CN105893579A - 基于智能手机的震害调查系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于智能手机的震害调查系统，属于震灾调查技术领域。该系统包括三个模块：手机端模块、网页端模块和数据库模块，手机端模块主要用于采集数据，网页端模块主要用于数据传输与展示、查看与管理、系统功能集成，数据库模块主要用于数据库搭载。手机端模块与网页端模块直接可以进行数据的上传与下载，网页端模块与数据库模块可进行数据库的写入与读取。该系统覆盖了数据采集、整理、可视化、信息共享等多个环节，大大减少了人工参与，实现了高效、便捷的建筑震害调查，为建筑震害调查提供了便捷、高效、智能的一体化工具。

Description

基于智能手机的震害调查系统

技术领域

本发明涉及震灾调查技术领域，特别是指一种基于智能手机的震害调查系统。

背景技术

在土木工程中，震害调查是指对房屋建筑、道路桥梁等基础设施在地震中受到的损伤进行实地调查，并对所获得的资料进行统计与分析的过程；从而对震害情况进行即时、准确的判断，为政府组织抗震救灾提供参考依据，为工程师进行结构抗震分析提供第一手资料。

在每次较大地震发生之后，政府往往会组织相关部门和学者前往现场调查震害，获得以房屋受损情况为主的震害数据，如最近发生的鲁甸地震、玉树地震、尼泊尔地震等。一些新的调查方式逐渐被运用到实际工作中，比如卫星测控、光学遥感、无人机拍摄；但难以获得每一幢房屋的具体震害指标，并且房屋震害等级的判断强烈依赖于调查人员的经验判断；因此，调查人员的实地走访，仍然是获得震害数据的最可靠，也是最常用的方式。

然而，调查人员由于缺乏有力的工具支撑，大多还是沿袭传统的数据搜集和整理方式：如纸笔记录下某一幢房屋的震害信息，用手机拍下现场照片，再用电子表格整理每天搜集的震害数据。这种方式主要存在以下三个大的问题：数据结构关联性低、数据分析人工量大、数据分享缺乏平台。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于智能手机的震害调查系统，为震害调查提供更为科学、便利的方法。

该系统包括手机端模块、网页端模块和数据库模块，手机端模块与网页端模块通过数据信号连接，网页端模块和数据库模块通过数据信号连接；其中，手机端模块包括数据采集模块、GIS模块、数据分析模块一和服务器模块，数据采集模块和GIS模块将数据信息传递给数据分析模块一，数据分析模块一将分析结果传递给服务器模块；网页端模块包括数据录入模块、GIS平台模块、数据分析模块二、管理员模块和辅助功能模块，数据录入模块和GIS平台模块将数据信息传递给数据分析模块二，管理员模块控制整个网页端模块。

该系统的手机端模块搭载在智能手机上。

数据采集模块用于采集房屋数据；GIS模块用于用户定位、轨迹记录、房屋标注、设置目标点、震害云图、添加标记等；数据分析模块一根据数据采集模块和GIS模块的信息进行分析，绘制震害等级分布饼图；服务器模块实现手机端模块和网页端模块的通讯。

数据录入模块用于将手机端模块传递的数据进行录入、创建房屋对象等，并将信息上传到数据库模块；GIS平台模块用于定位照片、房屋、手机端模块；数据分析模块二用于在数据库模块中搜索房屋信息以及生成和导出图表；管理员模块用于对数据库模块中的数据信息编辑和删除；辅助功能模块包括留言板、客服机器人、网页主题等，提供网页端模块的辅助服务。

该系统的具体功能如下：

(1)数据采集

1)多样化的数据形式：采集的信息包括文字、图片、音频、视频、地理位置、调查者草绘等震害调查常见的多种数据形式；

2)结构化的数据管理：能自动地将所采集的数据进行结构化地整理，而不必依赖人工进行归类操作；

(2)数据管理

1)大量数据的自动录入和整理：所采集到的数据不必再依靠人工逐条记录，而能够直接自动写入数据库；要满足海量数据的批量操作；在数据实体的保存上，也要能按照一定形式自动归档；

2)智能化的数据搜索：用户能够通过良好的交互界面，迅速定位所需要的数据，而不必手动翻阅查找；

3)分层次的管理权限：用户分为普通用户和管理员两类——普通用户可以查看数据，但不能删除数据；管理员既能查看，也能删除所有数据；以便于管理员删除无效信息，同时也防止恶意用户或用户过失操作对数据的影响；

(3)数据呈现与分享

1)用户友好型的数据呈现方式：不要将大量的原始数据呈现在用户面前，而是直接呈现给用户所需要的数据信息；

2)便捷的数据分享：无论是在北京的指挥中心，还是在一线现场的调查人员，都应该可以便捷地获取震害调查成果；

(4)GIS平台

1)用户定位：调查人员不仅要能迅速知道当前所处的地理位置，还需要了解具体的地址信息；换言之，不仅要从地图上读到当前位置，还需要知道自己在哪个县城、哪个村庄；

2)轨迹记录：用户能在地图上清楚地看到过去的调查轨迹；

3)调查队员的实时位置获取：指挥人员应该能读取到当前在一线作业的所有队员的实时位置，以便人员的组织管理。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

该系统利用智能手机移动应用采集震害数据，基于服务器数据库储存和管理数据，通过网页呈现与分享数据，三位一体；以房屋对象为中心，将图片、音频、视频、GIS数据有机整合，形成结构化的数据管理系统，很好地解决了现有震害调查方式存在的数据结构关联性低、数据分析人工量大、数据分享缺乏平台等三大问题。该系统覆盖了数据采集、整理、可视化、信息共享等多个环节，大大减少了人工参与，实现了高效、便捷的建筑震害调查，为建筑震害调查提供了便捷、高效、智能的一体化工具。

附图说明

图1为本发明的基于智能手机的震害调查系统的系统结构示意图；

图2为本发明系统的流程图；

图3为该系统的用户操作流程图；

图4为房屋对象添加界面截图；

图5为震害云图效果；

图6为App-Server数据上传算法；

图7为前后台通讯方法；

图8为面向房屋的关系型数据库设计；

图9为房屋标注。

其中：1-手机端模块；2-网页端模块；3-数据库模块；11-数据采集模块；12-GIS模块；13-数据分析模块一；14-服务器模块；21-数据录入模块；22-GIS平台模块；23-数据分析模块二；24-管理员模块；25-辅助功能模块。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的震害调查方式存在的数据结构关联性低、数据分析人工量大、数据分享缺乏平台等问题，提供一种基于智能手机的震害调查系统。

如图1所示，该系统包括手机端模块1、网页端模块2和数据库模块3，手机端模块1与网页端模块2通过数据信号连接，网页端模块2和数据库模块3通过数据信号连接；其中，手机端模块1包括数据采集模块11、GIS模块12、数据分析模块一13和服务器模块14，数据采集模块11和GIS模块12将数据信息传递给数据分析模块一13，数据分析模块一13将分析结果传递给服务器模块14；网页端模块2包括数据录入模块21、GIS平台模块22、数据分析模块二23、管理员模块24和辅助功能模块25，数据录入模块21和GIS平台模块22将数据信息传递给数据分析模块二23，管理员模块24控制整个网页端模块2。

如图2所示，是系统流程图，结合图3所示流程，以某大学校园建筑调查算例讲解基于智能手机的震害调查系统的具体实施方式。

步骤1，用户在web端注册，然后安装手机APP并登陆账号。

步骤2，房屋对象管理。可进行：(1)房屋对象添加，如图4所示，应用手机端模块1点击“添加房屋”按钮，进入房屋既有属性信息编辑界面，可通过下拉菜单或者编辑框输入相关房屋属性，包括：震害等级、结构类型、房屋类型、楼层数目、建造年代、经济状况、建筑面积、地址及备注，其中楼层数和建筑面积只支持数字形式的输入。创建房屋对象之后，系统自动将该房屋设为当前房屋；(2)房屋对象更新，点击“更新房屋信息”按钮，进入更新房屋信息界面，点击“更新”按钮即可实现房屋信息的更新；(3)房屋对象删除，进入“分析”模块，在每一项数据条上向左滑动，点击红色的垃圾箱图标，弹出确认对话框，点击“ACCEPT”之后完成删除。

步骤3，通过GPS获取房屋经纬度、地址信息。通过手机GPS自动记录用户位置、轨迹信息，完成步骤2所创建房屋对象的位置信息记录。App同时加载了百度地图与腾讯地图的API接口，利用前者强大的地图功能进行显示，利用后者优良的定位功能进行地址获取。

为了减少地图使用的流量消耗，App会自动进行离线地图加载。用户可以前往百度地图官网http://wuxian.baidu.com/map/map.html？from＝3052，根据手机型号选择某个城市的离线地图包，解压后，将后缀为.svc的文件放入手机SD卡-BaiduMapSDK-vmp-h文件夹下即可。

(1)GPS定位功能的具体实现方式为：创建一个Service，并实现百度地图BDLocationListener、腾讯地图TencentLocationListener的接口，以分别获得经纬度和地址信息；在App启动时，即开启服务；只要App的进程没有被用户关掉，那么这个位置监听的服务便会一直开启。经纬度的接收由百度地图接口方法onReceiveLocation(BDLocation location)获得。百度地图API将自动从GPS、基站、Wifi选择定位方式：户外为GPS，精度最高，通常在5m以内；室内通常靠Wifi获得。在启动百度地图定位服务时，可以设置坐标类型；由于App的地图平台是基于百度地图的，因此为了便于App直接在地图上定位，只是坐标类型为百度地图坐标；但在将数据上传至服数据库模块3时，需要将其转换为Web高德地图的国测局坐标。转换的方式有两种，一是通过百度地图的官方转换接口，需要在联网的情况下实现；二是通过非官方的转换函数，可以直接在本地实现。经过测试，第二种方式的误差基本在5m以内，转换效果已足以满足实际需求，因此本项目采用第二种。进入地图后，只需点击白色的小人，便缩放至用户当前位置。

(2)将房屋对象在地图上标注：将房屋根据其经纬度在地图上标注出来，并根据震害等级选择不同颜色的Marker——与网页端模块2的颜色标注一致；并在点击Marker后，用户可以取消标注，可以查看房屋信息，也可以将其设为目标点。

(3)轨迹记录及绘制：每隔一段时间，当与上一点的距离超过某一阈值时，便将该点记录下来，写入本地数据库。点击菜单栏中的“绘制轨迹”，便可将轨迹绘制出来。

轨迹的绘制调用了百度地图API的OpenGL绘图功能，依次将轨迹点相连绘制直线。同时，在记录轨迹点的同时，App也将当时的时刻记录下来，用户可以选择是否在轨迹线上标明时间。

(4)“震害云图”功能，就像结构研究中常用的应力分布云图一样，按照震害等级的高低，在地图上用不同深浅的颜色标注出来，使得震害的区域分布情况一目了然；并且在地图的缩放过程中，云图也会相互融合，效果如图5所示。这里本研究主要使用了百度地图API的热力图功能：根据震害等级为每个房屋的坐标点设置权重；震害等级越高，受损房屋越多，该部位的权重就越高，颜色就越深。这样就不再孤立地看待单个房屋的震害等级，而是从区域的角度看来房屋震害的分布；具有较高的使用价值和一定的创新意义。

步骤4，数据采集。如图4所示，在手机APP的采集模块，可点击相应图标，进行拍照、录音和摄像。点击界面右上角的画笔图标，进入涂鸦板，可选择下方菜单中的颜色、粗细、橡皮擦、形状进行绘图；点击右上角的保存图标，即将草绘以图片的形式保存在当前房屋中，并弹出提示对话框。系统会将以上采集到的信息自动与当前房屋关联。

步骤5，将数据上传服务器。与服务器的通讯是App重要的一个模块，否则将只是单兵作战，达不到用户在Web上的实时定位和数据共享的预期效果。本研究采用了开源框架AsyncHttpClient，通过Get和Post的方式，向Web发送Http请求，并在Web端编写伺服器Servlet，响应响应的请求，从而实现App与Web间的通讯。

在传输数据时，传输文本与文件往往分开进行——因为文件上传时很难直接得到大量的文本信息；因此整个本地数据库的上传过程采取两步走的策略：先将房屋信息批量上传，写入服务器数据库；再将房屋对象所链接的图片、音频、视频上传。数据上传的算法如图6所示.

步骤6，服务器接收数据，将建筑既有属性信息(房屋结构类型、建筑面积、楼层数目等)与房屋相关联。

步骤7，系统将自动解析所接收图片的拍摄时间、经纬度、上传用户及上传时间。对于图片的地址获取，需要将图片的经纬度从后台传给前端的Javascript，用于向百度地图服务器查询地址信息；这里存在两个问题：一是地址的获取随网络环境的变化影响较大，只能在网络正常的情况下才能稳定使用；而是返回的时机是不可控的——后台并不知道前端能否返回，或何时返回。因此对于图片信息的数据库写入，本研究采集两步走的策略：先通过本地程序解析得到图片的基本信息，包括经纬度、拍摄时间等，写入数据库，并得到其ID；再将这个ID连同经纬度一起传给Javascript，成功得到地址信息后，再通过返回的ID更新照片对象，写入地址信息。

步骤8，将地理坐标转化为人文坐标。解析得到照片的经纬度后，要从地图的接口通过逆地理编码获得地址信息。由于Web端地图接口均通过Javascript实现，属于网页前端，而代码逻辑层的运作属于后台，所以需要实现前后台的通讯，前后台的通讯方法如图7所示；由于据格式不一致，后台逻辑采用的数据(主要是Java的String类)不能直接被Javascript所读取，需要将Java的数据格式转换为JSON，如下：

步骤9，通过MySQL建立面向房屋的数据库模块3。震害调查的首要关注对象是房屋，而文字、图片、音频、视频、GIS信息等是丰富房屋震害信息的重要来源；因此只需借助于关系型数据库，将它们关联到所描述的房屋对象，便自然形成了数据之间的逻辑关系。这种关系不仅符合现实中的实际对象与对象之间的关系，而且为后续的以房屋为中心的数据分析、数据检索提供了方便。因此，本系统的数据库模块3应该是一种面向房屋的数据库：以房屋对中心，在其他数据对象中设置外键，关联于某一确定的、并且唯一的房屋对象，从而形成结构化的震害数据库。

在MySQL中建立数据库模块3，主要包括Building(房屋)、Photo(照片)、User(用户)、Location(地点)、Comment(录音)、Video(录像)这几张表；它们之间的主要关系如图8所示。

其中最主要的有以下两对关系：

每个房屋对象拥有多个照片、录音、录像，而每个照片、录音、录像只能描述一个房屋，因此Building与Photo、Video、Comment之间均为1:N的关系；

每个房屋只有唯一的一个地点，一个地点(经纬度坐标确定的点)只能有一个房屋；因此Building与Location是1:1的关系。

其余对像之间同样存在关联，如User与Photo之间是1:N的关系，同样可以设置外键彼此关联，以检索以用户为搜索条件的所有照片。

步骤10，将信息和文件分别存储。

步骤11，对数据进行检索、删除和修改。在网页端模块2，点击“数据分析”中的“房屋信息”按钮，进入房屋对象检索页面。用户可根据多个条件进行检索，并可将检索结果导出为Excel表格。并且可以对已录入的数据进行删除和修改操作。

步骤12，将数据进行可视化展示。

(1)房屋标注，进入“GIS平台”中的“房屋定位”，单选或多选右侧的房屋对象，点击上方的“标注”按钮，即可在左侧的地图中标注出选中的房屋点击每一个标注，可显示房屋照片，如图9所示。

(2)用户定位，进入“GIS平台”中的“用户定位”，点击右侧的用户头像，即可在地图上定位用户，点击标注可显示用户头像。

步骤13，生成初步分析图表。进入“数据分析”中的“图表绘制”模块，用户可输入搜索地区，选择结构类型，得到该地区的各种结构形式的震害分布。

综上所述，通过以上算例，在Web和App这两个平台(即手机端模块1和网页端模块2)的使用情景中，传统震害调查的数据缺乏结构化、一体化、共享性的问题得到了有效解决；震害调查不再需要大量的人工劳动，工作效率大大提高，并且借助于智能搜索、图表分析、震害云图等新工具，震害调查有了全新的手段与思路。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于智能手机的震害调查系统，其特征在于：包括手机端模块(1)、网页端模块(2)和数据库模块(3)，手机端模块(1)与网页端模块(2)通过数据信号连接，网页端模块(2)和数据库模块(3)通过数据信号连接；其中，手机端模块(1)包括数据采集模块(11)、GIS模块(12)、数据分析模块一(13)和服务器模块(14)，数据采集模块(11)和GIS模块(12)将数据信息传递给数据分析模块一(13)，数据分析模块一(13)将分析结果传递给服务器模块(14)；网页端模块(2)包括数据录入模块(21)、GIS平台模块(22)、数据分析模块二(23)、管理员模块(24)和辅助功能模块(25)，数据录入模块(21)和GIS平台模块(22)将数据信息传递给数据分析模块二(23)，管理员模块(24)控制整个网页端模块(2)。

2.根据权利要求1所述的基于智能手机的震害调查系统，其特征在于：该系统的手机端模块(1)搭载在智能手机上。

3.根据权利要求1所述的基于智能手机的震害调查系统，其特征在于：所述数据采集模块(11)用于采集房屋数据；所述GIS模块(12)用于用户定位、轨迹记录、房屋标注、设置目标点、震害云图、添加标记；所述数据分析模块一(13)根据数据采集模块(11)和GIS模块(12)的信息进行分析，绘制震害等级分布饼图；所述服务器模块(14)实现手机端模块(1)和网页端模块(2)的通讯。

4.根据权利要求1所述的基于智能手机的震害调查系统，其特征在于：所述数据录入模块(21)用于将手机端模块(1)传递的数据进行录入、创建房屋对象，并将信息上传到数据库模块(3)；所述GIS平台模块(22)用于定位照片、房屋、手机端模块(1)；所述数据分析模块二(23)用于在数据库模块(3)中搜索房屋信息以及生成和导出图表；所述管理员模块(24)用于对数据库模块(3)中的数据信息编辑和删除；所述辅助功能模块(25)包括留言板、客服机器人、网页主题，提供网页端模块(2)的辅助服务。