面向精准扶贫的专题地理信息采集方案研究

发布时间：2020-04-14

　　摘 要：针对传统测绘地理信息采集方式投入大、周期长，无法满足精准扶贫地理信息采集需求的问题，提出一种测绘转型升级环境下的新型交互式专题地理信息采集方案。该方案基于移动GIS技术，通过简单的技术培训，将地理信息采集主体由测绘专业人员迁移至非测绘专业人员，通过非测绘行业人员的参与协作，建立一套高效可持续的海量专题地理信息数据的获取与更新机制。基于服务于湖北省精准扶贫事业的贫困户专题地理信息采集的案例表明，所提方案不仅可以快速有效地获取贫困户空间位置信息，还能定期或不定期地更新贫困状态。与传统模式相比，本方案在采集效率、采集成本等方面优势明显。

　　关键词：专题地理信息采集;移动GIS;精准扶贫;测绘地理信息转型

　　随着我国经济社会步入新常态，国家经济社会发展对测绘地理信息行业在地理信息采集、处理、管理、更新和应用等方面提出了信息化体系建设需求[1]，传统的以数据生产为主的测绘体制已无法满足该需求，测绘地理信息工作转型升级迫在眉睫。如何转变测绘思路以适应新的发展趋势，相关学者提出从数据生产为主的传统数字化阶段转变到以地理信息服务为主的新型测绘信息化阶段[2]。工作重点将转移到用户需求和科技创新上，解放测绘地理信息生产力已成为新阶段亟待解决的问题[3]。

　　以湖北省“精准扶贫”为例，湖北省有590万建档立卡贫困人口(2013年底静态人口)，4821个贫困村，国家和省定扶贫开发工作重点县及享受片区政策的37个贫困县[4]。贫困户地理信息将为精准扶贫各指挥管理系统提供地理服务，同时为挖掘贫困状态与空间位置的关联，辅助精准扶贫决策提供地理支撑。由于贫困户位置分散且大多为偏远地区，地理信息采集难度大、任务重。同时，由于贫困户脱贫、易地扶贫等扶贫方案的实施，贫困户地理信息存在迫切更新的需求。利用传统的外业采集工作模式，贫困户地理信息采集主要由测绘专业人员完成[5]。

　　现代卫星定位技术、信息技术和移动通信技术的迅速发展，为即时动态的地理信息获取提供了新的技术手段。贵州省率先利用手机移动端采集系统辅助精准扶贫专题地理信息采集，一定程度上提高了外业采集的效率，但由于采集仍由测绘专业人员完成，专业人员的投入限制了采集效率、提高了采集成本。地理信息服务模式从单向的Web应用逐渐向交互式的双向协作转变[6]，为贫困户地理信息数据的外业采集提供了新的思路。外业数据采集不仅可以由测绘专业人员来完成，还可以通过一定技术处理后交由熟悉当地情况的扶贫工作人员来完成。

　　本文首先介绍了精准扶贫专题地理信息采集的内容，随后对传统信息采集方式和本文提出的新的采集方式就采集主体、设备等方面进行对比，最后设计开发了信息采集原型系统，并结合宜昌市、襄阳市等地区扶贫实例验证了新方案的优越性。

　　1 采集内容

　　为实现2019年精准扶贫脱贫总目标，湖北省提出开展精准扶贫专题地理信息采集工作。精准扶贫专题地理信息包括贫困户地理空间信息及相关标识信息。地理空间信息即贫困户的房屋位置坐标，主要通过外业手段进行采集，采用CGCS2000坐标系。相关标识信息包括贫困户基本资料(户主姓名、身份证号等)，由湖北省扶贫办公室提供。

　　2 采集方案

　　2.1传统采集方案

　　传统测绘外业采集模式由测绘专业技术人员携带作业底图、手持BDS(北斗卫星导航系统)/GPS接收机、照相机等赴各贫困户住地进行地理数据实地采集。作业底图一般为覆盖采集区域的最新高分辨率纸质影像地图，手持BDS/GPS接收机用于实时卫星空间定位，数码照相机用于拍摄贫困户房屋照片。纸质作业底图和手持BDS/GPS接收机也可由外业采集平板电脑代替。为提高工作效率、减少外业工作量，由熟悉当地地理情况的扶贫工作人员事先在高分辨率影像底图上标示辨识度高的贫困户位置，只对影像图中无法标识位置的安排实地采集。实地采集时，作业员利用BDS/GPS接收机获取地理坐标，并拍摄照片存档。外业采集完成后进行内业汇总整理入库。

　　2.2新型采集方案

　　新型方案即“非测绘人员+智能手机”的采集方案。鉴于目前带有卫星定位功能的智能手机普及率高，利用智能手机可以轻松快速地获取地理坐标并进行共享。因此，可由测绘部门根据数据需求开发贫困户地理信息移动端采集系统，省扶贫办公室组织安排采集任务并下发该系统，当地扶贫工作人员安装该系统并接受系统的使用培训。培训完成后，根据当地实际采集任务安排采集人员。在实地采集时，只需在目标位置进行简单操作即可利用卫星定位功能获取贫困户坐标信息，自动生成贫困户信息记录并通过移动网络实时上传至服务器。服务器接收数据后，通过后台的数据检查模块核实后自动入库[7]，如表1所示。

　　表1从采集主体、采集设备等方面对比了传统采集方案和新型方案。

　　3 精准扶贫专题地理信息采集原型系统

　　结合地理信息新型采集方案，本文设计开发了适用于Android和IOS平台的贫困户地理信息采集系统。系统由两部分组成，贫困户地理信息外业采集终端子系统和贫困户地理信息管理服务端子系统。

　　3.1物理架构

　　外业采集子系统综合利用BDS/GPS、移动基站等定位技术获取贫困户地理定位[8-9]，采集人员通过分配的区域安全码下载本采集区域的所有贫困户身份信息，并结合贫困户信息确定贫困户地理位置，利用移动终端的摄像装置对实地拍照以获取实地影像信息，系统自动对要求保存的记录进行常规性检查。采集人员完成采集任务后，将相关信息(贫困户主姓名、身份证号、贫困户经纬度坐标、实地照片、贫困户所属行政村、信息采集时间、信息采集人员姓名等)上传至服务器。贫困户地理信息管理服务端子系统接收数据并自动进行数据检查入库，检查有误的数据即时反馈给发送该记录的移动终端要求进行核实并重新上传正确数据[10]，图1为该原型系统的物理架构图。

　　3.2功能设计

　　贫困户地理信息外业采集子系统部署于移动终端，由外业采集人员使用。系统主要提供天地图湖北在线地图显示、空间定位、点位标注、轨迹记录、贫困信息编辑与修改、照片拍摄等功能，并通过数据上传和信息反馈模块与贫困户地理信息管理服务端子系统进行通信[11]，如图2所示。

　　贫困户地理信息管理子系统部署于“楚天云”服务器，主要负责上传数据的字符有效性检查、自动入库、质检信息记录及反馈、查询及统计、输出、用户管理等，如图3所示。

　　数据上传入库后，利用内业编辑软件进行内业处理，将外业采集的贫困户坐标点与最新影像进行叠加，从而进行点位检查校正，最终确保每个贫困户位置点都能准确地落入所在房屋范围内。

　　通过本系统采集和处理的地理数据，可以满足各精准扶贫信息指挥管理系统的空间数据需求，同时经过解密处理后也可与天地图湖北在线服务数据集中的数据融合提供在线地理信息服务。另外，根据实际需求，通过在帮扶责任人员手机上安装贫困户地理信息外业采集子系统，定期或不定期对贫困状态信息进行记录可帮助跟踪扶贫脱贫状态;经过许可后对帮扶人员行动轨迹进行记录，建立帮扶工作时空数据库，可协助了解帮扶人员工作实施情况[12]。

　　4精准扶贫专题地理信息采集案例

　　为了进一步结合实际案例验证新型地理信息外业采集方案的优越性，以及地理信息采集原型系统的可靠性，分别以实验一(宜昌市长阳土家族自治县高家堰镇向日岭村)、实验二(襄阳市保康县精准扶贫试点)为例展开分析。其中，实验一主要对比了新型与传统方案在实际应用中的效果;实验二进一步验证了本文原型系统在大规模精准扶贫专题地理信息采集中的高效性。

　　面向精准扶贫的专题地理信息采集方案研究相关期刊推荐：《地理空间信息》(双月刊)创刊于2003年，是由湖北省测绘局主管，湖北省测绘行业协会、湖北省测绘学会主办，湖北省基础地理信息中心承办的测绘专业科技期刊。本刊主要以促进科学技术交流、繁荣测绘学事业、服务测绘工作为宗旨，遵循规范办刊、特色办刊的理念，竖立确保刊物质量，走服务、创新道路的思想。作者、读者群来自国内外测绘业、地理信息产业、地图科学等院校、科研单位、测绘公司等生产一线单位之中。

　　4.1实验一

　　宜昌市长阳土家族自治县高家堰镇向日岭村面积28.6km2，贫困户95户。当地地形复杂，主要为山区。

　　1)传统方案。外业采集开始之前由熟悉地理情况的当地扶贫工作人员在高分辨率影像底图上标示辨识度高的贫困户位置，其他在影像图中无法标识位置的则安排实地采集。外业采集人员安排6人(包含3名测绘专业人员和3名熟悉当地地形的扶贫工作人员)，分为3组，每组由1名测绘专业人员和1名当地村干部或熟悉当地地形的扶贫工作人员组成，携带影像底图、手持GPS接收机1台、对讲机1台、数码照相机1台展开工作。工作安排为白天调绘，夜间汇总整理采集的数据，共耗时2d完成采集任务。

　　2)新型采集方案。外业采集人员安排6人(包含1名测绘专业人员和5名熟悉当地地形的扶贫工作人员)，小组分为5组。采集前安排1名测绘专业人员对扶贫工作人员进行培训，采集时扶贫工作人员分为5组，每组安排1名熟悉当地地形的扶贫工作人员，每组携带1部智能手机，无其他专业设备资料。采集小组完成采集任务共耗费2h。以外业采集8h/d、5组/d、1人/组计算，则每天可完成380户贫困户地理信息采集。由于全省行政村的贫困户信息外业采集任务可并发进行，以采集系统支持并发数500人/s，每天派出工作组500组计，可完成38000户地理信息采集。

　　3)分析及结论。在完成本实验相同工作量的前提下，传统模式所需的时间是新型模式的8倍，而需要的测绘专业人员人数却是新型模式的3倍。显然，对于精准扶贫这种大规模的专题地理信息采集，新型方案能显著提高外业采集的效率，有效节省经济和时间成本。

　　4.2实验二

　　襄阳市保康县面积3225km2，贫困户29712户，且大部分为山区。采集前，由省扶贫办以县为单位组织集中培训。实地采集以行政村为单位，每村根据实际贫困户状况安排外业采集人员，每人携带1部预先安装好外业采集子系统的智能手机。按照作业要求，到达目标贫困户住所后，在目标位置的大门口进行定位，同时在房屋左右侧前方各拍摄一张照片。采集的数据可在网络信号稳定时进行上传。由于移动设备的定位精度限制以及外业采集时操作不规范而导致房屋坐标产生偏差，为进一步提高数据的精确度，需要测绘专业人员在外业采集后进行内业数据处理，以第一次地理国情普查影像为基础底图，参照房屋照片，将偏移的点位纠正至房屋屋顶范围内，如图4、5、6所示。

　　外业采集工作安排3d完成，截至到第三天晚上12：00，上传贫困户信息28390条，任务完成率95%，采集数据有效性达95%。内业数据处理以熟练工计，每人每天可纠正2000个点位，则29712个贫困户需4个人工作约4d。考虑内业可安排在技术支持的间隙中进行，因此整个数据采集时间(包括内外业)约为5d

　　5结　语

　　湖北省精准扶贫专题地理信息采集转变了测绘思路，改变常规测绘专题地理信息采集模式，将采集主体由测绘专业人员转换为行业工作人员，利用自动化智能化的信息采集手段，提高了工作效率的同时降低了生产成本，打破测绘专业人员和非测绘专业人员之间的界限，在扶贫行业领域内实现“人人都是传感器[13]”的设想，一定程度上验证了以VGI方式有效实现地理信息大数据快速分享和传播[14]的可行性。同时，作为政府部门主导的地理数据采集，能够与天地图•湖北有效衔接融合，丰富地理数据量，提高数据时效性。