航測外業調繪系統的設計研究

(重慶市勘測院,重慶 400020)

張燕?

航測外業調繪系統的設計研究

(重慶市勘測院,重慶 400020)

隨著測繪技術的迅猛發展，測繪內業處理已全面進入數字化階段，但是外業工作依然采用傳統的調繪方法，導致不能滿足地理信息數據的快速更新提取的需要。數字化調繪是航測外業的必然方向。本文主要介紹了基于MicroStation軟件的外業調繪電子系統，提出了全數字野外調繪的硬件和軟件解決方案。

外業電子調繪；MicroStation；平板電腦

1 引 言

測繪的數字化生產涵蓋了全數字攝影測量的數據處理、編輯整理入庫,但絕大部分的技術都是從內業角度考慮,忽略了內業和外業的整個流程進行系統性研究,尤其沒有重視對外業生產手段進行根本性改變。不少測繪單位在野外調繪中仍舊沿用傳統的紙質作業方式,攜帶沖洗的航攝放大片或者正射影像,外業進行標繪,回到內業再用小筆尖沾涂料清繪整飾。這樣的操作方式不僅損失精度,還使數據交換困難,工序繁雜,作業量大。盡管有部分單位使用PDA實現了調繪環節的數字化,但是受PDA硬件設備的局限性,對大數據量影像存儲以及操作性能都不能滿足生產需求。部分公司推出了基于平板的電子調繪系統,但測繪單位若直接引入此類系統,必然會面對內業和外業兩個不同的操作平臺,兩套作業方案的問題,由于內外業數據格式或數據規范不一致,產生內外業數據來回轉換工作量,帶來數據風險。紙質的作業載體已經完全不能適應航測內業數字化的生產模式,也嚴重的影響航測生產的工作效率。航測外業工作的數字化已經刻不容緩。本文對外業調繪數字化需要解決的硬件和軟件問題以及調繪系統功能進行了闡述,提出了基于平板電腦的數字化調繪解決方案。

2 硬件選擇

隨著計算機科學技術的發展,數字化航測野外作業的硬件設備已有了很多選擇,如筆記本電腦、PDA,平板電腦等。外業應用中,面對的是惡劣的環境與氣候條件,需要跋山涉水,需要面對暴雨或酷日,這就對硬件設備提出了嚴格的要求。筆記本電腦屏幕尺寸大、操作系統兼容性好、存儲容量大,但存在便攜性能差、野外穩固性低、野外操作不便的缺點。常見的PDA外業調繪設備雖然重量輕、便攜性高,但是操作系統和軟件的普適性和實用性不強；再則PDA存儲容量有限,不能裝載大量的影像文件；而且屏幕過小和強光下可視性差也是PDA的缺點。相比較而言,平板電腦具備了PDA的便攜性,又兼顧了筆記本的較高的性能,更適合野外操作使用。

近兩年平板電腦飛速發展,不少公司已就平板電腦的戶外使用性能進行提升。通過對Getac E100、蘋果iPad、富士通Q550、松下Toughpad四款設備的參數、性能等條件進行對比分析,結果如表1所示。

硬件性能對比 表1

經對Getac實機測試其特點如下:

(1)設備的穩固性、室外太陽強光下可讀性,操控性,均能滿足外業需要；

(2)電阻觸控屏幕能實現高精度的準確定位,適合外業刺點定位操作；

(3)電池可拆卸,電池使用時間可達到5 h。

(4)設備操作系統為Windows 7,因此能直接支持和安裝大量的軟件,與內業設備軟件直接對接,大大節約軟件開發和維護成本；

(5)Getac已經有比較多的客戶群體,其設備可靠性經過了市場檢驗；

(6)Getac的設備部件可定制。

(7)綜上所述,最終確定采用Getac平板電腦作為航測外業調繪系統的硬件平臺。

3 系統設計

3.1 系統架構

采用三層架構模式進行設計,如圖1所示。分為基礎平臺層、數據資源層和業務功能層。

圖1 系統架構

(1)基礎平臺層

系統搭建的基礎支持。調繪系統運行于MicroStation V8。

(2)數據層

數據層是以系統需求為基礎,參考相關行業標準和規范,應用地理信息技術,按照統一的標準,建立起來滿足數字調繪系統應用的基礎數據。

按照系統業務功能范圍,系統必備的數據包括:用于GPS實時定位的影像數據或者道路線劃數據；用于調繪底圖的影像數據,內業采集地形數據,調繪采集編輯需要用到的要素符號庫,線型庫,屬性庫以及管理信息。

(3)業務功能層

實現系統相關的各種業務功能。根據系統的需求將各類應用分類為不同的模塊組,對功能進行管理,為用戶提供操作界面。

3.2 平板電腦與內業數據交換設計

外業調繪還需要注意的問題是內外業平臺生產數據的無縫銜接。調繪系統與內業系統均基于MicroStation,成果的數據文件都是DGN文件,在文件格式的兼容性上不存在問題。但是若要實現數據不需任何轉換就在兩系統間通用,就需要統一內外業要素配置方案,保證兩者數據結構和數據定義相同。因此,盡管內外業要素繪制方法有差異,操作命令不同,但對于同一種地形圖要素,內外業必須采用相同的編碼、層、色、線型、字體等屬性進行數據存儲。在航測生產中,內業系統包含了規范要求的所有地形圖要素,但野外調繪需要表達的要素通常只是地形圖要素的一部分,如植被、地名、電桿等。因此,在定義調繪要素配置時,要將調繪要素與內業系統的相應要素一一對應。數據最終的交換方式是:內業系統參考外業調繪DGN成果文件,然后通過系統自帶的參考合并工具,將調繪成果合并到內業DGN數據文件,進行核實和利用,達到數據的無縫銜接。

3.3 系統功能設計

(1)調繪影像加載

調繪工作底圖的精度直接影響到調繪成果的定位精度。小比例尺標準圖框范圍的TIF影像文件通常會達到幾百兆,直接在外業平板上打開影像,等待時間常以分鐘計,比較漫長。調繪系統中提供將影像進行預處理,建立金字塔,所有層級的影像金字塔存到最終生成的文件中。經過預處理的影像文件,只需要幾秒即可以完成加載,同時影像瀏覽和縮放的速度也能瞬間完成。通過打開調繪影像圖,系統自動新建調繪地形圖文件,識別影像的坐標、分辨率信息,將影像作為底圖參考到地形圖中。

(2)要素采集

外業調繪涉及地形圖要素的采集。對點、線、面、注每種要素的基本表達屬性如所在圖層、顏色、線型、線寬、字體、繪制方案等都需要給予定義。為保證內外業數據無縫銜接,調繪的要素屬性設置與內業采集系統一致,使用同一套要素屬性采集方案,保證成圖要素的圖面及構造與內業成果一致。同時,鑒于外業平板電腦沒有鼠標和鍵盤設備,輸入依賴于觸筆,在程序中實現操作的差異化。

(3)平板操作支持

由于野外工作的特殊性以及平板電腦的特性,外業調繪系統的輸入方式只能依賴于觸筆,從操作方便性來說要比臺式機鼠標鍵盤的操作方式差很多,觸控筆的定位準確性也不高。為了提高觸筆的操作體驗和定位精度,在系統中,提供了在要素繪制過程中,支持觸控筆移動定位點；支持作業員在系統中的手寫功能。在界面設計上,為外業調繪增加快捷菜單,同時用記錄下最近操作的要素,以便快速選擇；同時對于一些操作功能也以工具欄按鈕的方式提供,便于觸控筆快速操作。針對觸筆,還提供如要素汲取、點位微調、線面定長繪制、線面正交繪制等。

Getac E100鍵盤提供了0～9數字鍵,ESC鍵盤, ENTER鍵盤,Del鍵。在臺式機中,MicroStation的要素繪制操作,鼠標左鍵表示輸入點位,鼠標右鍵表示要素繪制結束。在系統中,為了提高觸筆效率,利用鍵盤的ENTER鍵作為繪制結束鍵以及功能確認鍵。ESC鍵作為功能撤銷鍵。

(4)GPS功能

由于航測調繪常常需要在區縣或者偏僻的鄉村進行,找路以及識別方向常常是比較困擾作業員的事情。系統根據平板電腦自帶的GPS硬件,研發了GPS功能,獲取當前的WGS84經緯度坐標,將其轉換為當前的調繪坐標,以輔助作業員找到自己在圖上的位置,同時自動記錄下作業員的調繪軌跡,以便檢查員查詢。

布設于平板電腦的外業調繪系統如圖2所示。

圖2 調繪系統界面

4 總 結

使用數字化調繪作業平臺后,數字工作底圖可以在平板電腦上無級縮放,調繪的各種要素用統一定制的矢量符號進行精確定位表示,解決了紙質調繪片圖面負載的問題；內業使用電子調繪片時,可以直接與采集的矢量數據套合判讀,部分要素甚至可以直接使用,減少了內外業成果數據轉繪過程中的精度損失,提升了工作效率。同時使用數字化調繪技術后,小雨天亦可作業,弱化了天氣影響。目前,該系統已成功應用于重慶市1∶5 000地形圖測繪項目,縮短了外業作業時間,提高了生產效率和產品質量,取得了良好的效果。

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[8] GB T13977-92.1∶5000、1∶10000地形圖航空攝影測量外業規范[S].

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

張燕?

1672-8262(2013)06-93-03

P231.5

B

2013—04—27

張燕(1979—),女,工程師,主要從事GIS系統應用與開發工作。

“十二五”國家科技支撐計劃(2011BAH12B07-03)