測繪外業(yè)數(shù)據(jù)智能采集系統(tǒng)的研究與應用

田 萍, 唐桂彬, 閆愛軍

(楊凌職業(yè)技術學院， 陜西 楊凌 712100)

外業(yè)數(shù)據(jù)采集是數(shù)字化測圖的必要條件,也是非常重要但卻比較繁瑣的一項測量工作。傳統(tǒng)的測繪外業(yè)數(shù)據(jù)采集，以極坐標的方法，利用全站儀機載測量程序，直接記錄野外測量碎部點，測量完成后，將PC與全站儀連接，導出數(shù)據(jù)文件，再將數(shù)據(jù)文件與繪制的測區(qū)草圖結(jié)合，進行數(shù)據(jù)處理和圖形繪制。此方法對全站儀和記載程序要求不高，在全站儀有足夠的存儲空間的條件下就可以完成，但數(shù)據(jù)輸入比較繁瑣，工作效率較低。隨著各種電子手簿在測量中的引入，外業(yè)數(shù)據(jù)采集通過串口通訊，實現(xiàn)全站儀數(shù)據(jù)的記錄。雖然使輸入各種信息方便快捷，工作效率明顯提高。但有電子手簿連接線及連接接口容易出現(xiàn)故障、個人數(shù)碼助理 (PDA——Personal Dig-ital Assistant) 與實際外業(yè)施工應用環(huán)境不適合、儀器移動麻煩等缺陷，致使需要研究一種新的外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)彌補其不足之處。

1 智能全站儀采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設計

隨著市場對新產(chǎn)品的開發(fā)，智能型全站儀受到生產(chǎn)廠家的關注。南方測繪、賓得、拓普康等廠家相繼推出其智能產(chǎn)品——智能全站儀。智能全站儀有大面積觸摸 LCD 屏幕，有字母、數(shù)字及功能鍵等輸入按鍵，信息輸入方便快捷，通訊模式有多種選擇形式。數(shù)據(jù)可以通過串口、USB 以及藍牙模式進行傳送。繪圖操作系統(tǒng)采用微軟的 Win CE，不但具有極強的操作功能擴展性，而且操作者可根據(jù)自己的工作習慣開發(fā)適合自己的測量應用程序。由此可見，智能全站儀為提升外業(yè)數(shù)據(jù)的采集性能提供了必要的硬件和軟件條件。

本文研究的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計是在發(fā)揮智能全站儀自身功能的前提下，結(jié)合工作實際，通過語言編程、功能設置和開發(fā)，利用機載程序記錄測量過程中的設站點、前視點、后視點、儀器高、棱鏡高等屬性數(shù)據(jù)和導線測量及碎部測量的角度、邊長、地物編碼等各種原始觀測數(shù)據(jù)，使智能全站儀能夠按照測繪外業(yè)工作特點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過程的簡單化、方便化、準確化、高效化及改善外業(yè)數(shù)據(jù)采集操作的靈活性，減少觀測員的工作壓力。外業(yè)數(shù)據(jù)智能采集系統(tǒng)設計完成后，其功能主要包括地物類別、地物名稱、房屋層數(shù)等地物屬性信息的輸入，以及碎部點、三角高程、圖根導線等觀測數(shù)據(jù)的記錄和往返測高差閉合差、水平角左右閉合差、2C等指標的檢核。

2 智能全站儀采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的關鍵技術及實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)組織

在測量工作中，由于采集的數(shù)據(jù)量龐大，往往使得測量員的任務重，工作緊張，難于實現(xiàn)精準管理。因此，有序的組織數(shù)據(jù)成為一種必要的形式過程。有效的數(shù)據(jù)組織有利于測量員方便靈活的進行數(shù)據(jù)觀測，減少重復性工作的工作量，提高工作質(zhì)量和效率，尤其是可以提高野外大型測量工程的工作質(zhì)量和效率。

數(shù)據(jù)有效組織的關鍵是編制一個程序，根據(jù)特定的環(huán)境設定數(shù)據(jù)的存儲格式。這種格式形成后使數(shù)據(jù)的記錄有了統(tǒng)一的組織順序，這樣容易采集、記錄和數(shù)據(jù)與圖形的符合，減少人為造成的數(shù)據(jù)記錄失誤。如在外業(yè)觀測時，數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式為：順序號，測站點，儀高//設站。具體操作時，可以根據(jù)需要進行字母標記，如：順序號，測量點名，鏡高，H0、V0、S0、H1、V1、S1。字母的變化可以用來表示不同的含義，例如：H1、V1、S1記錄為0、0、0時，表示碎部測量；H1、V1、S1記錄不為0、0、0時，表示導線測量。測量點名也可以用不同的簡碼表示不同地物，例如：18代表一般房屋；19代表簡易房；20代表建筑房屋。數(shù)據(jù)的格式與編碼的應用，可以滿足不同測量項目(導線測量和碎部測量)的一起記錄，使數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)化和程序化，方便數(shù)據(jù)的管理。

2.2 數(shù)據(jù)的錄入與轉(zhuǎn)換

觀測數(shù)據(jù)的錄入在外業(yè)采集系統(tǒng)中尤為重要，其影響數(shù)據(jù)的有效儲存和工作效率。設計的外業(yè)數(shù)據(jù)智能采集系統(tǒng)可以提供有數(shù)字鍵盤界面和編碼鍵盤界面，根據(jù)輸入內(nèi)容的判斷可以自動完成界面之間的切換，大大方便野外數(shù)據(jù)的采集。

各種觀測數(shù)據(jù)和信息輸入完成后，系統(tǒng)需要建立相應的數(shù)據(jù)共享區(qū)并進行儲存。然后，利用Register Window Message進行函數(shù)注冊，建立數(shù)據(jù)交換區(qū)和互斥時間，再根據(jù)需要進行程序編程，完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。

2.3 數(shù)據(jù)存儲與傳輸

數(shù)據(jù)存儲時，利用機載轉(zhuǎn)化程序?qū)⒂^測數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為文本方式后進行最終保存，保存數(shù)據(jù)按照次序統(tǒng)一進行編碼，存儲的格式統(tǒng)一使用。

如測站設置數(shù)據(jù)：

1,2,1.45,112.258,372.392,482.896

定向數(shù)據(jù)：

2,3,0,182.4311,84.7594,17.0798,112.1423,218.2012,11.1798

碎部觀測數(shù)據(jù)：

3,A1,1.16,226.6301,89.1443,22.2461,0,0,0

存儲的數(shù)據(jù)，可以通過儀器的 USB 接口接 U 盤導出。內(nèi)業(yè)處理時，還可以直接在軟件中進行編輯、整合、運算等處理，比傳統(tǒng)的方式又快速又安全。

3 智能全站儀采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)的實際應用

3.1 數(shù)據(jù)的編碼與格式的確定

測量施工前，制定地物的屬性編碼(如表1)。屬性編碼時將使用頻率較高的地物盡量用易于輸入的編碼，采集數(shù)據(jù)的順序盡量與地物編碼號相協(xié)同。

表1 部分地物的屬性編碼

后視點需要盤左盤右讀數(shù)記錄的格式：

順序號，后視點名，鏡高，H0、V0、S0、H1、V1、S1

碎部點讀數(shù)記錄的格式：

順序號，測量點名，鏡高，H0、V0、S0、0、0、0

導線點測量數(shù)記錄的格式：

順序號，后視點名，鏡高，H0、V0、S0、H1、V1、S1

3.2 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化

測量實時錄入的觀測數(shù)據(jù)，需要按照轉(zhuǎn)化程序轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)庫的格式數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的程序如下：

(1)用API函數(shù)查找智能全站儀的低層伺服進程，如果查找不到，用CreateProcess進行創(chuàng)建。

(2)注冊伺服進程對話信息語句。

(3)建立數(shù)據(jù)交換區(qū)和互斥時間。

MapFile = INVALID HANDLE VALUE,NULL,PAGE READWRITE,0,sizeof(TSData),TSMAP);

{if(MapFile=INVALID HANDLE VALUE)(“創(chuàng)建數(shù)據(jù)交換區(qū)成功”)；Return;

// if (MapFile=0) (“創(chuàng)建數(shù)據(jù)交換區(qū)失敗”);FALSE;}

MapPointer=(TSDate*) MapView OfFile(MapFile,FILE-MAP-ALL-ACCESS,0,0,0)

{if(MapPointer=NULL);CloseHandle(MapFile); Return;

// if(MapFile=NULL);(“數(shù)據(jù)映射失敗”)；}

SynMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,TSMUTEX);

{if SynMutex= MapPointer；return；

// if MapPointer= NULL; CloseHandle(MapFile)；

// if MapFile= NULL (“建立互斥時間失敗”);FALSE;}

(4)設置模式和參數(shù)，進行數(shù)據(jù)交換

3.3 數(shù)據(jù)的儲存和輸出

測量數(shù)據(jù)的有效儲存和輸出，也是智能采集系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)。智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的記錄測量數(shù)據(jù)最終以文本方式進行保存，輸出的形式如下(部分內(nèi)容)：

1,2,0,0.0018,91.2588,34.1898,167.1200,281.1013,34.189

2,A1,1.16,226.6301,89.1443,22.241,0,0,0

3,A2,1.16,235.6601,89.1642,34.132,0,0,0

4,3,0,60.3030,84.3664,51.9122,107.3415,207.1321,39.8192

5,Z1,0,235.1128,75.1534,19.403,0,0,0

6,Z2,0,142.1291,88.3456,13.146,0,0,0

4 小 結(jié)

由于傳統(tǒng)的數(shù)字采集方法智能化程度不高，環(huán)境適應性較差，造成測繪人員工作繁重和效率偏低。在傳統(tǒng)數(shù)字采集方法的基礎上，利用現(xiàn)代智能全站儀的工作平臺，結(jié)合行業(yè)的工作要求，開發(fā)了智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要解決傳統(tǒng)數(shù)字采集方法的不足之處。

開發(fā)的智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是智能全站儀發(fā)揮數(shù)據(jù)智能采集強大優(yōu)勢的支撐條件，使智能全站儀在數(shù)據(jù)組織、錄入、轉(zhuǎn)換、存儲與傳輸方面變得方便、簡單、易于操作，不僅能高效完成外業(yè)數(shù)據(jù)的采集，還能檢核相關的限差指標以及自動平差計算，是進行控制測量和碎部測量的理想系統(tǒng)。與傳統(tǒng)測量數(shù)據(jù)采集方法相比較，智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使控制測量和碎部測量同時進行，大大提高了測量效率，具有明顯的操作優(yōu)勢。實踐應用證明，利用智能全站儀的智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，不但克服了傳統(tǒng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集模式的各種弊端，還使數(shù)據(jù)安全性和設備的環(huán)境適應性明顯提高。隨著智能全站儀使用平臺的不斷開發(fā)與開放，智能全站儀能的數(shù)據(jù)采集性能會更加完善。

參考文獻：

[1] 趙衛(wèi)常，魏征軍，曹志勇.全數(shù)字外業(yè)數(shù)據(jù)采集編碼方案[J].測繪科學,2011,36(5):207-208.

[2] 楊靖英,程相兵.基于智能全站儀外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].城市勘測,2011，(4):132-134.

[3] 周義高. RTK 和全站儀聯(lián)合采集數(shù)據(jù)應用有關問題的探討[J].工程技術,2011：34:55.

[4] 胡宣斌.全站儀在剖面測量中的應用及數(shù)據(jù)處理自動化[J].江西測繪,2007,(S)：63-65.

[5] 黃 軼,龔麗芳.基于 PDA 的地籍測量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].四川測繪,2003,26(3)：107-110.

[6] 周東衛(wèi).應用智能型全站儀與PDA掌上電腦實現(xiàn)CPⅢ數(shù)據(jù)自動化采集[J].鐵路勘察,2008,6:21-24.

[7] 趙 波,高樹江.掌上野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)及其關鍵技術[J].側(cè)繪工程,2001,10(2):32-35.

[8] 王 磊.廣州地鐵竣工驗收測量系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[J].地理空間信息,2008，(4):15-18.

[9] 李德龍.徠卡 DNA03 水準儀數(shù)據(jù)處理方案與實現(xiàn)[J].城市勘測,2009，(6):93-95.

[10] 黃遠宏.應用全站儀與PDA掌上電腦實現(xiàn)既有鐵路測量一體化原理探討[J].鐵道勘察,2007，(1):21-23.