基于Python的電子水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

白 雪，彭 晨

(云南省測(cè)繪工程院，云南 昆明 650033)

0 引言

天寶公司的DINI系列數(shù)字水準(zhǔn)儀具有精度高、讀數(shù)快、效率高等特點(diǎn)，深受廣大測(cè)繪作業(yè)人員的青睞。采用DiNi03水準(zhǔn)儀可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄、檢核數(shù)據(jù)，有效的減少人工報(bào)讀數(shù)據(jù)、聽記數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的作業(yè)流程，避免因人工記錄錯(cuò)誤造成的重測(cè)情況。在提高工作效率的同時(shí)，也達(dá)到了“少紙化”辦公，綠色作業(yè)的目標(biāo)。

DiNi03電子水準(zhǔn)儀雖然有著諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是仍然存在和國家標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)測(cè)量通用格式不相同的地方，主要為隨機(jī)軟件下載的電子記錄水準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)和現(xiàn)行國家規(guī)范格式不同，并且沒有與Cosa(科傻)平差軟件對(duì)接的數(shù)據(jù)。綜上所述，筆者利用Python語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)[1]，對(duì)天寶隨機(jī)數(shù)據(jù)軟件下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分離，轉(zhuǎn)換為武漢大學(xué)開發(fā)的Cosa(科傻)平差軟件通用數(shù)據(jù)格式并生成Excel標(biāo)準(zhǔn)水準(zhǔn)手簿格式。

1 原始數(shù)據(jù)格式

在天寶DiNi03電子水準(zhǔn)儀的儀器內(nèi)置程序中，有4種測(cè)量模式可供選擇[2]，分別為：BF(后前)、BBFF(后后前前)、BFFB(后前前后)、FBBF(前后后前)，其中在二等及其以上的水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)中，根據(jù)相關(guān)國家規(guī)范的要求，往測(cè)為后前前后，返測(cè)為前后后前，并奇偶站交替[3]。以二等水準(zhǔn)測(cè)量往測(cè)為例，數(shù)據(jù)記錄格式見圖1。

由圖1可知：①框中所表示的為天寶電子水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)記錄的流水作業(yè)號(hào)；②框中的信息反映了作業(yè)員在作業(yè)時(shí)，所建立的工程文件信息；③框中所代表的信息為本條路線的起始；④框中為觀測(cè)的順序；⑤框中為點(diǎn)號(hào)信息；⑥框中為天寶電子水準(zhǔn)儀的編碼信息，該信息在作業(yè)中取決于作業(yè)員的作業(yè)習(xí)慣，為非必須；⑦框中記錄了作業(yè)時(shí)間(此時(shí)間為水準(zhǔn)儀中的系統(tǒng)時(shí)間)；⑧框中為作業(yè)員在建立新的水準(zhǔn)路線時(shí)，所取得的線路名稱；⑨框中的信息為當(dāng)前測(cè)站的記錄順序，可以從該信息中判斷出此測(cè)站為奇數(shù)站或是偶數(shù)站；⑩框中為尺子的讀數(shù)；框中記錄的是水準(zhǔn)儀的視距信息。通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的解析，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)程序相關(guān)功能。

圖1 天寶DiNi03電子水準(zhǔn)儀原始數(shù)據(jù)格式Fig.1 Original data format of Trimble DiNi03 electronic level

2 編程思路

程序設(shè)計(jì)的基本思路，如圖2所示。

圖2 程序設(shè)計(jì)流程圖Fig.2 Program design flow

為達(dá)到行業(yè)規(guī)范，通過加載參數(shù)文件，將所測(cè)數(shù)據(jù)等級(jí)、測(cè)段信息、天氣、觀測(cè)者、觀測(cè)時(shí)間等信息展現(xiàn)在生成的標(biāo)準(zhǔn)電子手簿中，使用戶能夠在標(biāo)準(zhǔn)手簿中獲取所有測(cè)段相關(guān)信息。經(jīng)過實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中還需要對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差處理。為了能夠?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差處理，本程序最終生成武漢大學(xué)研發(fā)的Cosa(科傻)平差系統(tǒng)能識(shí)別的“*.in1”平差文件。

3 Python編程實(shí)現(xiàn)

3.1 用戶界面的實(shí)現(xiàn)

用戶界面主要用于實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)文件和參數(shù)文件的選擇，并確定生成記錄數(shù)據(jù)文件的保存位置。

原始數(shù)據(jù)文件以及參數(shù)文件的選擇通過讀取文件絕對(duì)路徑進(jìn)行，通過讀取用戶選擇的文件夾絕對(duì)路徑與程序自定義的文件名稱進(jìn)行字符串組合，得到生成記錄數(shù)據(jù)文件的保存位置。原始數(shù)據(jù)文件及參數(shù)文件選擇完成，并確定生成記錄數(shù)據(jù)文件的保存位置后，點(diǎn)擊“開始”按鈕，程序?qū)?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析轉(zhuǎn)存。

3.2 參數(shù)文件處理

參數(shù)文件由用戶按照模板記錄于“*.txt”文件中，根據(jù)用戶所選擇的參數(shù)文件所在的絕對(duì)位置，打開參數(shù)文件，以“，”為分隔符，對(duì)所記錄的參數(shù)字符串進(jìn)行分割，按照等級(jí)，方向，儀器型號(hào)，儀器編號(hào)，天氣，風(fēng)向，風(fēng)力，土質(zhì)，呈像，觀測(cè)者，測(cè)量單位的順序，讀取參數(shù)信息，并存儲(chǔ)于列表中，以便后續(xù)寫入相應(yīng)記錄文件中。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

pf=open(parafile)

uline=pf.readlines()[1]

para=list(uline.split(′，′))

pf.close()

3.3 原始數(shù)據(jù)處理

3.3.1 原始數(shù)據(jù)讀取

原始數(shù)據(jù)保存于“*.dat”文件中，通過用戶所選擇的原始數(shù)據(jù)文件絕對(duì)位置，打開原始數(shù)據(jù)文件，并按行讀取原始數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于列表中，以便后續(xù)解析處理。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

of=open(odfile)

datas=of.readlines()

of.close()

3.3.2 原始數(shù)據(jù)解析

天寶電子水準(zhǔn)儀所記錄的數(shù)據(jù)中，根據(jù)不同數(shù)據(jù)特征可區(qū)分該行數(shù)據(jù)所記錄信息。主要的數(shù)據(jù)特征包括以下幾類：

1)字符串含有“Start-Line”：開始一條水準(zhǔn)路線；

2)字符串含有“End-Line”：結(jié)束一條水準(zhǔn)路線；

3)字符串含有“Rb”：后視數(shù)據(jù)；

4)字符串含有“Rf”：前視數(shù)據(jù)；

5)字符串含有“#####”：重測(cè)記錄數(shù)據(jù)；

6)字符串含有點(diǎn)號(hào)信息，并且不具有以上5種特殊標(biāo)識(shí)符：移動(dòng)至新測(cè)站。

讀取原始數(shù)據(jù)列表數(shù)據(jù)項(xiàng)，根據(jù)以上特征判斷原始數(shù)據(jù)項(xiàng)含義，并獲取相應(yīng)記錄信息存儲(chǔ)于列表中。原始數(shù)據(jù)項(xiàng)含義對(duì)應(yīng)記錄信息，如表1所示。

表1 原始數(shù)據(jù)項(xiàng)含義對(duì)應(yīng)記錄信息表

其中，當(dāng)數(shù)據(jù)項(xiàng)表示為結(jié)束一條水準(zhǔn)路線時(shí)，時(shí)間信息為使用程序的日期。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

dt=datetime.datetime.now()

time=str(dt.year)+′年′+str(dt.month)+′月′+str(dt.day)+′日′

原始數(shù)據(jù)結(jié)束一條水準(zhǔn)路線時(shí)，程序?qū)⒂涗浽摋l水準(zhǔn)路線的列表傳入信息寫入模塊，將數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的記錄手簿文件及平差文件。

3.4 信息寫入對(duì)應(yīng)文件

3.4.1 記錄手簿格式寫入

記錄手簿包括用于測(cè)量信息的表頭，用于記錄測(cè)量數(shù)據(jù)的表格，以及用于記錄測(cè)段計(jì)算數(shù)據(jù)的結(jié)尾。為方便用戶閱覽且輸出美觀，設(shè)置打印紙張大小為A4紙，每一頁均輸出表頭，至多輸出13個(gè)測(cè)站數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)輸出完成后，輸出結(jié)尾。由于測(cè)站數(shù)量不固定，表格與測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行同步輸出。

為便于輸出，將記錄手簿格式分為表頭，表格以及結(jié)尾分別存儲(chǔ)于3張模板表格中，寫入時(shí)按需求分別調(diào)用。根據(jù)模板，設(shè)置輸出記錄手簿的Excel文件單元格格式。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

for i in range(1，nrows+1):

for j in range(97，97+ncols+1):

n=chr(j).upper()

a='%s%d’ % (n，(i+number))

b='%s%d’ % (n，i)

ws[a].border=copy(rs[b].border)

ws[a].alignment=copy(rs[b].alignment)

ws[a].font=copy(rs[b].font)

ws[a].value=copy(rs[b].value)

3.4.2 記錄手簿數(shù)據(jù)寫入

表頭信息由參數(shù)文件及部分原始數(shù)據(jù)得到，根據(jù)記錄手簿格式，將相應(yīng)信息填入對(duì)應(yīng)單元格中。表格中觀測(cè)數(shù)據(jù)由原始數(shù)據(jù)列表中輸出，視距差、累計(jì)差、高差、讀數(shù)差由原始數(shù)據(jù)計(jì)算得到，并填入對(duì)應(yīng)單元格中。測(cè)站數(shù)據(jù)輸出完成后，對(duì)測(cè)段的累計(jì)前距、累計(jì)后距、累計(jì)視距差、累計(jì)高差、測(cè)段距離進(jìn)行計(jì)算，并輸出結(jié)尾。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

sjc=((float(datas[i][4])-float(datas[i][8]))+(float(datas[i][5])-float(datas[i][9])))/2

sjc=round(sjc，5)

sjc=round(sjc，4)

acc_s=acc_s+sjc

acc_s=round(acc_s，4)

gc1=float(datas[i][6])-float(datas[i][10])

gc1=round(gc1，5)

gc2=float(datas[i][7])-float(datas[i][11])

gc2=round(gc2，5)

dsc_h=(float(datas[i][6])-float(datas[i][7]))*1000

dsc_h=round(dsc_h，2)

dsc_q=(float(datas[i][10])-float(datas[i][11]))*1000

dsc_q=round(dsc_q，2)

dsc=dsc_h-dsc_q

dsc=round(dsc，2)

gc=(gc1+gc2)/2

gc=round(gc，6)

gc=round(gc，5)

acc_gc=acc_gc+gc

distance=distance+float(datas[i][5])+float(datas[i][9])

dis_h=dis_h+float(datas[i][5])

dis_q=dis_q+float(datas[i][9])

distance=distance/1000

dis_h=dis_h/1000

dis_q=dis_q/1000

3.4.3 平差文件寫入

平差文件記錄每一條水準(zhǔn)路線由起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的高差和距離。實(shí)現(xiàn)代碼如下：

gc=str(′%.5f′ % gc)

distance=str('%.3f’ % distance)

f=open(file，′a′)

f.write(spoint.ljust(8)+′，′+epoint.ljust(8)+′，′+gc.rjust(11)+′，′+distance.rjust(6)+′ ′)

f.close()

4 程序運(yùn)行

程序運(yùn)行完成，由原始數(shù)據(jù)文件*.dat輸出相應(yīng)記錄手簿文件*.xlsx以及平差文件*.in1。

5 結(jié)束語

DiNi03電子水準(zhǔn)儀能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)記錄、核檢測(cè)量數(shù)據(jù)的功能，提高了測(cè)繪作業(yè)效率，但其隨機(jī)軟件下載的電子記錄水準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)和現(xiàn)行國家規(guī)范格式不同，也無法與Cosa(科傻)平差軟件對(duì)接。結(jié)合Python語言在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)，本文編寫了一個(gè)電子水準(zhǔn)記錄數(shù)據(jù)處理程序，將DiNi03電子水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)格式，并得到相應(yīng)平差文件，使其所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)在后續(xù)的使用中更加方便，大大的優(yōu)化了幾何水準(zhǔn)測(cè)量的作業(yè)效率，具有更強(qiáng)的實(shí)用性。