蘇尚,崔航,方甲強,蘇衍坤
(1.信息工程大學,河南 鄭州450001;2.魯豫測繪濟南培訓中心,山東 濟南 250014)
測量數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)探討
蘇尚1,崔航1,方甲強1,蘇衍坤2
(1.信息工程大學,河南 鄭州450001;2.魯豫測繪濟南培訓中心,山東 濟南 250014)
分析了多種測量儀器的數(shù)據(jù)下載傳輸情況,探討數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。借鑒典型儀器LeicaWIs形式,設計了統(tǒng)一的測量數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)、構(gòu)建常用測量模式的數(shù)據(jù)模型、設計編碼和轉(zhuǎn)換規(guī)則,形成若干類型的數(shù)據(jù)塊。該探討對于保留獲取數(shù)據(jù)的過程信息用于評估數(shù)據(jù)的精度、可靠性,提高多儀器、多類型數(shù)據(jù)融合處理的自動化,成果數(shù)據(jù)的電子化管理具有意義。
測量儀器;數(shù)據(jù)模型;數(shù)據(jù)變換
電子測量儀器相對于光學儀器的特點之一是數(shù)據(jù)傳輸自動化,數(shù)據(jù)下載成為測量環(huán)節(jié)之一[1]。測量講求精度、可靠性、成果適用性和工作效率等。測量儀器、計算機、數(shù)據(jù)庫等應用,改變了測量模式和成果形式,改善了測量人員的工作條件[2],但是,不同廠家、類型的測量儀器,其數(shù)據(jù)格式不同,在數(shù)字化測繪中,多設備、多平臺、多渠道構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈交換信息、處理數(shù)據(jù)和應用成果時,需針對硬、軟件設備進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,常出現(xiàn)信息缺失現(xiàn)象,影響對測量精度、可靠性評估,影響獲取測量成果的速度和成果應用。為此,結(jié)合專題信息系統(tǒng)研發(fā)實踐[3],探討測量儀器數(shù)據(jù)格式的設計轉(zhuǎn)換。
早期,各型儀器數(shù)據(jù)下載采用不同的軟件。以國外典型儀器徠卡 (Leica)為例:GPS500系列衛(wèi)星定位儀、TPS700系列全站儀采用SKI-Pro;NA3003/2002數(shù)字水準儀采用LevelPark。后來,LeicaSurveyOffice、LGO及面向應用的專用軟件相繼出現(xiàn),但仍存在與使用要求不盡一致的方面。如:特殊環(huán)境下NA3003具有出色的精度和穩(wěn)定性[4],但隨機軟件難以生成符合我國規(guī)范的手簿。 NA2002保存標尺讀數(shù)和地面高程的位數(shù)至0.1mm,但地面高程卻是用儀器內(nèi)部一個較高精度的短暫的標尺讀數(shù)來計算;顯示和儲存值計算的結(jié)果,與標尺讀數(shù)后-前的數(shù)值比較,高程可能有零點幾毫米差別,此情況也存在于NA3003中[5];可能會影響高精度沉降觀測時的數(shù)據(jù)分析[6][7]。
近期,??怂箍翟谥袊鳪eoMax中緯生產(chǎn)的數(shù)字水準儀ZDL700,精度滿足二至四等水準要求,內(nèi)置多種測量模式和程序;RS232串口與PDA聯(lián)機數(shù)據(jù)通訊便捷,備選作業(yè)方式較多;將國家二、三、四等水準測量模式以機載程序方式內(nèi)置于儀器,算法、限差均執(zhí)行國家規(guī)范,但超限可提醒并允許用戶忽略超限值而繼續(xù)測量;線路結(jié)束時可給出閉合差或起止點高差,供測量員對線路測量質(zhì)量粗略總體評價;GeoMax PC Tools可將下載的等級測量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為野外手簿格式,生成提交測量成果[8];旗下測量系統(tǒng)公司、測量技術(shù)公司等為其儀器的開發(fā)應用提供服務。PC軟件GeoMax Office為中緯ZT20系列工程型儀器量身定做,內(nèi)置多種功能供選用,簡化用戶操作。ZT80全站儀有RS232接口、USB、藍牙等通訊方式。GGO(Geo Max Geo Office)可直接向配套的成圖、平差軟件發(fā)送數(shù)據(jù)。Zenith10/20/25GPS后處理軟件標配GGO軟件。但儀器手簿程序(GeoMaxSurvey)基于Windows Mobile 6.1系統(tǒng)。
國產(chǎn)儀器以南方系列為例[9]:早期,靈銳S82GPS采用藍牙傳輸數(shù)據(jù),配有中文之星。NTS-352等型號全站儀通常使用CASS數(shù)字制圖軟件(最新版9.1)下載數(shù)據(jù)。近期,NTS-962R等型號全站儀多采用Microsoft Activesync 4.5實現(xiàn)硬件連接驅(qū)動。
綜合來看,儀器隨機軟件均可實現(xiàn)本儀器數(shù)據(jù)下載和基本處理,但數(shù)據(jù)格式和信息損失程度不同;在多源數(shù)據(jù)融合、資料管理時,均存在信息損失、難以全面精準評估現(xiàn)象。儀器不可能完全適應變化的現(xiàn)實,最根本的解決方法,只能是掌握基本技術(shù),根據(jù)需要和現(xiàn)實情況整體統(tǒng)籌定制。這正是探討測量數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換的必要性和意義所在。
數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換涉及三個關鍵問題:⑴儀器設備硬件連接,包括物理硬件對應和驅(qū)動程序;⑵儀器數(shù)據(jù)格式識別,包括數(shù)據(jù)字段截取和字段意義;⑶各字段在新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的位置對應和數(shù)值格式變換。
針對硬件與驅(qū)動,文獻[1]介紹了串行通訊概念、全站儀與外設連接、全站儀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及通訊實現(xiàn)方法;各儀器隨機軟件可完成相應儀器的處理;我們也曾結(jié)合專題信息系統(tǒng)進行探討[3][10]。 目前, 硬件驅(qū)動趨于借用MicrosoftActivesync4.5程序,操作習慣、功能不全問題可結(jié)合二次開發(fā)彌補。本文重點探討問題⑵、⑶,目的是,盡可能保留數(shù)據(jù)獲取過程的信息,以用于評估數(shù)據(jù)精度、可靠性,便于電子數(shù)據(jù)管理,提高應用效率。內(nèi)容涉及傳輸轉(zhuǎn)換和成果管理應用過程,見圖1。
圖1 測量過程中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
基本解決思路:結(jié)合儀器數(shù)據(jù)的形成過程、測量模式、數(shù)據(jù)形式、元數(shù)據(jù)錄入和傳輸應用,設計通用的測量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(編碼),驗證集成程序模塊模型,主要討論儀器內(nèi)數(shù)據(jù)格式、儀器與計算機數(shù)據(jù)通訊、編碼設計與數(shù)據(jù)語義識別、數(shù)據(jù)格式變換等主要問題,以提高圖1各環(huán)節(jié)的自動化水平。
3.1 儀器內(nèi)的數(shù)據(jù)概念與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)格式以徠卡NA系列電子水準儀為基礎設計。經(jīng)分析,徠卡NA系列電子水準儀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為:數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)塊中;每數(shù)據(jù)塊(測量塊)由一些數(shù)據(jù)字節(jié)(data words)組成;每數(shù)據(jù)字節(jié)由固定長度16個字符組成;以WIs表解釋相應信息[5]。
設計的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):由字符構(gòu)成字符串,即字段;由若干個字段構(gòu)成字段序列;以序列表達測量數(shù)值和過程、備注信息;表達結(jié)構(gòu)固定。以水準測量為例,各字符位置、格式、意義見表1。
表1 數(shù)據(jù)字串的結(jié)構(gòu)(水準觀測)
測量塊(字段序列)由2至6個固定數(shù)據(jù)字段組成字節(jié)序列(theWordIndices),不能選擇單獨字段。見表2。
表2 水準測量所使用的字段序列
特殊編碼塊:測量方式和重測用特殊編碼標示,在字節(jié)第8位用“?”和“!”區(qū)別。見表3。
表3 水準測量過程特殊編碼舉例
數(shù)據(jù)記錄:標尺讀數(shù)等觀測數(shù)據(jù),地面高程等觀測結(jié)果,按類型存于獨立的塊中。示例見表4。
表4 水準測量數(shù)據(jù)塊示例
3.2 測量成果編碼設計與轉(zhuǎn)換
融合處理要求觀測數(shù)據(jù)反映出影響評定的信息。為此,以編碼來記錄設計的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)、測量過程。設計借鑒了點對區(qū)碼[11][12]概念。對連接兩點的矢量線段進行編碼,每個編碼有三部分組成:有連接關系的兩點點號Ai、Aj;Ai至Aj連線的左側(cè)信息;Ai至Aj連線的右側(cè)信息。編碼解決了測量計算中點串的自動搜尋和調(diào)序問題[10],將測線長、高差等作為左右側(cè)信息,可實現(xiàn)控制網(wǎng)組網(wǎng)數(shù)據(jù)自動搜尋。設計的測段、測線成果格式見表5。
表5 水準測量測段、測線成果格式
3.3 放樣測量
放樣與獲取實地數(shù)據(jù)的流程相反,是將設計數(shù)據(jù)(成果)傳輸至儀器,以用于在實地標定。設計數(shù)據(jù)的格式常為:點號,X坐標,Y坐標,高程H。水準放樣高程時,可只選高程。測量數(shù)據(jù)允許任何單位,如:mm、0.1mm、0.01mm,但每個放樣數(shù)據(jù)末尾字符必須是ASCII碼值32的空格。如:點號25、高程為400.1234的點,高程放樣時可寫成“110019+00000025×83..16+04001234×”或(點號,E,N,H形式):“110019+00000025×81..10+15370807×82.. 10+09521164×83..16+04001234×”。
有些儀器的記錄模塊是特制專用,如:徠卡NA系列,數(shù)據(jù)從計算機讀出,存入記錄模塊時需GIF10或GIF12讀數(shù)器;放樣數(shù)據(jù)從ASCII或者文本文件轉(zhuǎn)換成徠卡數(shù)據(jù)格式文件,使用GIF10轉(zhuǎn)換時,需要DOS程序“CONVTRAN. EXE”(需從供應商處獲?。?;使用GIF12轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)至記錄模塊時的軟件隨GIF12提供。且數(shù)據(jù)須以GRE格式安裝而不能以ASCII格式。放樣數(shù)據(jù)須放在記錄模塊文件的開始位置。若錯過要求的點號,或未在可識別的數(shù)據(jù)位置存入高程值,搜尋過程將中止并提示“沒有數(shù)據(jù)”[5]。
3.4 電子文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲策略
電子文件,廣義上是大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體。文件可按表頭信息、操作過程記錄、正文三部分來處理。將文件操作記錄到文件本體,可與文件服務系統(tǒng)一起構(gòu)成文檔雙保險[13]。利用本文的測量數(shù)據(jù)格式編碼,可由機器自動完成搜尋、提取、寫入相應信息?;玖鞒虨椋孩艂浞菰娮游臋n(紙質(zhì)資料圖像等)存入歷史數(shù)據(jù)庫[14]。⑵使用API函數(shù)提取變換文件信息。如:獲取文件創(chuàng)建、修改、存取時間(GetFileInformationByHandle)、文件時間轉(zhuǎn)換(GetTime ZoneInformation)、獲取文件系統(tǒng)時間(FileTimeToSystem)等[15]。⑶自動提取內(nèi)容參數(shù)放在文檔頭部以作文檔說明。⑷使用Line Input#、Print#語句進行txt文件讀取保存[15]。⑸按管理規(guī)則修改命名文檔和更新數(shù)據(jù)庫。⑹清理中間文件和存儲空間[15]。(檔案數(shù)據(jù)變換另文探討)。
3.5 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換驗證實現(xiàn)
利用計算機編程、數(shù)據(jù)庫等技術(shù),可將上述內(nèi)容編程實現(xiàn)。驗證實現(xiàn)的部分截屏圖見圖2。
圖2 實現(xiàn)驗證屏幕截圖
針對多源數(shù)據(jù)融合處理(管理)的需求,本文探討了測量數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。借鑒LeicaWIs,設計了統(tǒng)一的測量數(shù)據(jù)字節(jié)結(jié)構(gòu)、構(gòu)建常用測量模式的數(shù)據(jù)模型(塊)、設計編碼和轉(zhuǎn)換規(guī)則,設計信息提取和自寫入程序流程,從而為保留獲取數(shù)據(jù)的過程信息用于評估數(shù)據(jù)的精度、可靠性,提高多儀器、多類型數(shù)據(jù)融合處理的自動化,為成果數(shù)據(jù)的電子化管理提供技術(shù)基礎。
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編輯:馮惟榘
P204,P208
:A
:2095-7327(2015)-06-0039-04
蘇尚(1992-),男,山東鄆城人,主要研究方向:地理空間信息工程。