航测外业调绘系统的设计研究

(重庆市勘测院,重庆 400020)

张燕∗

航测外业调绘系统的设计研究

(重庆市勘测院,重庆 400020)

随着测绘技术的迅猛发展，测绘内业处理已全面进入数字化阶段，但是外业工作依然采用传统的调绘方法，导致不能满足地理信息数据的快速更新提取的需要。数字化调绘是航测外业的必然方向。本文主要介绍了基于MicroStation软件的外业调绘电子系统，提出了全数字野外调绘的硬件和软件解决方案。

外业电子调绘；MicroStation；平板电脑

1 引 言

测绘的数字化生产涵盖了全数字摄影测量的数据处理、编辑整理入库,但绝大部分的技术都是从内业角度考虑,忽略了内业和外业的整个流程进行系统性研究,尤其没有重视对外业生产手段进行根本性改变。不少测绘单位在野外调绘中仍旧沿用传统的纸质作业方式,携带冲洗的航摄放大片或者正射影像,外业进行标绘,回到内业再用小笔尖沾涂料清绘整饰。这样的操作方式不仅损失精度,还使数据交换困难,工序繁杂,作业量大。尽管有部分单位使用PDA实现了调绘环节的数字化,但是受PDA硬件设备的局限性,对大数据量影像存储以及操作性能都不能满足生产需求。部分公司推出了基于平板的电子调绘系统,但测绘单位若直接引入此类系统,必然会面对内业和外业两个不同的操作平台,两套作业方案的问题,由于内外业数据格式或数据规范不一致,产生内外业数据来回转换工作量,带来数据风险。纸质的作业载体已经完全不能适应航测内业数字化的生产模式,也严重的影响航测生产的工作效率。航测外业工作的数字化已经刻不容缓。本文对外业调绘数字化需要解决的硬件和软件问题以及调绘系统功能进行了阐述,提出了基于平板电脑的数字化调绘解决方案。

2 硬件选择

随着计算机科学技术的发展,数字化航测野外作业的硬件设备已有了很多选择,如笔记本电脑、PDA,平板电脑等。外业应用中,面对的是恶劣的环境与气候条件,需要跋山涉水,需要面对暴雨或酷日,这就对硬件设备提出了严格的要求。笔记本电脑屏幕尺寸大、操作系统兼容性好、存储容量大,但存在便携性能差、野外稳固性低、野外操作不便的缺点。常见的PDA外业调绘设备虽然重量轻、便携性高,但是操作系统和软件的普适性和实用性不强；再则PDA存储容量有限,不能装载大量的影像文件；而且屏幕过小和强光下可视性差也是PDA的缺点。相比较而言,平板电脑具备了PDA的便携性,又兼顾了笔记本的较高的性能,更适合野外操作使用。

近两年平板电脑飞速发展,不少公司已就平板电脑的户外使用性能进行提升。通过对Getac E100、苹果iPad、富士通Q550、松下Toughpad四款设备的参数、性能等条件进行对比分析,结果如表1所示。

硬件性能对比 表1

经对Getac实机测试其特点如下:

(1)设备的稳固性、室外太阳强光下可读性,操控性,均能满足外业需要；

(2)电阻触控屏幕能实现高精度的准确定位,适合外业刺点定位操作；

(3)电池可拆卸,电池使用时间可达到5 h。

(4)设备操作系统为Windows 7,因此能直接支持和安装大量的软件,与内业设备软件直接对接,大大节约软件开发和维护成本；

(5)Getac已经有比较多的客户群体,其设备可靠性经过了市场检验；

(6)Getac的设备部件可定制。

(7)综上所述,最终确定采用Getac平板电脑作为航测外业调绘系统的硬件平台。

3 系统设计

3.1 系统架构

采用三层架构模式进行设计,如图1所示。分为基础平台层、数据资源层和业务功能层。

图1 系统架构

(1)基础平台层

系统搭建的基础支持。调绘系统运行于MicroStation V8。

(2)数据层

数据层是以系统需求为基础,参考相关行业标准和规范,应用地理信息技术,按照统一的标准,建立起来满足数字调绘系统应用的基础数据。

按照系统业务功能范围,系统必备的数据包括:用于GPS实时定位的影像数据或者道路线划数据；用于调绘底图的影像数据,内业采集地形数据,调绘采集编辑需要用到的要素符号库,线型库,属性库以及管理信息。

(3)业务功能层

实现系统相关的各种业务功能。根据系统的需求将各类应用分类为不同的模块组,对功能进行管理,为用户提供操作界面。

3.2 平板电脑与内业数据交换设计

外业调绘还需要注意的问题是内外业平台生产数据的无缝衔接。调绘系统与内业系统均基于MicroStation,成果的数据文件都是DGN文件,在文件格式的兼容性上不存在问题。但是若要实现数据不需任何转换就在两系统间通用,就需要统一内外业要素配置方案,保证两者数据结构和数据定义相同。因此,尽管内外业要素绘制方法有差异,操作命令不同,但对于同一种地形图要素,内外业必须采用相同的编码、层、色、线型、字体等属性进行数据存储。在航测生产中,内业系统包含了规范要求的所有地形图要素,但野外调绘需要表达的要素通常只是地形图要素的一部分,如植被、地名、电杆等。因此,在定义调绘要素配置时,要将调绘要素与内业系统的相应要素一一对应。数据最终的交换方式是:内业系统参考外业调绘DGN成果文件,然后通过系统自带的参考合并工具,将调绘成果合并到内业DGN数据文件,进行核实和利用,达到数据的无缝衔接。

3.3 系统功能设计

(1)调绘影像加载

调绘工作底图的精度直接影响到调绘成果的定位精度。小比例尺标准图框范围的TIF影像文件通常会达到几百兆,直接在外业平板上打开影像,等待时间常以分钟计,比较漫长。调绘系统中提供将影像进行预处理,建立金字塔,所有层级的影像金字塔存到最终生成的文件中。经过预处理的影像文件,只需要几秒即可以完成加载,同时影像浏览和缩放的速度也能瞬间完成。通过打开调绘影像图,系统自动新建调绘地形图文件,识别影像的坐标、分辨率信息,将影像作为底图参考到地形图中。

(2)要素采集

外业调绘涉及地形图要素的采集。对点、线、面、注每种要素的基本表达属性如所在图层、颜色、线型、线宽、字体、绘制方案等都需要给予定义。为保证内外业数据无缝衔接,调绘的要素属性设置与内业采集系统一致,使用同一套要素属性采集方案,保证成图要素的图面及构造与内业成果一致。同时,鉴于外业平板电脑没有鼠标和键盘设备,输入依赖于触笔,在程序中实现操作的差异化。

(3)平板操作支持

由于野外工作的特殊性以及平板电脑的特性,外业调绘系统的输入方式只能依赖于触笔,从操作方便性来说要比台式机鼠标键盘的操作方式差很多,触控笔的定位准确性也不高。为了提高触笔的操作体验和定位精度,在系统中,提供了在要素绘制过程中,支持触控笔移动定位点；支持作业员在系统中的手写功能。在界面设计上,为外业调绘增加快捷菜单,同时用记录下最近操作的要素,以便快速选择；同时对于一些操作功能也以工具栏按钮的方式提供,便于触控笔快速操作。针对触笔,还提供如要素汲取、点位微调、线面定长绘制、线面正交绘制等。

Getac E100键盘提供了0～9数字键,ESC键盘, ENTER键盘,Del键。在台式机中,MicroStation的要素绘制操作,鼠标左键表示输入点位,鼠标右键表示要素绘制结束。在系统中,为了提高触笔效率,利用键盘的ENTER键作为绘制结束键以及功能确认键。ESC键作为功能撤销键。

(4)GPS功能

由于航测调绘常常需要在区县或者偏僻的乡村进行,找路以及识别方向常常是比较困扰作业员的事情。系统根据平板电脑自带的GPS硬件,研发了GPS功能,获取当前的WGS84经纬度坐标,将其转换为当前的调绘坐标,以辅助作业员找到自己在图上的位置,同时自动记录下作业员的调绘轨迹,以便检查员查询。

布设于平板电脑的外业调绘系统如图2所示。

图2 调绘系统界面

4 总 结

使用数字化调绘作业平台后,数字工作底图可以在平板电脑上无级缩放,调绘的各种要素用统一定制的矢量符号进行精确定位表示,解决了纸质调绘片图面负载的问题；内业使用电子调绘片时,可以直接与采集的矢量数据套合判读,部分要素甚至可以直接使用,减少了内外业成果数据转绘过程中的精度损失,提升了工作效率。同时使用数字化调绘技术后,小雨天亦可作业,弱化了天气影响。目前,该系统已成功应用于重庆市1∶5 000地形图测绘项目,缩短了外业作业时间,提高了生产效率和产品质量,取得了良好的效果。

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The Design of Digital Field Annotaion System

Zhang Yan
(ChongQing Survey Institute,Chongqing 400020,China)

With the rapid development of surveying and mapping technology,office operation of geographic information has entered the stage of digital processing.But field work still uses the traditional annotated method,which can not fully meet the needs of quickly updating geographic information.The digital field annotation will be future direction of aerohotogrammetric field work.This article introduces the disadvantages of the tranditional field annotation,designs a digital field annotation system which is based on MicroStation,provides hardware and software solutions for digital field annotation.

digital field annotation；microStation；tablet computer

张燕∗

1672-8262(2013)06-93-03

P231.5

B

2013—04—27

张燕(1979—),女,工程师,主要从事GIS系统应用与开发工作。

“十二五”国家科技支撑计划(2011BAH12B07-03)