，边馥苓.基于嵌入式数据库系统的移动Gis应用体系结构研究.武汉大 学学报·信息科学版，2006, 31 (1) :86-89.刘志军，吴冲龙，马小刚.土地利用动态管理系统研发中的若干问题研究.四川 测绘，2004, 27(3) :109-112.谢忠，徐欣，班凯，等.面向网络应用的构件化嵌入式地理信息系统.地球科 学——中国地质大学学报，2006, 31(5) 631-634.

发明内容
发明目的
本发明的目的在于提供一种基于GIS空间信息技术移动巡查的实现方法，并结合 GPS技术、移动通信技术和移动设备的多种传感器，实现GIS空间信息在国土资源、城管、水利和地下管线等行业的移动巡查中的交互、共享和应用。技术方案
在本发明的技术方案中，首先对移动巡查时所使用的地图空间信息服务进行数据加 工、制作，并按照国际统一的规范进行服务的发布，以保证移动手持设备系统能够及时、快 速的下载和浏览；通过移动手持设备中的移动巡查系统，结合GPS芯片，实时下载当前位置 有关的地图空间信息，并以图形的方式展绘出来；可方便进行信息浏览、查询和巡查任务工 作的展开，实时记录巡查工作的当前位置、巡查路线和巡查点的属性信息、草图信息和图片 等信息；最后，借助移动通信技术，将巡查信息和结果实时上报到远程服务器并进行监控和 管理。有益效果
使用本发明可以保障地图空间数据和服务的安全性，防止涉密地图数据的外泄和盗用。使用本发明可以充分的利用已有的GIS空间数据，为移动巡查提供数据支持和依 据，保证移动巡查的实时性、科学性和真实性。使用本发明能够改变原有手工模式的巡查方式，为巡查和管理人员提供一种全新 的高效、便利的信息化手段和有效的巡查监管管理模式。


图1是基于GIS空间信息技术的移动巡查方法的体系结构图。图2是基于GIS空间信息技术的移动巡查方法的数据流程图。图3是基于GIS空间信息技术的移动巡查方法的安全服务结构图。
具体实施例方式本发明方法的实现步骤如下 1、地图空间信息服务的制作和发布
在移动手持设备上浏览、操作、甚至编辑地图都与用户在PC上进行各种地图操作有很 大的不同点。移动手持设备的显示屏(包括了显示分辨率、按键以及用户交互等)，内存和存 储空间限制，以及外业巡查的各种外部环境条件(光线、雨水等)都会对移动巡查所使用的 移动地图带来一定的影响。本发明主要提出了以下几个方面的设计 (1)针对行业应用的移动地图服务设计
在设计和制作一个移动地图服务时，首先要考虑的一个重要因素就是，该移动地图服 务被应用在何种工作任务中及其使用者的情况，这些因素直接影响到地图中图层的浏览、 漫游、查询等操作。无论国土资源、城管、水利和地下管线等行业，其应用的地图各种图层都可以分为 两类基础图层和操作图层。其中基础图层主要是为用户提供一定的基础参考信息，一般是 固定不变或者变化频率较低的图层，包括行政区、水系河流、道路交通等基础地理数据。操 作图层是用户在使用中经常进行各种查询、编辑操作的图层，一般都是与巡查业务密切有 关的，变化频率较高，需要进行实时的更新和处理。针对移动巡查在这些行业应用中的特点，将制作的移动地图空间信息服务可分为两类一类是以基础地理数据为主的移动静态地图服务，另一类是以业务数据为主的移动 动态地图服务。(2)针对巡查工作环境条件的设计
移动巡查的环境条件与室内的工作条件有很大的差异，因此不能依据室内应用的情况 进行地图的设计。外业巡查时的阳光光线、雨水等都会影响界面的表现。对于颜色和符号 的选择，移动地图服务的设计和制作应该遵守的原则是简单和对比性强。对于用作背景或 基础底图的面状图层，可以采用透明或者简单的颜色。例如对于面状道路，只用简单的颜色 表示外框而不用颜色填充，对于面状河流采用蓝色突出对比。(3)针对移动手持设备的特性设计
在设计移动巡查地图空间信息服务时，应充分考虑移动手持设备的特性，包括移动手 持设备的屏幕分辨率、内存和存储空间大小等。由于移动手持设备的屏幕分辨率一般都比 较低，因此必须为地图设置参考比例尺，以使得手持设备屏幕只显示用户需要显示的地图 内容，还能够提高地图显示的速度，减少移动手持设备的内存消耗。(4)针对地图符号化的设计
地图需要根据应用需求进行符号化，以便于巡查人员辨别区分和浏览。地图符号化所 采用的符号的颜色、样式都会影响地图的显示速度和效率。因此设计每种类别的符号都应 遵循简单、高效的原则，不仅能够满足用户进行地图浏览、操作的需求，又不影响地图的显 示效果和效率。点状符号、线状符号和面状符号的样式都应简单易于实现的，其颜色也应该 选择简单色而不用图片或者复杂色等来填充。在移动巡查的地图空间信息服务设计和制作完成后，可以通过地图服务软件(例 如ArcGIS krver)，将该地图发布成移动地图数据服务，提供外部移动手持设备进行实时 在线访问。2、地图空间信息的实时获取与展现
移动巡查地图空间信息服务发布成功后，可以使用移动手持设备获取、存储并展示地 图信息，供外业巡查人员进行浏览、定位、查询和数据采集等。移动地图空间信息的实施获 取与展示的步骤和问题解决方案如下
(1)移动地图服务的访问和地图数据的获取
由于地图服务部署在远程的移动服务器上，移动手持设备需要借助无线网络连接上地 图服务器。采用的移动无线网络可以是第二代移动通信技术GPRS/CDMA，第三代移动通信技 术TD-⑶MA/WCDMA/CDMA2000或者基于WIFI的无线网络。考虑到地图数据访问获取的速度 和移动无线网络的覆盖范围，宜采用第三代移动通信技术。对于国土资源、城管、水利和地下管线等行业领域，地图空间数据都属于保密数 据。因此为了确保移动服务器数据的安全性和数据传输的安全性，网络连接方式采用VPN (虚拟专用网络)，这样既确保了移动服务器数据不外泄，也保证了地图数据在外网传输的 安全性。同时自行设计并采用了移动巡查安全服务，以确保移动设备登录的合法性和地图 服务获取的合法性。移动巡查安全服务的结构如图3所示。移动巡查安全服务主要包括kcurity krvice (安全服务)、UDS (统一数据服务)、 Token Service (令牌服务)、存储地图服务访问权限的地图服务权限库和执法监察用户设备库。其中Token Service令牌服务主要为用户访问地图服务提供有效的令牌，有效的令 牌是针对某个用户地址(域名或者IP地址)并带有时效性的。用户只有获取到有效的令牌， 并且在该令牌规定的时间内才能够访问到相应的地图服务。UDS统一数据服务是一个中间 件服务，在该中间件中统一注册了内网的验证服务供外部的应用服务来验证登录系统的用 户和设备是否合法。Security Service是整个移动巡查安全服务的出入口，它接收用户和 设备信息，并返回用户设备的合法性和地图服务访问令牌。

移动手持设备登录系统时，需通过VPN的方式访问Security Service安全服务， 并由Security Service安全服务调用UDS (统一数据服务)中注册的验证服务，以验证用 户设备的合法性，包括设备登录用户名、密码和当前移动设备的硬件号。如果登录用户和设 备均处于系统验证的“白名单”中，即可成功登录系统；如果移动设备或用户信息处于系统 验证“黑名单”的，则无法登录系统。系统登录成功后，仍通过Security Service安全服务将用户设备信息发送给 Token Service令牌服务，Token Service根据用户信息和地图服务的权限库返回一个 Token (令牌)，设备获取到有效的Token即可成功访问到移动地图服务并获取到地图数据。(2)地图服务数据的缓存和加密
获取到巡查地图数据后，为了达到地图浏览的顺畅性和快速性，需要在移动手持设备 上为下载的地图数据建立缓存，并对缓存文件进行压缩存储，以减少对移动手持设备存储 空间的影响。同时为了确保移动手持设备上的地图缓存的安全性，采用了独特的加密算法 对缓存数据进行加密处理。用户退出系统时能够自动的删除已经下载的地图缓存。移动手持设备中建立的地图数据缓存采用RAS双向加密的方式进行数据加密，即 根据系统登录的用户名、密码和当前移动设备的硬件号生成独特的密钥对缓存数据进行加 密，而对这些缓存数据进行解密使用时，仍需根据登录的用户名、密码和当前移动设备的硬 件号进行解密。因此如果缓存数据被复制到其他设备上或者有其他用户登录使用，都无法 正确的对其解密使用，确保了地图数据只能被授权用户和授权移动设备进行使用的目的。(3)地图服务数据的绘制和展示
利用地图绘制引擎，将下载的地图数据绘制并展现出来，并实现基本的地图操作，包括 了漫游、浏览、距离和面积量算、图层控制、属性查询和草图编辑等。3、巡查信息的采集与管理
移动巡查系统获取并展绘出地图数据后，外业巡查人员能够根据地图提供的参考，结 合GPS的定位信息，开始外业巡查任务。
( 1)获取和下载计划任务
根据移动巡查系统登录的用户，获取和下载分配给该用户的巡查计划任务。巡查计划 包括巡查的应该开始日期和结束日期，巡查的计划人员、巡查计划路线和巡查对象。(2)巡查任务的开始
在移动手持设备的GPS信号稳定的情况下，巡查人员可以根据已有的巡查计划， 开始实际的巡查任务。实际巡查任务开始后，所属巡查计划的路线和巡查对象都会清晰的 标注在地图上，为巡查人员提供导航和参考。(3)巡查任务信息的采集和记录
当巡查人员到达巡查对象时，建立巡查点，并填写巡查对象的相关的属性信息，利用地图提供的 绘制工具和GPS记录巡查对象的四至范围和相对位置等空间信息。还能够利用移 动手持设备的摄像头拍摄照片，或者视频记录巡查对象的影像信息。(4)巡查任务的结束
在遍历计划所设定的巡查对象后，可以结束当前的巡查任务。4、巡查信息和成果的实时上报
外业巡查任务完成后，可通过移动无线网络将巡查任务的各种信息上报到远程服务 上，供管理人员进行任务监控、管理和后续处理工作。(1)巡查位置的实时上报
巡查位置的实时上报，是将巡查人员在巡查过程中的位置数据，实时的上报到相关管 理部门的管理系统，为管理人员提供任务的巡查情况；通过地图的实时刷新，方便管理人员 对巡查人员的位置等进行监控。(2)巡查成果上报
移动手持设备中的巡查成果上报数据包括巡查的路线数据、巡查对象的属性、影像和 草图数据等。这些数据能够为管理人员提供决策参考，并作为巡查结果后续处理工作的依 据。5、巡查的后续管理
外业巡查人员完成巡查任务并上报巡查成果后，管理人员可通过管理系统对违法 情况可以进行案件处理。(1)巡查任务监控
(a) 巡查人员和设备监控
巡查人员和设备的监控主要是指监控和查看巡查人员的登录情况，巡查的位置、路线 情况等，便于对巡查人员和设备进行考核监督。(b)巡查路线展绘与巡查任务回放
针对完成的巡查任务，管理人员可以利用管理系统将巡查的路线和巡查的对象在地图 上展绘出来，并且可以对巡查的整个过程进行回放。
(2)巡查任务汇总分析
根据巡查人员的巡查任务记录，统计各个巡查人员的巡查信息，主要包括巡查线路公 里数、巡查对象采集数量、巡查时间等信息。(3)案件处理
管理人员对构成违法情况事实的，记录案件的处理结果等信息。本发明所要求的基本条件是收集可供移动巡查应用的基础数据，包括基础地理数 据和巡查业务数据。本发明的具体实施可按如图1所示的流程进行。将移动应用的基础数据，包括基 础地理数据和巡查业务，根据技术方案中的移动地图服务设计和制作规则，制作成可供该 行业应用所需要的移动地图数据，并将其发布成移动地图服务。然后在移动手持设备(PDA、 手机或者平板电脑等)中，使用移动巡查系统，通过VPN专用网络实时下载移动巡查所需的 地图数据；在移动手持设备上建立地图数据的缓存，根据登录的巡查人员的信息对缓存数 据进行加密，以确保数据的安全性。将地图数据可视化后，根据下载的巡查任务计划，依靠 移动手持设备的GPS，开始外业的移动巡查任务；将移动设备的位置，通过VPN专用移动网络，实时上传到远程服务器，供管理人员进行监控和管理。巡查任务开始后，更新GPS位置， 记录整个巡查的路线，并采集每个巡查对象的属性信息(该属性信息可来自地图数据，也 可由用户自行输入)、图片影像数据和草图数据，待任务结束后形成一个完整的巡查任务记录。对 已完成的巡查任务记录，巡查人员可以进行一定修改管理，包括修改巡查的一 些基本属性信息，如巡查名称等，但不允许修改或删除巡查的时间和位置。如果外业巡查人 员已经确认好所有巡查任务记录后，通过VPN专用网络，上报到远程的服务器，方便管理人 员进行后续的管理操作。管理人员可对上报的移动巡查任务进行查询、统计和分析，包括巡查任务路线的 定位、展绘、公里数统计；巡查对象的定位、照片影像浏览；整个巡查记录的回放等。如果存 在疑似违法的巡查对象，记录违法情况和后续的处理结果等。在整个移动巡查过程中，基于GIS的空间信息的工作原理如图2所示。
权利要求
1.基于GIS空间信息技术的移动巡查和实态监控方法，其特征在于，包括以下步骤 移动手持设备登录系统时，通过VPN的方式访问安全服务，并由安全服务调用统一数据服务中注册的验证服务，以验证用户信息以及设备的合法性；系统登录成功后，通过安全服务将用户信息和设备信息发送给令牌服务，令牌服务根 据用户信息和设备信息所对应的服务权限返回一个令牌(Token)，设备获取到有效的令牌 即可成功访问到移动地图服务并获取到地图数据；其中令牌服务为用户访问地图服务提供有效的令牌，有效的令牌是针对某个用户地址 并带有时效性；用户只有获取到有效的令牌，并且在该令牌规定的时间内才能够访问到相 应的地图服务；统一数据服务是一个中间件服务，在统一数据服务中统一注册了内网的验 证服务供外部的应用服务来验证登录系统的用户和设备是否合法；安全服务是整个移动巡 查安全服务的出入口，它接收用户和设备信息，并返回用户设备的合法性和地图服务访问 令牌。
2.根据权利要求1所述的基于GIS空间信息技术的移动巡查和实态监控方法，其特征 在于，所述用户地址是域名或者IP地址。
3.根据权利要求1所述的基于GIS空间信息技术的移动巡查和实态监控方法，其特征 在于，所述验证用户以及设备的合法性包括验证用户信息和设备的硬件号，所述用户信息 包括用户名和密码。
4.根据权利要求1所述的基于GIS空间信息技术的移动巡查和实态监控方法，其特征 在于，如果设备硬件号或者用户信息之一无法通过验证的，则无法登录系统。
全文摘要
基于GIS空间信息技术的移动巡查和实态监控方法，包括以下步骤移动手持设备登录系统时，通过VPN的方式访问安全服务，并由安全服务调用统一数据服务中注册的验证服务，以验证用户信息以及设备的合法性；系统登录成功后，通过安全服务将用户信息和设备信息发送给令牌服务，令牌服务根据用户信息和设备信息所对应的服务权限返回一个令牌(Token)，设备获取到有效的令牌即可成功访问到移动地图服务并获取到地图数据。使用本发明可以保障地图空间数据和服务的安全性，防止涉密地图数据的外泄和盗用。
文档编号G07C1/20GK102096954SQ201010586248
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者吉波, 吴长彬, 孙在宏, 沈健 申请人:南京国图信息工程有限责任公司, 南京师范大学