村镇水区实现高精度预算

作者：Le-Ax Water District 区域工程师 Travis Anderson

当我来到 Le-Ax Water District 工作时，工作人员刚刚完成了所有地上资产的 GPS 点收集工作。 利用俄亥俄大学地方政府管理和村镇发展研究所 (ILGARD) 提供的技术资源，Le-Ax 终于将所有部分整合在一起，并构建了正常运行的 GIS。 自此，维护它成为了地区的责任。

维护人员需要负责继续收集 GPS 点的任务。 由于他们负责安装水龙头、仪表和阀门以及修理和暴露管线，因此让工作人员收集资产位置最有意义。 我会定期将工作人员手持 GPS 装置中的新点导入 ArcMap。 工作流看起来很简单，但很快就清楚地发现过渡为由地区维护 GIS 并非易事。

两个明显的主要问题是工作人员对设备/软件的技术知识有限，以及手持设备获得准确信息所需的时间。 第一个问题通过为工作人员创建备忘单得到了纠正。 如果备忘单不能回答问题或不能刷新备忘，通常可以通过电话解决问题。 第二个问题已成为更具争议性的问题。 当工作人员准备回填维修区域时，负责收集点的人员需要等待手持 GPS 单元上的信息达到所需准确性。 此过程有时需要 20 秒；有时需要几分钟。 这让所有人都感到非常繁琐。

Le-Ax 通过手持设备缓慢地实施工作，而对于 GIS 来说，这一时期成效并不理想。 我们失去了工作人员的支持。 与此同时，应用程序迅速流行，所有人都开始使用智能手机。 在市场上搜索时，我发现了一个简单的移动应用程序，它通过将 shapefile 投影到航空影像背景上来进行使用。 手机的内部 GPS 将显示位置。 虽然其准确性不足，且设置坐标并不简单，但它确实可以运行。 当我向员工展示这个应用程序时，所有人对 GIS 的态度都发生了变化。 那是 Le-Ax 的惊喜时刻。 有用的工具触手可及，所有人都可以免费使用。

彼时，Le-Ax 无疑处于收集外业数据的过渡点。 当 Collector for ArcGIS 发布时，我知道未来我们将在外业使用 iPad ，而我只需要了解如何使用这个应用程序。在来到 Le-ax 之前，我对 GIS 知之甚少。 我所学的一切知识都是自学的。 我的很多知识都来自 Esri 的在线社区。 通过在 Esri 网站上进行搜索，我看到了用户和 Esri 支持人员之间的大量对话，这可以解答我的许多问题。 Collector 的在线教程提供了有关创建地图和在 Collector 应用程序中进行访问的指南。 一切如此简单。 完全实施 Collector 仅剩的难题是订阅 ArcGIS Online。 由于我们已经拥有 ArcGIS for Desktop Basic 许可和年度维护订阅，因此 Esri 为我们提供了一个免费的 ArcGIS Online 帐户。 在阅读了有关创建在线地图并在组织内进行共享的基础知识之后，我开始上传图层并在 ArcGIS Online 中重新创建我们的桌面 GIS。 在我了解概念后，我仅花了大约 30 分钟，便成功将桌面 GIS 重新创建为在线版本。

创建地图后，我们就可以使用 iPad 测试 Collector 的功能。 作为外业专用应用程序，Collector 与 ArcPad 类似，但更易于使用。 它非常直观。 蓝色圆圈显示了 GPS 接收器位置，顶部是一个非常实用的工具栏。 要访问图层，仅需点击图层符号，下拉列表就会显示地图中包含的图层。 可以通过点击顶部工具栏上的照相机图标来拍照，然后指向并单击。 完成后，单击 "提交" 按钮。 所有内容随即更新并安全地存储在 ArcGIS Online 中。 我甚至无法强调 Collector 的易用性。

对 Collector 经过深思熟虑后，我仍然有两个主要问题：连接性和准确性。 位于俄亥俄州东南部的雅典县并不是想象中蜂窝信号蓬勃发展的大都市。 当然，沿主要高速公路可能有数据连接，但我们是村镇水域。 我们为覆盖四个县 500 英里供水管线上近 7,000 个水龙头提供服务。 我们在杳无人烟的地方设有供水管线。 其中许多英里的供水管线都远离数据连接。 如果要使用 Collector，我们必须能够在没有连接的情况下完成工作，即离线环境。 搜索了在线社区后，我知道 Esri 正在开发此功能，但我不知道它的运行方式。 我担心离线过程过于专业，而我们的员工无法使用。 如果每次去没有数据服务的区域时都需要进行设置，那我们就无法使用它。 当 Esri 发布具有离线工作功能的 Collector 后，它简直完美。 此过程基本上仅需两步。 我仅向我们的员工展示了一次如何使用此功能，此后再也没有人需要寻求帮助。

我最后担心的是准确性。 我们喜欢将 iPad 与 Collector 配合使用的全过程。 我们拥有了外业就绪型工具和应用程序，其功能远远超过了我们前几年使用的手持设备。 我们的工作人员现在可以接收电子邮件、查看天气状况并接收天气警报、将图片从外业发送回办公室，并可以选择使用其他应用程序。 此外，当数据连接可用时，即可轻松完成实时数据收集。 用户单击“提交”按钮，随即我在办公室查看的地图上立即出现了一个阀门。 这种体验非常惊人。 但是，即使有如此多的优势，如果我们不能达到一个准确水平，让我们能够在一个月或五年后定位阀门或供水管线，那么这一切都将是徒劳的。因为这是所有这些工作的目的：定位资产，然后能够根据 GPS 数据返回该资产。 从一开始，我们就知道我们需要一个外部 GPS 接收器，而且其购买成本不低。 在对规格进行尽职调查后，我们选择了 Arrow 100 的亚米级性能。 实际上，在购买之前，我们曾租用了几天接收器，以使用 Collector 和 iPad 进行测试。 我们之所以购买 Arrow 100 的三个主要原因是:它已获得 Apple 认证，可与 iPad 配合使用；它具有 1 类蓝牙传输（即更大的连接范围）；除了接收器提供的校正服务外，它还可以连接到俄亥俄州交通部 (ODOT) 实时运动 (RTK) 网络并实现超高精度。 再加上接收器连接卫星的速度（<60 秒）及其对收集点的快速响应，我认为我们终于完成了拼图的最后一块。 等待 30 秒才能获得点的情况终于结束。 现在，仅需单击按钮，即可获得点。

Esri 发布的 Collector 10.4 包括对高精度外部接收器的支持，这为已经很出色的应用程序画龙点睛。现在可以捕获元数据并将其传递到属性表。 能够查看并记录每个要素的数据准确性可以建立对流程和员工的信心。 它还允许您验证设备的性能。 如果准确度水平似乎不高，而您需要近距离查看地图上的点，也许您会注意到干扰信号的大片松树，或者，如果这些点位于开阔的外业中，您就需要检查设备了。

另一个被证明有价值的功能是允许基准面转换的校正配置文件设置。 许多县和州的数据都使用州平面坐标系。 在俄亥俄州，我们的交通部门在 NAD83 上设置了校正服务。 为了正确使用它，我需要转换基准面以确保所有内容都匹配。 完成此设置后，将立即进行校正。 这样可以实现极高精度的数据收集。

最后，我需要说一下预算。 每个人都有自己想要坚持的预算。 而且很容易在与 GIS 和 GPS 相关的项目上花费大量资金。 我不想购买价格高昂的外部接收器，而只是为了让它像其他两个手持设备一样被束之高阁。 所以我们谨小慎微，并因此举步维艰。 我相信最终，我们以相当合理的预算构建了一个非常好的外业解决方案。 如果购买具有亚英尺性能的接收器，我们可能需要花费三倍的价格，但我觉得在线收集精度 8 厘米和离线收集精度半米（最差情况）已经可以满足我们的要求。 我们寻找的资产包括一个大约 9 英寸宽的阀箱；一个16英寸宽的仪表坑盖；或至少 2 英尺宽的供水管线沟渠。 如果我们无法找到这些内容，则说明所用定位器就有问题。

最后，我们投资了大约 3,700 美元。 我们已经拥有 ArcGIS for Desktop Basic 许可的年度维护订阅，因此我们获得了一个 ArcGIS Online 免费帐户。 我们使用该帐户完成了初始测试并设置了我们的在线地图。 此后，我们购买了 ArcGIS Online 的五人许可，因此我们可以在外业部署多台 iPad，并允许办公室工作人员利用在线地图。 ArcGIS Online 的美妙之处在于组织内的所有人都可以访问您的所有地图。

我们对向这个全新外业解决方案过渡的整个过程感到非常兴奋。 凭借外部 GNSS 支持，Collector 让我们可以轻松地完成这一过程。 如果有其他水务公司正在考虑与我们类似的发展方向，我会鼓励他们这样做。 作为俄亥俄州村镇水务协会的成员，我知道这里有许多小型水务公司和村镇并不了解如何开始使用 GIS。 它可能难以掌握且价格昂贵。 但是 GIS 初学者绝对可以掌握它，甚至是在预算范围内。 您不必立即过渡并购买外部 GNSS 接收器。 仅需使用价格 400 美元或 500 美元的平板电脑下载 Collector，然后了解一下您可以执行的操作。 您不必在顾问身上花费数千美元。 甚至不必担心存储和备份数据。 一切均已就绪。 所有的工具您都触手可得。 您只需要迈出第一步。

作者：Le-Ax Water District 区域工程师 Travis Anderson