像控测量内外业一体化的实现与应用

夏 振，陈桥驿，黄永芳

（1.广东省国土资源测绘院,广东 广州 515000）

遥感是基于物体电磁波辐射和反射特性,运用传感器非接触式获取探测目标信息的一种现代技术[1-2]。像控测量是实现像点摄影坐标系到大地坐标系转换的关键环节,是摄影测量解析空三加密和遥感卫星影像几何纠正等领域的基本测量工作[3-4]。传统的像控测量需携带像控点的纸质照片或电子照片,通过链接CORS系统开展动态RTK测量或静态测量,在外业观测完毕并解算后尚需整理诸多表格、像控点环境照片和制作像控测量上交资料成果等,极易出错,修改过程繁琐,作业效率低,成果质量难以保障,因此这是困扰广大测绘作业人员的一大难题。

随着移动通信进入5G时代,高网速、大容量和低延时的移动通信网络已成为国家信息高速公路的基础设施[5-6]。作为信息高速公路快速增长极之一的智能手机,早已成为人们日常生活必不可少的通信工具,也是野外测量人员日常携带的必需设备。智能手机内置的Android系统是由Google公司于2007年发布的一个开放、自由的终端平台[7-8]。经过多年发展,Android系统目前已更新到Android10.0版本,为野外现场采集像控测量数据、建立像控测量数据库、进而实现内外业一体化提供了技术可能。

本文基于Android系统和Windows系统,结合像控测量工作实际,研制了一款内外业一体化作业软件,可在一定程度上实现“零内业”目标,能较大幅度地提高工作效率,并已在广东省2020年高分辨率航空影像数据更新项目生产中得到了较好的推广应用。

1 软件功能分析与设计

为实现内外业一体化,尽量减少人工参与像控内业数据整理,在充分利用GNSS测量仪器和Android智能手机优越性的基础上,本文设计了软件的总体框架（图1）,为内外业一体化打通了技术通道。

图1 软件总体框架

通过从GNSS接收机中导出csv格式提供RTK测量数据成果,通过Rinex格式提供静态测量观测数据成果。像控工作需要野外记录的其他文字信息和照片通过手机App采集,并实时写入Android设备内置的SQLite数据库中；再汇集到Windows环境下的桌面处理程序,通过点名匹配原则实现像控测量成果的规则化整理和批量输出。

1.1 外业观测App功能分析

外业观测App需要满足野外采集像控测量作业所需人工填写和记录的所有信息的要求,主要功能包括观测基本情况设置信息（观测人员姓名、检查人员姓名、观测仪器的类型和编号、观测模式信息、观测时刻气温和天气状况）,控制点测量基本信息（控制点的名称、各时段仪器高数值与照片、仪器高量取方式与读数照片、采样间隔、截止高度角等）,像控点周围环境信息（像控点的近景、中景、远景、点位照片）,像控点详细位置信息（概略经纬度、概略大地高、在地形图上的图幅号、在矢量地图上的位置、在影像地图上的位置）,元素完备性检查（检查外业必填项是否漏填或漏采集）。外业观测App功能模块如图2所示。

图2 外业观测App功能分析

1.2 桌面处理程序功能分析

桌面处理程序是实现内外业数据交汇以及输出像控测量成果的关键,是实现批量化程序处理的核心所在。在实现内外业数据交汇的基础上,该程序的主要功能包括生成野外观测记录表、生成控制点点位信息表、生成控制点成果列表、导出控制点成果和质量检查与分析等。其功能模块如图3所示。

图3 桌面处理程序功能分析

2 关键技术

2.1 测量数据处理流程

外业观测App与GNSS观测数据的配合,是实现内外业一体化的关键,技术流程如图4所示。首先,在动态RTK测量模式下,每天作业完毕后将仪器观测数据导出为csv文件；在静态测量模式下,将作业数据导出为Rinex格式文件；同时将外业观测App记录的SQLite数据库和拍摄的各种照片导入电脑。然后,利用RTK解算软件平差解算得到控制点平差后坐标,或采用静态平差软件获取静态平差解算坐标,并参考实测位置在航片上刺点。最后,在桌面处理程序中,通过控制点点名实现各项采集记录数据之间的关联；利用桌面处理程序解析原始观测记录,寻找同名点,关联成果和自动完成后续内业工作。

图4 测量数据处理流程图

2.2 数据库设计

在像控测量内外业一体化过程中,数据库在后台起到组织协调的关键作用。首先在App内部自动构建数据库和数据表,作业组野外测量操作App的过程实质上就是一个建库过程；然后在桌面处理程序中,继续利用野外建立的数据库将接收机的观测值和航片刺点信息导入数据库中；最后将多个观测组单独建立的数据库合并为一个数据库,为从数据库导出像控测量所需成果资料作准备（图5）。

图5 数据库设计思路

2.3 内业表格输出

动态链接库是微软公司在Windows操作系统中实现共享函数库概念的一种方式,可使进程调用不属于其可执行代码的函数[9-10]。桌面端程序内部调用微软公司Word软件的动态链接库文件,通过COM批量输出满足项目技术设计书要求的各项内外业表格。首先直接以项目技术设计书中的Word文档作为预先定义的Word模板,然后在固定位置定义书签（Bookmark）,最后在桌面处理程序中逐书签替换内容,实现各种样式成果表的批量输出。批量输出内业表格的流程如图6所示。

图6 内业表格输出流程图

3 软件设计实现

3.1 外业观测App

1）根据Android智能手机操作系统实际,以Java为编程语言,以Android Studio3.4为编程工具开发外业观测App。操作界面如图7所示,在该界面中可实现项目设置、控制点名称输入、观测环境（近景、中景、远景、拍点位）拍摄、点位描述填写、观测天气和气温填写等功能。

图7 外业观测App主界面

2）采集要素完备性检查。在主界面点击自检查按钮,App将进入如图8所示界面,进行采集要素的完备性检查。采集完毕的打钩,尚未采集的不打钩,提示观测者补充；待要素采集完毕后,才能通过并保存。

图8 采集要素完备性检查界面

3.2 桌面处理程序

1）主界面。桌面处理程序是实现内外业一体化的关键处理软件,采用C#编程语言,在Visual Studio2010中编写实现。其主界面如图9所示。桌面处理软件自动读取外业观测App导出的野外观测数据和测量仪器数据,即可进行数据处理。

图9 桌面处理程序主界面

2）点位信息表生成。通过点击主界面中带复选框的下拉控制点列表,可逐一生成被选中的控制点的点位信息表、野外观测记录表、控制点成果表和导出单点成果。点位信息表效果如图10所示。

图10 点位信息表

3）野外观测记录表生成。桌面处理程序可自动解析动态RTK原始观测数据和静态GNSS观测得到的Rinex数据,可准确无误地批量生成动态RTK像控和静态像控野外观测记录表。以动态RTK为例,自动生成的野外观测记录表如图11所示。

图11 动态RTK野外观测记录表

4）质量检查与分析。点击主界面右上角的质量分析按钮,自动跳转至质量检查与分析模块,如图12所示。该模块集成了浏览任何一个控制点全部信息的功能,主要包括控制点名称,作业员,检查员,平差解算后精确三维坐标,图幅号,接收机型号和编码,刺点航片编号,近景,中景,远景,点位照片,各时段仪器高照片和数值,手机概略经纬度和高程,原始观测数据内符合精度分析报告等,为质量检查部门提供了全方位的一览信息。

图12 质量检查与分析模块界面

3.3 效率提升对比

本文设计的像控测量内外业一体化软件能较大幅度地减少像控测量内业整理工作。主要的效率提升情况如表1所示。

表1 效率提升对比

4 结 语

本文综合运用Android智能手机和Windows操作系统编程语言,实现了一套像控测量内外业一体化作业软件,目前已在2020年广东省高分辨率航空影像数据更新项目的野外测量工作中得到了全面推广应用。该软件提供的野外信息采集记录和批量化的数据处理功能,可大幅降低像控测量内外业难度,取得了较好的应用效果。本文的实现思路,可为高等级GNSS观测、水准测量、控制点普查等外业测量工作的内外业一体化提供参考。