基于Android的建筑物信息采集系統設計及實現

趙真 郭紅梅 張瑩 何宗杭 張燦

摘要：建筑物建（構）造特征信息獲取的準確性及詳實性直接影響房屋建筑物易損性模型的可靠性。建筑物信息采集過程覆蓋范圍廣、數據詳實程度要求高，需投入大量外業調查人員協同開展工作，耗時耗力且人工操作易出錯，難以保障數據的準確性和實效性。針對上述問題，開發了以Android平臺為移動終端，基于移動GIS的建筑物信息采集系統，并應用于地震災害承災體抽樣詳查工作。實踐表明，該系統人機交互友好、操作簡單方便，大幅度提高了建筑物信息采集效率及準確性，為開展房屋建筑物地震易損性分析建模提供了詳實資料。

關鍵詞：Android終端；建筑物；建（構）造信息；系統設計

中圖分類號：P351.94文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2023）03-0453-08

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0049

0引言

地震以其突發性和巨大的破壞性給人類生存安全、社會經濟發展和社會穩定帶來嚴重危害，被稱為“群災之首”（張永春，2004；王楊，范植華，2013）。隨著經濟社會的快速發展，人口和財富高度集中，加上能源的加速開發和新型城鎮化的推進，進一步加劇了地震災害風險。為摸清地震災害風險隱患底數，提升全社會抵御自然災害的綜合防范能力，我國于2020—2022年開展了第一次全國自然災害綜合風險普查工作，地震災害風險普查成為自然災害綜合風險普查的重要專項工作之一。

地震災害風險普查工作主要任務是組織開展地震災害致災調查與評估、地震災害重點隱患評估、地震災害風險評估與區劃。其中，地震災害風險評估與區劃工作需要地震危險性分析結果、房屋建筑地震易損性模型、房屋承災體普查結果等作為支撐。在開展地震災害承災體抽樣詳查收集其建構造特征等詳細信息的基礎上，使用震害統計、數值模擬等方法建立典型結構類型地震易損性模型。在建筑物建（構）造信息實際采集過程中，由于基于單體建筑物的信息采集工作量大，且隨著城鎮化進程的不斷推進，建筑物也在不斷更新改建，數據的更新更加困難。因此，如何構建一個高效的建筑物信息采集方法是目前亟待解決的問題。

移動終端因其良好的移動性、便攜性以及強大的信息處理能力和通訊能力（婁世平等，2018；郁璟貽等，2022），已廣泛被應用于各個行業，其在信息采集、上報、查詢管理等方面的應用也十分普遍。如陳小芳等（2014）基于Android開發系統研發了建筑物基本信息采集系統，實現了數據采集和質檢功能，有效提高了建筑物數據采集效率；龍立等（2016）以Android平臺為終端，研發了城市建筑物信息采集系統，并以西安市灞橋區某街道辦為例實現了建筑物數據采集；劉博（2017）研發了PC版和手機APP兩個版本的建筑物信息采集軟件，并成功應用于北京市朝陽區建筑物信息的收集與管理工作。上述系統均采用通用的數據信息采集標準，對不同結構類型建筑不具有針對性，且缺少多層級權限分配?；诖?，筆者針對地震災害承災體抽樣詳查工作的需求，根據相關規范要求設計房屋建筑詳查信息表單，開發了以Android平臺為移動終端，基于移動GIS的建筑物信息采集系統，采集的數據可為房屋建筑地震易損性建模分析提供支持，支撐地震災害風險評估與區劃工作。

1系統設計

1.1需求分析

傳統的建筑物信息外業采集主要是以技術人員實地調查為主，按照表格列舉項對采集信息進行記錄，返回內業后通過數據編輯、屬性錄入等來實現（FEMA，2002）。一是由于建筑物信息采集覆蓋范圍廣、數據詳實程度要求高，需要投入大量外業調查人員協同開展工作。但導致耗時耗力，時效性低，且人工錄入環節易出錯，無法保障數據的準確性和實效性（劉建等，2019）。二是由于建筑物結構類型的多元化及特征的差異性，通用的數據信息采集標準難以滿足實際應用需求（李晉等，2017）。因此，為規范化不同結構類型數據采集標準，提高建筑物信息采集效率及準確性，筆者設計研發了一套基于Android的建筑物信息采集系統。

系統設計應滿足4個方面的需求：①支持多人同時開展建筑物信息錄入，并提供多人同時編輯同一數據的并發訪問機制；②支持多層級權限分配，通過在后臺系統設計用戶權限管理功能，實現數據的分級使用和管理；③針對不同結構類型建筑物的建（構）造特征，提供不同結構類型建筑物詳查表單；④為保證數據的安全性，系統部署在行業內網上，需登錄VPN后方能使用。

1.2邏輯架構設計

根據建筑物信息采集的特點與需求，基于Android的建筑物信息采集系統總體邏輯結構劃分成4層，即基礎設施平臺、數據資源庫、應用支撐平臺以及應用層，如圖1所示?；A設施平臺為系統建設提供需要的硬件環境和網絡環境，包括服務器、網絡、存儲設備等。數據資源層涵蓋了建筑物信息采集軟件所需的數據資源，包括基礎空間數據庫、基礎屬性數據庫、數據字典數據庫及元數據庫。應用支撐平臺層為建筑物信息采集系統提供通信網、ESB系統總線、報表工具、操作系統和GIS系統平臺等支撐系統運行的軟硬件設備。應用層是前端直接展示，為用戶提供交互性操作，包含地圖服務、建筑物詳查采集、采集任務管理和系統管理功能模塊。標準規范體系是指導整個信息服務系統建設的基礎，需要遵循國家、行業、地方制定的相關技術要求和規范。信息安全保障體系貫穿系統建設各個層次，保障系統穩定、可靠、安全地運行。在運行維護體系的基礎上，技術人員可監測網絡設備、服務器設備以及安全設備的運行狀態。

1.3功能設計

基于Android的建筑物信息采集系統包括地圖服務模塊、建筑物詳查采集模塊、采集任務管理模塊和系統管理功能模塊。

（1）地圖服務模塊

該模塊為APP提供在線天地圖底圖加載、建筑物專題電子地圖發布及電子地圖通用操作等功能。通過遙感解譯與經驗估計獲取建筑物空間數據（明小娜等，2022），對其進行加工處理后利用GeoServer+PostGIS技術發布為電子地圖。同時，該模塊能夠加載在線天地圖作為背景底圖，并提供地圖縮放、圖層控制、底圖切換等地圖通用功能，以便采集人員能在地圖上快速找到與現實環境相對應的建筑物。

（2）建筑物詳查采集模塊

該模塊提供了8種不同建筑物結構的詳查數據采集功能。用戶可查看建筑物的采集狀態，選擇待采集的建筑物面數據，通過實地判斷或查閱圖紙等形式確定建筑物結構類型，選擇其對應結構類型進入詳查表單。依據該表單內容錄入建筑物詳查信息，上傳建筑物現場照片或結構圖紙，并根據數據屬性值校驗和多字段邏輯校驗規則實現表單校驗，提高采集數據的質量，并將采集結果保存至服務器數據庫。

系統還提供“增、刪、重置、撤回、查、復制粘貼”等輔助功能?！霸觥敝饕槍ㄖ飯D層中缺失或遺漏的建筑物，通過在地圖空白區域上以打點的方式進行新增?！皠h”指選擇地圖中任意一個建筑物，將其刪除?！爸刂谩贬槍祿杉谢蛱幱谔峤粻顟B的建筑物，重置后會清除該建筑物已采集的信息，回到未錄入的狀態?！俺坊亍贬槍μ幱谔峤粻顟B的建筑物，撤回后建筑物回退到采集中狀態，可對該建筑物進行重新編輯采集?！安椤笔遣榭催x中建筑物數據的基本信息?！皬椭普迟N”主要針對統規統建的建筑物，選擇已錄入信息的建筑物（采集中或已提交）點擊復制，再選擇未錄入信息的建筑物進行粘貼，實現建筑物信息的拷貝。

（3）采集任務管理模塊

該模塊提供了采集任務的新增、編輯及刪除功能。用戶在地圖界面上繪制采集區域，繪制方式主要包括點選行政區劃（市州、區縣）和自由勾畫，再將繪制的區域進行多種方式的劃分，對每個小區域設置采集任務總數，供建筑物信息采集人員參考。以采集區域為界，該模塊還提供了按采集任務、建筑物結構類型、行政區劃對采集結果進行統計的功能，并通過圖表的形式進行展示。

（4）系統管理模塊

該模塊提供了用戶管理、角色權限管理以及機構管理等功能。用戶管理主要包括用戶的注冊、編輯、刪除、查詢及角色授權等功能。角色權限管理是后臺管理員對軟件注冊用戶分別授予不同的用戶角色并分配資源，具體包括默認角色、普通用戶角色和管理員角色。首次下載APP軟件并注冊的新用戶，系統將其自動授權為默認角色，僅擁有數據瀏覽的權限；普通用戶角色具有采集指定任務區建筑物詳查數據的權限；管理員角色具有采集任意工作區建筑物詳查數據的權限。機構管理提供機構的新增、編輯、刪除以及指定用戶功能。

1.4數據庫設計

不同結構建筑物屬性具有顯著的差異，建筑物結構類型的多元化及特征的差異性，致使通用數據采集標準已不再適用（張斌等，2010；安基文等，2015），需針對不同結構類型建筑物的結構特點，提供相應結構類型信息采集表單，才能保證數據的準確性。筆者基于以上需求，根據相關規范要求設計了建筑物數據采集表單，數據采集內容主要包括基本概況、專業信息和詳查信息3個方面?；靖艣r包含建筑物基本信息和建筑物規模，建筑物基本信息包括建筑名稱、所屬省份、地級市、區（縣）、鄉鎮街道、村居委會等，還包括建造年代、場地類型、基礎類型、設防標準、自振周期、規則程度等；建筑物規模包括建筑面積、長度、寬度、高度及層數。專業信息描述的是建筑物結構參數，不同結構類型建筑物的結構參數有所差異。以磚混結構、磚石木結構房屋為例，具體的采集字段及取值見表1。詳查信息包括出屋面構件、女兒墻設置、樓梯間布置、構造柱布置、圈梁設置、圈梁最大水平間距、圈梁閉合情況、建筑現狀、造價及照片。

1.5業務流程設計

根據系統的邏輯架構和功能結構設計，對系統總體業務流程進行設計，如圖2所示。采集員到達現場后，啟動手機上的“建筑物信息采集系統”應用程序，進入建筑物詳查數據采集功能界面，通過現場定位獲取當時位置的地圖數據，查看建筑物的采集狀態。根據后臺管理系統設置的采集任務及劃定的數量要求，選擇黃色待采集的單體

建筑物，在判定其結構類型的基礎上選擇其對應的結構類型，如果超過該結構類型規定的采集數量，系統會彈出對話框提示用戶是否進入表單，如果“是”則進入相應詳查表單，否則結束當前采集。如果未超過該結構類型規定采集數量，則進入相應詳查表單，錄入建筑物詳查信息，全部錄入完成后上傳建筑物現場照片，經確認表單無遺漏且填寫無誤后保存并提交。重復上述操作，直至完成管理員設置的采集任務。

2系統實現

手機端建筑物信息采集軟件基于Android系統開發，通過無線4G或5G通訊網絡訪問Web服務器，包括地圖服務和建筑物詳查數據采集兩大功能模塊。該軟件運用PostgreSQL數據庫進行數據存儲，利用POSTGIS引擎實現數據庫支持空間數據的存儲與分析，采用OpenLyaer4.1.1JS庫進行地圖的操作與建筑物要素信息的疊加等。后臺建筑物采集任務管理系統采用B/S系統架構，借助Eclipse集成開發環境，使用JAVA+VUE開發語言定制開發，利用PostgreSQL數據庫進行數據存儲，包括采集任務管理和系統管理兩大功能模塊。

基于Android平臺開發完成建筑物信息采集軟件后，將其打包成apk文件并制作二維碼，供用戶下載安裝。用戶打開APP后利用手機號綁定注冊賬號，即可瀏覽電子地圖和建筑物圖層數據。鑒于不同用戶的操作權限存在差異，為演示軟件的全部功能，下面將用戶權限設置成管理員，具體展示軟件的各功能。

2.1地圖服務模塊

打開軟件，輸入用戶名和密碼進入軟件主頁（圖3a），點擊“建筑物調查”模塊，進入建筑物調查首頁（圖3b），軟件自動加載電子地圖和建筑物分布數據。在采集過程中，可點擊右上角“衛星”按鈕切換到衛星地圖（圖3c），左下角“+”和“-”可實現地圖的放大和縮小，勾選右邊圖層菜單中的“圖層”可進行控制建筑物的顯示、隱藏等操作，幫助采集人員在地圖上找到與現實環境相對應的建筑物。

2.2建筑物詳查采集模塊

該模塊實現了對待采集狀態建筑物信息的錄入功能。采集員到達現場后，通過定位獲取當前位置的可視區域，在地圖上選擇黃色待采集建筑物面數據，該建筑物高亮顯示并在下端彈出磚混、磚石木結構、多層鋼筋混凝土結構、工業廠房結構、空曠結構、高層結構、土木結構、木結構、石結構8種結構類型（圖4a）。選擇對應建筑物結構類型，點擊“數據錄入”按鈕，進入數據錄入界面（圖4b），界面包含“基本概況”、“專業信息”和“詳查信息”3大模塊，分模塊填寫建筑物信息后保存和提交（圖4c）。

2.3采集任務管理模塊

該模塊實現了采集任務的劃分及采集情況的統計功能。點擊左邊“任務設置”菜單，在網頁上方出現一排工具欄，點擊工作區設置，彈出下拉菜單選擇市（州）、區（縣）或自由勾畫設置工作區（圖5a）。工作區設置完成后，點擊“任務區劃分”功能將工作區劃分為多個任務區，再點擊“生成任務區”，即可對每個任務區單獨進行任務設置，即劃定各任務區各結構類型建筑物采集數量。點擊左邊“任務統計”菜單，可分區查看各類建筑物的調查任務進度（圖5b）。

2.4系統管理模塊

該模塊通過登錄用戶統一權限管理系統，對用戶進行角色和權限的相關設置，實現“用戶-角色-權限”的授權模型，具體操作的界面如圖6所示。

3應用實例

建筑物信息采集系統已應用于四川省德陽市、樂山市、蘆山縣、金堂縣和康定市等地區地震災害承災體抽樣詳查工作，本文以金堂縣為例進行示范應用。四川省地震局根據金堂縣建筑物結構類型及在不同鄉鎮（街道）的分布情況，并結合每種結構類型至少采集40棟建筑物的工作任務，派出10名專業技術人員，分為3組在各個鄉鎮（街道）開展承災體抽樣詳查外業工作。根據工程建設資料的完備性，將外業調查分為兩類：一類是針對有完整工程建設資料的建筑物，通過查閱房屋設計及竣工圖紙，填寫調查表單；另一類是針對缺乏工程建設資料的建筑物，通過實地調查，利用測距儀、皮尺等專業工具現場測量獲取專業信息。通過外業現場工作，完成了金堂縣境內705個調研點的調查，調查建筑物總面積達237萬m2，主要結構類型為多層鋼筋混凝土結構、工業廠房、高層結構等，共計95個，面積為75.85萬m2，收集建筑物圖紙百余份，共計耗時5天，采集效率相較于填寫紙質表格后錄入到Excel文件有顯著提升，具體采集數量見表2。在完成調查工作后，對抽樣調查的多源、異構數據進行梳理、分層分類，按照規范設計的相關數據表格，開展數據完備性檢查工作，主要包括檢查數據的字段、字段類型是否與規定的數據表結構一致；檢查數據內容的完整性，重點檢查必填數據項是否完整，無缺省。經檢查后，確認所采集的各結構類型建筑物的數據完備性均較高，滿足建筑物抽樣詳查對數據質量的要求。

4結論

本文從系統的需求分析、邏輯架構設計、功能設計、數據庫設計和業務流程設計等方面進行了研究，研發了基于Android的建筑物信息采集系統，實現了地圖服務、建筑物詳查采集、采集任務管理和系統管理等功能，并應用于四川省地震災害風險普查專項工作任務地震災害承災體抽樣詳查工作，得到以下結論：

（1）本系統提供了不同結構類型建筑物詳查表單，實現了不同結構類型數據的差異化采集，保障了建筑物建構造信息的準確性；系統支持多層級權限分配，實現多人協同開展信息采集工作；通過采集軟件和定制采集輔助工具，為現場采集人員操作提供了便利，大幅提高了建筑物信息采集效率，為開展地震災害承災體抽樣詳查工作提供了有利工具。

（2）對金堂縣開展地震災害承災體抽樣詳查的實踐表明，本系統顯著提高了建筑物信息采集效率及數據質量，降低了人力和時間的消耗，為開展建筑物易損性分析提供了詳實資料，為地震災害風險評估與區劃工作提供了支撐。

參考文獻：

安基文，徐敬海，聶高眾，等.2015.高精度承災體數據支撐的地震災情快速評估［J］.地震地質，37（4）：1225-1241.

陳小芳，劉小保，楊芳.2014.建筑物基本信息采集系統建設［J］.防災減災學報，30（2）：22-26.

李晉，葉涵，劉智，等.2017.西南地區承災體數據采集與動態更新系統［J］.震災防御技術，12（4）：858-869.

劉博.2017.面向地震災害情景構建的建筑物信息采集系統設計與實現［D］.吉林：吉林大學.

劉建，李靜，何宗.2019.建筑物信息實時云協同調查系統設計與應用［J］.地理空間信息，17（12）：85-88，10.

龍立，孫龍飛，鄭山鎖，等.2016.基于Android的城市建筑物信息外業采集系統研究［J］.震災防御技術，11（3）：682-691.

婁世平，楊玉永，劉瑞峰，等.2018.基于Android智能終端的地震現場應急指揮技術系統運維信息管理平臺［J］.震災防御技術，13（3）：727-735.

明小娜，楊健強，張原碩，等.2022.利用遙感影像和經驗估計方法初判云南省建水縣房屋抗震能力［J］.地震研究，45（1）：132-140.

王楊，范植華.2013.地震救援演練仿真系統的研究［J］.計算機仿真，30（1）：404-408.

郁璟貽，薄濤，劉英華，等.2022.基于Android移動終端的北京市本地化地震應急工作平臺實現與應用［J］.中國地震，38（2）：280-292.

張斌，趙前，姜瑜君.2010.區域承災體脆弱性指標體系與精細量化模型研究［J］.災害學，25（2）：36-40.

張永春.2004.地震應急預案管理和社會動員機制的建立［J］.福建地震，20（2）：24-28.