测区电子地图支持的工程测量数据处理系统

李爱民 兀泽坤 赵佳乐 张心怡 郭振强

（郑州大学地球科学与技术学院，河南 郑州 450001）

工程测量数据处理中的导线测量、水准测量、坐标转换等内容，计算工作量很大。目前测绘行业内流行几款数据处理软件，如南方测绘的平差易软件（Power Adjustment）[1]、 武大的“科傻”系统（COSA）[2]、清华山维的平差软件（NASEW）[3]等。这些软件都具有概算、平差、精度评定、控制网显示等功能，在测绘单位的测量数据处理中发挥了重要作用。但是，调查发现，这些软件普遍没有显示测区地图的功能，而工程测量一定是在一定区域进行的，测量数据都包含坐标位置信息，控制点点之记资料也需要周围地物地貌信息的支持，因此，把测区地图融合到测量数据处理软件中，研究建立基于测区电子地图的工程测量数据处理系统十分必要。

本文利用ArcGIS Engine 组件开发[4]、数据库等技术研究构建基于测区地图的测量数据计算处理系统，实现地图和测量数据计算处理功能的无缝集成，使测量数据处理地图化，提高测绘人员处理测量数据的可视化和便捷性。

1 系统分析

某本系统对应的用户人群为有工程测量数据处理需求的测量人员，因此系统运行环境设置为PC 端，且无联网要求，设计为单机版系统，不考虑网络问题，但系统涉及GIS 技术和测量理论，因此开发者需要具有这方面的知识。

数据流程包括：数据录入，将测区地图数据和测量数据输入；根据测量数据进行平差计算，获得测量点坐标和高程数据；在地图窗口根据坐标数据生成测量点图层；基于地图制作点之记，进行空间查询和分析等；成果输出，输出所需的空间数据、测量数据处理结果等。系统应包括地图编辑、测量数据平差处理、空间分析、数据、图形的检索、查询及数据输出等功能。

2 系统设计

系统设计要遵循软件工程建设的思想和简洁、实用、可靠、可拓展的原则，充分利用计算机编程、GIS、空间数据可视化、数据库查询和分析等技术，构建以电子地图为基础平台的测量数据处理系统。

2.1 总体架构

从系统特点和应用角度出发，立足于整体，采用软件工程的结构化设计模式，把系统功能分解为不同的模块，包括数据操作、查询统计、报表操作、图形操作、测绘功能五个方面，如图1 所示。

图1 系统总体框架

2.2 主要功能设计

把GIS 技术和测量数据处理相结合，使得一些测量数据处理操作更加直观地在地图上展现。

（1）软件支持mxd、Shapefile 等文件类型的导入，同时可以实时查看及更改属性表。主菜单上有跳转功能，通过输入某点坐标而直接跳转选中该点。此外，还具备打开文件、选中、平移、放大、缩小地图、添加数据、移除图层等地图软件所具有的基础功能。

（2）主菜单上有创建地图要素功能，可以进行点要素、线要素与面要素的创建，点击开始编辑后，在其右侧框体中选择图层，并使用绘图工具进行要素的创建；点属性配备有专门的要素库，可以用于选择点要素的样式。

（3）鹰眼功能，用于全局显示地图的处理情况，便于查找所进行处理或当前展示的页面位置。

（4）“生成测量点”功能，通过导入带有点坐标的Excel 或TXT 文件，从而生成带有相关点属性的Shapefile 文件，并保存在指定路径。

（5）“地图注记”功能，选择特定图层以及该图层内所想要显示的字段，可以将字段内容显示在底图上。

（6）“地图选择集”和输出功能，用于显示和输出所选要素的属性表。

（7）导线平差计算。导线测量是将测点连成折线，得到折线边的边长和转折角后，根据数据推算导线点的平面直角坐标的过程[9]。根据其导线布设方式，分为附合导线、闭合导线、支导线、导线网[10,11]。在选定精度等级并输入源数据后，平差得出导线网型绘制结果、解算结果、精度核验结果等内容。

（8）水准平差计算。水准测量是利用水平视线测定地面高差的方法，即由已知点高程推算未知点高程的过程[6-8]，在选定精度等级和已知高程后，导入观测数据的Excel 或Shapefile 文件，得出线路总长、闭合差、限差等信息，并计算闭合差是否符合要求，且设置相应的结果导出功能。

（9）坐标转换功能。包括大地坐标、平面坐标、空间直角坐标等多种坐标系的坐标转换。

2.3 数据类型与组织

测量数据一般包括空间数据和属性数据，空间数据是用来直观表达位置关系的点状、线状、面状要素信息，图层的分类依据是根据其几何形状分为Point、Polyline、Polygon 等类型的要素图层[12-14]；属性数据主要是测量数据以及对空间数据的说明。以控制点为例，空间数据类型为点状要素，其属性数据为控制点坐标、点名、点号、控制点高程等属性信息；以导线测量为例，导入数据后生成的空间数据类型为线状要素，其属性数据为点号、坐标、方位角、转折角、边长等属性信息。空间数据采用图层模式管理，使用Esri 公司的ArcGIS Engine 软件提供的各类控件进行输入、显示、存储、输出等功能，而对于使用测量功能得到的属性数据，则通过轻型关系型数据库SQLite进行输入、显示、存储、输出等功能，基于ComGIS 技术实现两种数据类型的无缝集成。

3 系统实现方法

根据ArcGIS Engine 组件式开发技术提供的地理数据可视化及空间数据处理等特点，将多种测量数据处理功能与地理信息系统集成，综合利用空间数据和属性数据，在Visual Studio.NET 开发环境中嵌入ArcGIS Engine 组件[15,16]，利用COM 组件技术开发测量数据处理系统，实现坐标值转换、七参数解算、水准测量、导线测量等测绘数据处理的功能，并且添加相应的处理结果可视化界面，提供网型绘制、解算结果、精度核验、起算及观测数据显示等功能。操作系统为WindowsXP/7/10，数据库管理系统采用SQLite 数据库。

3.1 系统主界面

主界面如图2 所示：

①菜单栏，可实现文件操作、地图注记、控制点生成、测量计算等功能。

②基础工具条，可实现对电子地图等基本操作，例如漫游、全图显示等。

③编辑工具条，可实现对地图要素的创建、编辑、删除等功能。

④图层目录，可实现对地图图层的管理、要素符号更改等操作。

⑤鹰眼，展示数据视图中的地理范围在全图中的位置。

⑥地图窗口，地图交互操作的窗口。

⑦状态栏，可显示数据框内鼠标的位置，菜单栏功能的简短说明。

图2 系统主界面

3.2 坐标转换模块

坐标转换模块包括坐标值转换和七参数解算，坐标值转换即选定转换前后的坐标系，输入单个点得到转换后的坐标系的相应坐标值，如图3 所示。七参数解算即输入相应的三个公共点的坐标，得到目标坐标以及七参数的值，如图4 所示。

以西安80 高斯投影平面坐标转换西安80 大地坐标为例，部分代码如下：

crd.x_XA = textBoxNum_xBX; ……//得到西安高斯投影平面坐标的X、Y、HZ

elpF.num = Ellips.Ellips75_XA80.num; ……//得到西安80所用椭球的参数

trans.XiAn80xyHgToXiAn80BLH(crd, elpF); // 调用转换函数

图3 坐标转换

图4 七参数解算界面

3.3 水准测量计算模块

包括闭合水准测量平差、附合水准测量平差、支水准测量平差，选定精度等级及已知高程后输入文件，得到报表窗口，显示相应的源数据及结果，以及导出结果功能，如图5 所示。

以闭合水准平差为例，部分代码如下：closedDiff += Convert.ToDouble(dt.Rows[i][3]);//计算闭合差（单位：mm）

图5 水准数据处理

3.4 导线测量计算模块

导线测量计算模块包括闭合导线坐标平差、附合导线坐标平差、支导线坐标计算、导线网平差（前方交会、侧边网坐标平差）功能。选定精度并输入数据后，得到网型绘制结果、解算结果、精度核验等信息，结果窗口右侧显示起算数据及观测数据信息，并提供导出结果功能，如图6 所示。

以闭合导线平差为例，部分代码如下：cartsCrds[i].X = Convert.ToInt32(stations[i].y);//将给出的测绘坐标转笛卡尔坐标，图形形状相同Increment[i].X = cartsCrds[i].X - knownedX;//求各点与已知点A的相对位置if(Increment[i].X ＜ minIncrementX)//寻找X方向最小负增量

图6 导线数据处理

3.5 地图操作模块

图层目录：可在图层栏中右击图层进行图层的相关操作，如图7 所示。

图7 图层控制目录树

创建要素：在编辑栏中选择带有铅笔图表的按钮（Sketch Tool），即可进行要素的创建，其右侧按钮（Attributes）可打开所创建要素的属性表，如图8所示。

图8 创建要素

生成控制点：选择导入带有点坐标的Excel 或Shapefile 文件，从而在指定路径中生成带有这些点属性的Shapefile 格式的文件，如图9 所示。

导入Excel 生成Shapefile 文件核心代码如下：String fileName = openFileDialog.FileName;DataTable myTable = ExcelToDataTable(fileName,"sheet1");string Point = myTable.Rows[i][0].ToString();//获取excel中的数据double x = Convert.ToDouble(myTable.Rows[i][1]); ……//得到xyh的值addPoint(ly, x, y, h ,Point);//添加点至shpfile文件

图9 导入Shapefile格式的文件

图10 点状要素符号选择器

符号选择器：通过在属性栏中双击点状符号、线状符号或面状符号，可打开符号选择器，选择所需要的符号来标记点、线、面要素，如图10 所示。pTextSymbol.Font = pFont as stdole.IFontDisp;I L i n e L a b e l P o s i t i o n p P o s i t i o n = n e w LineLabelPositionClass();……//设置注记放置格式、排放位置、摆设路径权重，以及处理文字间冲突的处理方式等pLableEngine.Expression = "[" + sFieldName +"]";//输入VBScript或JavaScript语言，设置要标注的字段IAnnotateLayerProperties pAnnoLayerProps=pLableEngine as IAnnotateLayerProperties;pAnnoProps.Add(pAnnoLayerProps);

图11 注记选择

图12 注记效果

地图选择集 ：选择底图中的要素后，点击“地图选择集”，可弹出选中图层中所选要素的属性表，如图13 所示。

图13 地图选择集效果图

4 结语

本文利用GIS 组件开发技术设计了融合测区地图的工程测量数据处理系统，并利用C#语言编程实现了软件功能。把测量数据处理与测区地图无缝集成，实现了测量数据的可视化，进而使计算更直观、高效和便捷，提高工作效率。组件开发技术的使用有利于系统的可拓展性，方便后期的维护与系统升级。