水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)處理接口程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高 杰，趙德軍，秦文振

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054）

水準(zhǔn)測量從外業(yè)數(shù)據(jù)采集到最終水準(zhǔn)成果，要經(jīng)過一系列復(fù)雜又繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程，作業(yè)效率低、勞動(dòng)量大。設(shè)計(jì)開發(fā)一款支持不同型號電子水準(zhǔn)儀的內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)接口程序代替部分人工作業(yè)，既能簡化水準(zhǔn)測量作業(yè)過程又能保證成果精度。

1 水準(zhǔn)測量作業(yè)現(xiàn)狀

水準(zhǔn)測量作業(yè)過程主要分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理兩大部分。水準(zhǔn)外業(yè)測量主要采用數(shù)字水準(zhǔn)儀配合掌上電腦（PDA）自動(dòng)記錄觀測數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)的完整性、連續(xù)性及各項(xiàng)限差，并進(jìn)行概算。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)，對算組按概算與平差程序格式要求準(zhǔn)備采用數(shù)據(jù)；與外業(yè)原始成果進(jìn)行“兩遍無誤”校對；上機(jī)解算并輸出最終水準(zhǔn)成果。

水準(zhǔn)測量作業(yè)過程繁瑣、工作量大、效率低下[1-3]。其流程如圖1虛線箭頭所示。

圖1 水準(zhǔn)測量流程圖

2 接口設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

接口要求能夠簡化水準(zhǔn)測量作業(yè)過程、提高工作效率，設(shè)計(jì)上既要考慮與現(xiàn)有內(nèi)、外業(yè)軟件連接，又要考慮能否準(zhǔn)確有效地代替人工作業(yè)。因此設(shè)計(jì)必須堅(jiān)持以下5點(diǎn)原則：

1）可連接性。接口是連接內(nèi)、外業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件的中間程序，必須能夠很好地與內(nèi)、外業(yè)軟件連接[4-6]。

2）準(zhǔn)確性。接口的使用不能影響最終水準(zhǔn)測量成果的精度。

3）容錯(cuò)性。水準(zhǔn)測量資料多樣，接口必須能夠排除差異，檢查資料完整性與正確性，輸出錯(cuò)誤報(bào)告。

4）可擴(kuò)充性。接口在使用的過程中，為滿足需求，其功能需不斷增加，設(shè)計(jì)上必須充分考慮升級和擴(kuò)充的可行性[7-9]。

5）兼容性。接口必須能夠支持不同型號的電子水準(zhǔn)儀器，能對不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

接口以每條路線為一個(gè)循環(huán)，計(jì)算出內(nèi)業(yè)處理所需數(shù)據(jù)，按要求排列、組合并輸出結(jié)果文件。

首先，接口從外業(yè)工程文件中提取信息，為測量等級、路線名、測段起止點(diǎn)編號、測站編號、儀器信息、標(biāo)尺信息、測站數(shù)、觀測方向、高差、距離、溫度、觀測時(shí)間等分別開辟變量或數(shù)組。其次，準(zhǔn)備重力值、儀器檢驗(yàn)、已知點(diǎn)、點(diǎn)之記等資料，接口根據(jù)測量信息在資料中搜索對應(yīng)的參數(shù)并寫入相應(yīng)的文件。最后，接口輸出起算高程、觀測高差、點(diǎn)位說明3個(gè)概算與平差所需文件，如采用數(shù)據(jù)、特殊情況、水準(zhǔn)標(biāo)尺長度改正系數(shù)計(jì)算表、起算數(shù)據(jù)表、錯(cuò)誤報(bào)告5個(gè)說明文件。接口整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 接口實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)分析與計(jì)算

采用數(shù)據(jù)按程序要求分別為起算高程、觀測高差、點(diǎn)位說明3個(gè)文件，主要包括：

1）點(diǎn)名、測段距離、測站數(shù)、測段高差。均從外業(yè)工程中提取。

2）起算高程。從已知點(diǎn)資料中讀取。

3）點(diǎn)位坐標(biāo)。水準(zhǔn)點(diǎn)大地經(jīng)緯度，從點(diǎn)之記資料中讀取。

4）觀測時(shí)間。往、返測開始及結(jié)束時(shí)刻。每一測段信息中必須包含該測段觀測開始及結(jié)束時(shí)刻，格式如“201205 150807 201205 150910”，分別表示觀測開始及結(jié)束時(shí)刻“年月 日時(shí)分”。外業(yè)觀測時(shí)，每一測站記錄一次時(shí)間，取第一測站與最后一測站時(shí)刻為測段的開始與結(jié)束時(shí)刻。

5）標(biāo)尺長度改正系數(shù)。根據(jù)標(biāo)尺信息，如“No.37881、No.37899”，從儀器檢驗(yàn)資料中提取對應(yīng)的信息，如檢定日期、有效期、測前測后米間隔長度平均值修正，求出一副標(biāo)尺米間隔長度平均值修正平均值。

6）重力值。實(shí)測重力值從重力測量成果中獲取。未實(shí)測重力的水準(zhǔn)點(diǎn)，其重力值由布格異常計(jì)算。

7）平均溫度。一測段包含若干測站，每一測站記錄一個(gè)溫度，取一個(gè)測段所有測站溫度的平均值為該測段平均溫度。

8）標(biāo)尺膨脹系數(shù)及檢定溫度。根據(jù)標(biāo)尺編號從儀器檢定資料中查取，不具備檢定條件時(shí)，采用因瓦材料在標(biāo)準(zhǔn)氣象條件下的膨脹系數(shù)α=1×10-6m/(m·℃)=1×10-3mm/(m·℃)進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)尺溫度改正計(jì)算。

3.2 輸出文件與格式

1）概算與平差所需文件：包括起算高程、觀測高差、點(diǎn)位說明文件。每條路線的開始與結(jié)束標(biāo)記符分別為lineN、END，其中N為路線號；路線中的每條測段單獨(dú)為一行，測段中各信息用空格符隔開；各項(xiàng)信息按一定順序存放在3個(gè)文件中[10]。

2）說明文件：包括采用數(shù)據(jù)、特殊情況、水準(zhǔn)標(biāo)尺長度改正系數(shù)計(jì)算表、起算數(shù)據(jù)表、錯(cuò)誤報(bào)告文件，說明計(jì)算中所采用的各項(xiàng)參數(shù)和出現(xiàn)的特殊情況，按技術(shù)設(shè)計(jì)要求格式排版。

4 接口應(yīng)用

本接口在中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)站一、二等水準(zhǔn)聯(lián)測等任務(wù)中試用，共處理一等水準(zhǔn)路線30余條、二等水準(zhǔn)路線20余條，170多個(gè)測段，計(jì)算距離共500多km。與常規(guī)作業(yè)相比，接口輸出的文件格式整齊、參數(shù)準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)項(xiàng)目完善，完全滿足內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理需求。兩套水準(zhǔn)測量最終成果精度一致，作業(yè)效率可提高一倍。使用接口作業(yè)與常規(guī)作業(yè)比較如表1所示。

表1 接口使用前后對比表

5 結(jié) 語

接口簡化了繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程（如圖1實(shí)線箭頭所示），減輕了工作量，確保了水準(zhǔn)成果精度，使水準(zhǔn)內(nèi)業(yè)作業(yè)效率提高了一倍，能夠很好地代替人工處理與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

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