基于PDA的地下管网野外数据采集系统

摘要：本文利用探测仪+掌上电脑（PDA）+全站仪或全球卫星定位系统（GPS）作为外业采集数据的仪器组合，抛弃了纸质记录的传统，实现外业全数字化数据采集。数据的采集、记录及处理由过去单纯人工操作发展到以计算机处理为主要手段的电子化和自动化操作，作业精度和工作效率都得到了大大的提高。

关键词：管线测量，PDA技术，数据采集

Abstract: this paper using detectors + PDA (PDA) + tachometer or global positioning satellite (GPS) as a field of the data gathering instrument association, abandon the traditional paper records, and realize the field full digital data acquisition. Data collection, the record and deal with the pure manual operation in the past to computer processing in as the main way of electronic and automation, the precision and efficiency homework have been greatly enhanced.

Keywords: pipe line measure, PDA technology, data collection

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

一引言

随着城市管理的信息化、现代化，城市地下综合管线信息在城市规划、建设、管理、日常生活方面发挥着极其重要作用，为城市的正常运转提供必要的基础保障。城市建设的日新月异要求城市地下综合管线的管理要全面信息化，要确保地下综合管线信息数据的现势性和实现动态化的管理，实时更新和补充数据库内容。目前，一些地区由于地下综合管线勘测方式原始、数据处理技术简单、管理方式落后、地下管线档案资料不准、不全和不现势，造成管线信息资源不共享，重复测绘现象严重。这些问题导致了城市规划管理操作上的盲目性和不准确性，直接影响了城市规划、建设、管理的科学性。甚至制约了城市的可持续发展。

针对以上问题，结合本地区实际需要，设计了一个城市地下综合管线内外业一体化测量技术方案，采用物探技术对城市地下管线进行探测和调查，利用掌上电脑（PDA）画管线略图并记录管线属性，实际采集管线特征点的三维坐标，然后建立管线数据库，实现内外业一体化作业。在最近几年，GPS(RTK)、电子全站仪的使用也进一步提高了数据获取速度和精度，目前，开始采用管线PDA作为探测信息记录电子手簿，进一步促进了数据前端数据采集的自动化。

二城市管网的特点

城市管网具有隐蔽性、复杂性、现势性、动态、信息量大等特点，准确理解城市管网特点是合理设计勘测和测绘方式和开发城市管网信息管理系统的重要前提条件。

三技术方案

PDA，英文全称Personal Digital Assistant。一般是指移动式便携式计算机。它几乎有一般家用电脑的所有功能。PDA轻便、小巧、可移动性强，同时又不失功能的强大，基于PDA进行数据采集更快、更容易、更准确，是野外测量成图一体化的硬件平台之一。

利用探测仪器（RD6000）探测管线，利用掌上电脑（PDA）画出管线连接草图并录入管线点属性，存储成DAT文件，利用GPS-RTK作控制测量，利用全站仪（Topcon7002）测量管点和管线的空间位置数据，将所得的三维坐标文件存储成TXT文件。应该注意的是草图中管点的编号应与全站仪测管线点的编号一一对应，以满足内业坐标匹配。内业首先将外业记录的属性DAT文件和三维坐标TXT文件导入到计算机中，根据测绘点号与记录点号的一致性，进行坐标匹配。这样外业草图便在管线点的属性不变的前提下，回到真坐标位置，同时，属性数据全部进入数据库保存。

最后可以对管网图做进一步的编辑整饰，完成最后成果输出。

四外业数据采集技术

城市地下管线信息的野外数据采集包括探查和测绘两部分。

城市的地下管线种类多、管网复杂、埋深较大，隐蔽地下管线的探测难度相对比较大，必须在方法技术和普查作业的管理上采取切实措施，以保证地下管线的普查探测质量。

探查之前首先进行调绘，即充分利用已有资料，协调各专业权属单位，对已埋设的地下管线进行资料搜集，分类整理，调绘编制现状资料。

探查是在现状调绘的基础上采用实地调查和仪器探查相结合的方法，查明地下管线的敷设状况，在地面上的投影位置和埋深、管线的相关位置及走向、地下管线的属性（如管线的类型、性质、规格、材质、埋设年代极其权属单位等）等，并在地面上设置地下管线投影中心标志和明显管线点标志，以提供下工序的依据。管线探查后形成管线调查数据文件[1]。即PDA数据文件，要求在PDA中绘制出管线连接略图，同时输入管线点属性。

测绘是在探查的基础上，利用全站仪根据管线点标志采集管线点的三维坐标，采集时应保持数据点号与记录表点号的一致性，应输入编码（可以在内业展点时自动绘出管点符号如各种井类符号）。管线点标志一般设置在管线特征点的地面投影位置或附属物的中心点上。管线特征点包括管线属性变化点、分支点、转折点、起止点、出入地点和预留口，管线附属物点包括：各种专业检查井、仪表井、地上消火栓和接线箱、变压箱的中心点。地面有检修井等附属物而能够看到地下管线的管线点称为明显管线点，而对地面没有标识的管线点称为隐蔽管线点。在特征点和附属物点的间隔较大的管线段还要设置“一般管线点”，使相邻两个管线点的间距不大于65m，以便对管线的走向进行控制。

外业管线的勘探与测绘技术较为成熟，仪器也比较先进，GPS-RTK在外业测绘工作中已广泛地应用。目前 RTK测量定位能够达到厘米级精度，完全满足管线图根点及管线点坐标的精度要求，但RTK测量受卫星分布、电磁干扰以及截止高度角等环境条件的限制，在困难地区，应采用全站仪解析法测量。数据采集的数字化已不再是难题。在一体化作业的外业工作中成功利用了掌上电脑（PDA）。当然，有的勘探单位外业工作选择笔记本电脑来作为外业数据采集时记录属性，与PDA比较起来，笔记本电脑携带不方便，移动困难，造价高。所以PDA是比较适合外业工作的。但如何在PDA上画出管线连接草图、对管线点进行属性录入并存储成内业数据处理平台认可的方式是处理外业工作的关键。

五PDA上管线探测野外记录软件开发

PDA上管线探测野外记录是一体化技术的关键技术，其工作过程为：

建立一个工程文件。

利用工具菜单中，画点的命令，添加管点，同时根据探测和调查的属性结果进行属性录入。

根据点位连接管线。同时可以对管线点和管线进行修改或删除。

在当日外业工作完成之后，导出数据。系统首先读取系统配置文件，生成包含空间信息的文件。

最后数据存储成DAT文件。

DAT文件存储格式中管线点（单点）格式为“序号，X，Y，点名，性质，材质，埋深，管径，根数，权属，建设年代，走向，备注，”

管线存储格式：“X1-Y1，X2-Y2，……Xn-Yn，”这里的“X，Y”为像素坐标（假坐标）。“，”表示前后两点相连。

其工程流程见图1：

内业处理把测绘成果（TXT）与勘查成果(DAT)导入计算机，在坐标匹配后，系统自动生成绝对坐标的管网图，利用在AutoCAD2008的平台上二次开发的功能进行数据处理，成图的编辑整饰。

六实验分析

以某小区地下管线竣工勘测为例，详细介绍地下管网野外数据采集方式。

6.1创建工程文件

在PDA中创建一个新工程文件，在勘探人员管线探查后，利用工具条提供的画点和画线的命令，输入管线点，然后利用属性管理器输入管点属性。同时画出连接草图，表示管线的走向及各种管线的相对关系，如图2所示。

在外业草图绘制正确无误，属性录入完毕之后，存盘成DAT文件，格式如图3所示。

需要注意的是，由于PDA的内存有限，在每次工作数据录入后要及时存盘，在关闭电源后，PDA的文件只能储存成DAT文件，而草图文件自动删除，以减少数据存储量。

图3存储文件中，管线点存储格式：“序号，X，Y，点名，性质，材质，埋深，管径，根数，权属，建设年代，走向，备注，”管线存储格式：“X1-Y1，X1-Y1， X2-Y2，X2-Y2，……Xn-Yn，”这里的“X，Y”为像素坐标（假坐标）。第一个“X1-Y1” 表示管线的起始坐标，第二个“X1-Y1” 表示与下一点连接 “ ，”表示前后两点相连。

6.2全站仪测绘管线点数据文件

外业全站仪测绘管线点数据文件格式可根据实际需要更改，如野外编码可根据实际需要设定。本文所需数据格式如图4所示。

图4中X001，为管线点点号；“X”表示下水；91959.793，为Y坐标；58347.535为X坐标；14.567表示该点位地面绝对高程；654野外测量地物编码，表示下水井。上表格式可以根据实际测量需要更改，如编码后可以加该点的连接方向。本设计中，因为在PDA中已画完了草图，管线连接方式、走向已表示清楚，坐标数据只是内业匹配用，所以没有必要表示连接方向。

6.3坐标点匹配

内业坐标点能够匹配的前提是勘查数据（PDA）与管线点测绘的数据（TXT）的相同点的点号一致，通过全站仪的测量坐标文件的点名和草图属性文件的点名匹配，根据草图属性文件的性质和系统配置文件的要求重新绘制管线图，并将属性录入数据库。形成真坐标管线图，在成图软件上进行编辑、整饰，如图5所示。

6.4成果最后输出图形文件和数据库文件

成果最后输出图形文件为DWG图表示管线的走向及连接关系，经过图廓整饰，可以打印输出。

七结论

基于PDA的地下管网野外数据采集系统实现了把外业数据采集设备与微机利用软件有机的结合在一起，形成从野外的数据采集到室内数据处理和成图自动化。实现了流程化的管网更新方案，这种方式有效的克服了人工计算、展绘带来的不必要的工作量，提高了作业效率，而且成果精度高、质量可靠，所体现出来的优势是传统测绘过程无法比拟的。新技术的发展应用，对推动和加速发展城市地下管线探测工作有着积极的意义。

主要参考文献

[1] 于海龙，王农，谢刚生. 城市地下管网信息野外采集到内业一体化成图作业方案的设计与实现[B]. 测绘通报，2001（1）

[2] 张玉洁.地下管网综合管理系统的设计与实现[D].大连:大连理工大学，2003.

作者简介：

赵全能（1964—），毕业于哈尔滨工程高等专科学校工程测量专业，工程师，现任鞍山市城乡规划设计院测绘队项目负责人。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。