GIS支持下的煤田大地測量控制點成果信息管理系統的設計與實現

肖海紅，謝　瑞，王蘭洲，胡　愈

(1. 河南工程學院，河南 鄭州 451191； 2. 鄭州測維科技有限公司，河南 鄭州 450000)

XIAO Haihong，XIE Rui，WANG Lanzhou,HU Yu

GIS支持下的煤田大地測量控制點成果信息管理系統的設計與實現

肖海紅1，謝瑞1，王蘭洲2，胡愈1

(1. 河南工程學院，河南 鄭州 451191； 2. 鄭州測維科技有限公司，河南 鄭州 450000)

Design and Implementation of Coalfield Geodetic Survey Control Point Result Information Management System Based on GIS

XIAO Haihong，XIE Rui，WANG Lanzhou,HU Yu

摘要：建立控制測量成果管理系統是實現煤田資料數字化管理的發展方向，本文介紹了基于GIS的煤田大地測量控制成果信息管理系統的設計和控制點符號的繪制，并以河南省煤田大地測量控制點成果管理系統為例，驗證了該系統的可行性與正確性。該系統的實現能夠使煤田大地測量成果在規范化管理、信息處理與共享、安全性等方面得到有效改善，具有較強的實用價值。

引文格式： 肖海紅，謝瑞，王蘭洲，等. GIS支持下的煤田大地測量控制點成果信息管理系統的設計與實現[J].測繪通報，2015(9)：117-121.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0295

關鍵詞：控制點；GIS；信息管理系統；數據庫

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)09-0117-05

收稿日期：2015-02-08

作者簡介：肖海紅(1979—)，男，碩士，講師，主要從事GIS教學和開發與應用等工作。E-mail: xiaohaihong1979@163.com

一、引言

煤田大地測量數據是煤田建設積累的寶貴資料，主要有平面控制測量數據、水準測量數據、GPS控制測量數據、三角高程測量數據等多種數據類型。其表現形式主要有[1-2]：①表格數據，如各種坐標表、記錄表等；②圖形數據，如控制網圖、水準路線圖、點之記等；③圖像數據，如點位照片等；④技術總結資料及文字說明等屬性信息。這些數據是煤田地質勘探測繪工作的基礎性資料，也是煤礦建設及各項測繪工程的作業依據，其保存、共享、查詢、更新與管理等在一定程度上實現了數字化管理，但是由于該類數據具有空間特征和應用的針對性，具有空間背景的數據信息化管理還沒有得到廣泛應用。

在測繪成果數據管理系統中，控制點的符號類型較多，樣式復雜，在成果入庫過程中，需要實時繪制顯示在相應的空間位置，符號庫的設計與實現顯得異常重要。

本文結合河南中煤測繪公司控制測量成果信息管理系統，介紹了各類控制點的繪制流程和基于GIS的煤田大地測量控制點成果信息管理系統的設計與實現。

二、數據庫要求與系統架構

根據數據類型及應用需求，該系統與數據庫應滿足以下要求：①地理信息系統開發組件與大型數據庫結合，解決大地測量數據庫中多種類型、多尺度空間數據集成化管理；②將多個獨立分散的空間數據，采用完全整合和邏輯整合相結合的方法，形成一個集中的、有整體感的數據庫；③實現煤田大地測量控制點數據的數字化管理等，保證數據的瀏覽、查詢、顯示等，并能對查詢結果進行統計、打印、輸出等。

系統架構主要有3部分：客戶機、應用服務器和數據庫服務器(分別指表示層、應用層和數據層)，如圖1所示。系統采用MapInfo平臺，通過MapInfo Professional連接本地及服務器端的數據庫，實現地圖對象與數據庫中記錄的自動連接。使用MapX的數據綁定功能，采用ODBC綁定方式實現MapInfo空間地圖與數據庫數據的連接，建立地圖對象與關系數據庫中的數據項的對應關系。結合MapBasic和MapX進行二次開發，實現系統地圖功能和數據維護工作。利用EasyLoad將MapInfo的文件數據上載到SQL Server空間數據庫中，通過SQL Server數據庫系統存儲和管理空間數據。

三、關鍵技術——控制點符號的繪制

河南中煤測繪公司控制測量成果信息管理系統中涉及的控制點類型主要有三角點、導線點、水準點和GPS點4種類型，每種點類型都有互不相同的符號樣式，如圖2所示。在GIS系統中完成控制點成果入庫過程中，控制點符號的設置方式主要有兩種：一是利用GIS平臺的符號編輯器功能，將控制點類型符號編輯到GIS符號庫中，如常見的CASS軟件平臺；二是利用GIS的繪圖和二次開發功能，動態構建控制點類型符號。前者存在一定的弊端：①控制點符號隨視圖變化而大小不變，導致控制點只能在一定視野內進行查看；②控制點的相關屬性信息(點號、高程數據)需要二次維護。后者能很好地解決上述問題，具體實現過程如圖3所示。

在上述符號繪制過程中，坐標變換是重點。系統空間數據采用WGS-84坐標系，在動態繪制控制點符號時，控制點坐標系統若與當前坐標系統不一致，需要進行坐標變換。該坐標轉換對精度沒有太高要求，只是由此作為基準計算子類符號和文本符號的位置，通常采用三參數法進行轉換即可。在計算子類符號位置數據時，需要將當前視野數據納入計算。

圖1　系統體系結構

圖2　控制點類型符號(三角點、導線點、水準點、GPS點)

圖3　控制點符號繪制流程

四、功能模塊設計與實現

系統主要功能模塊如圖4所示[3-6]，主要包含GIS功能操作模塊、控制網成果數據管理模塊及安全管理模塊。

1. GIS功能操作部分

系統GIS功能操作部分包含基礎數據維護模塊和GIS功能模塊。

(1) 基礎數據維護模塊

由于地圖數據格式雜亂，首先需要維護基礎地圖數據。處理完畢后得到MapInfo地圖數據格式，將需要進行數據庫管理的數據通過EasyLoad上傳到SQL Server中，不需要的數據以MapInfo Table表文件方式存儲，并將其保存在文件服務器上。數據處理主要流程如圖5所示。

(2) GIS功能操作模塊

GIS功能模塊包含基本和高級功能模塊。基本功能模塊主要指GIS系統的一般功能，主要有[7-8]：地圖裝載；鷹眼功能；地圖放大、縮小、漫游與全圖顯示；屬性查看，屬性信息和圖形信息的交互瀏覽；返回上一范圍(兩圖層間的相互切換)；距離量算；多邊形區域選擇；清除選擇集合。高級功能模塊主要指GIS系統中關于控制網信息的操作，包括計算方位角、緩沖區分析、打印輸出和圖例顯示、專題圖統計分析等。

圖4　系統基本功能

圖5　基礎地圖數據處理流程

2. 控制網成果庫建立模塊

控制網成果內容分為三角測量、水準測量、GPS測量、重力測量資料4個獨立、分散的數據，成果庫的內容有點之記、基線和水準網的數據等。系統采用完全整合和邏輯整合相結合的方法，按統一的信息編碼、數據結構、規范化無冗余地對數據進行增加、刪除、修改，形成一個集中的、有整體感的控制網成果數據庫。

(1) 控制點成果入庫

指各種大地數據信息的入庫、維護，如控制點數據包括點名、點號、坐標等屬性數據，以及點之記、控制點近景圖片等相關圖形數據。根據系統提供的權限，對系統中各類數據進行添加、刪除、修改并記入歷史記錄，可進行歷史記錄的恢復功能。

主要有測區名/路線名、點名與點號、外業標志名、點類型、標石說明、舊點名、相鄰點、所在地、交通路線、所在圖幅號、土質、坐標、記錄日期、記錄者、繪圖者、校對者、審核者、審核通過時間、略圖、是否在線提供、備注等，成果表與索引表間通過網區名/路線名關聯。控制網成果入庫如圖6、圖7所示。

(2) 控制點成果數據審核

控制點成果數據錄入之后，由具有審核權限的人員進行數據合格性審核，審核通過后才能進入成果庫；否則，根據審核意見重新維護數據，直至通過審核。同時，利用GIS統計分析，可迅速瀏覽未能通過的數據，審核流程如圖8所示。

圖6　控制網入庫

圖7　控制點入庫

圖8　數據審核流程

(3) 成果數據檢索模塊

成果數據檢索模塊是系統的核心，提供兩種檢索方式：基本信息檢索和電子地圖交互式檢索。數據基本信息檢索條件包括：點名、點號、道路名、區域名、等級、通視條件、行政區、經緯度、坐標、圖幅、路線等，并且可任意組合條件檢索。與電子地圖的交互式檢索是通過一些地圖操作功能進行檢索，如單選、多邊形選擇等，對檢索后的結果進行統計，并生成相應的報表，包含圖形信息和屬性信息。點位信息的索引表通過點名與數據庫關聯；相關文檔的索引表通過測區名或路線名與數據表關聯。

(4) 成果數據輸出及打印

成果數據輸出及打印包含控制點成果報表、圖形打印輸出兩種方式。用戶檢索、查詢信息提供報表、圖形等多種形式的大地測量成果及相關成果信息，按照國家標準進行存儲、打印輸出，輸出格式采用Word或Excel方式。對每個控制點的信息(包含圖形信息和屬性信息)生成控制點成果表打印輸出，還提供控制網圖形打印。

(5) 文檔管理

文檔管理主要有兩方面內容：①數據庫中的圖形信息和地圖數據的查詢和打印輸出、存儲采用“索引表+數據文件”的方式；②對測量規范和技術指標進行管理，方便以后查找，如1954北京坐標系及1980西安坐標系相關文檔信息、歷年來使用的測量細則或規范名稱及主要技術指標。

(6) 輔助功能

輔助功能包含坐標換算功能和控制點方位角計算等。坐標換算功能主要包含外接大地計算功能，實現統一坐標下XYZ、BLH、BLR之間的相互轉換；統一參考框架下不同參考歷元的相互轉換；同一參考歷元下不同參考框架的相互轉換。

根據上述設計，建立河南中煤大地測量控制點成果管理系統，圖9所示為河南省某市煤礦控制網略圖和統計表。

圖9　控制網略圖與統計表

五、結束語

通過開發基于GIS的煤田大地測量數據管理系統，用戶可以方便、快捷地查詢、檢索和使用權限范圍內的數據，最大限度地實現資源共享；同時實現數據的更新維護、統計匯總等功能。利用地圖上的熱點、熱區查詢分局轄區內的控制點的基本信息、圖形信息、圖像信息，統計熱區內控制點的情況，實現多維控制點數據在地理信息系統中的有效管理，有效地實現測繪數據數字化管理，以及表、圖、文檔等數據的查詢。

此外，系統還存在一定的不足，功能上需要進一步擴充，如在控制點選取的適宜性評價方面還有待完善。控制點在使用過程中，煤礦測區需要選取控制點，需考慮精度(等級)、空間分布、費用(成本)等因素的影響，如何選擇最恰當的控制點，以建立合適的空間分析模型；另外，煤礦建設中經常需要鉆孔分析，建立一定范圍內的緩沖區區域，選擇影響范圍內的控制點以滿足建設需要，也是值得研究的內容。

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