精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱 偉

（1. 山東省國(guó)土測(cè)繪院，山東 濟(jì)南 250102）

我國(guó)精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)依據(jù)《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）執(zhí)行[1]，精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)處理過(guò)程繁瑣、復(fù)雜，數(shù)據(jù)改正要求較高，嚴(yán)重制約了數(shù)據(jù)處理效率，而水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理能使繁瑣的工作簡(jiǎn)單、條理化，能有效提高工作效率，保證作業(yè)質(zhì)量。本文結(jié)合數(shù)據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，建立水準(zhǔn)內(nèi)業(yè)自動(dòng)化處理流程，極大提高了整體生產(chǎn)的效率[2-3]。

1 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)解算的技術(shù)特點(diǎn)及思路，設(shè)計(jì)整體的解算流程，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1）圖形顯示模塊：水準(zhǔn)線路、區(qū)段等，圖層管理、圖形縮放、漫游等操作。

2）數(shù)據(jù)提取檢查模塊：外業(yè)數(shù)據(jù)提取包括觀測(cè)數(shù)據(jù)信息、結(jié)點(diǎn)信息、路線起止信息、路線統(tǒng)計(jì)信息等的提取。通過(guò)自動(dòng)化檢測(cè)往返測(cè)高差情況、導(dǎo)出矢量圖形等方式完成數(shù)據(jù)的檢查。

3）水準(zhǔn)概算模塊：標(biāo)尺長(zhǎng)度誤差改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正和海潮改正，可對(duì)水準(zhǔn)測(cè)段信息進(jìn)行修改、查詢等操作。

4）平差計(jì)算模塊：采用科傻地面控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行平差，系統(tǒng)自動(dòng)生成科傻地面控制測(cè)量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的平差輸入文件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的無(wú)縫對(duì)接，完成平差結(jié)果的統(tǒng)計(jì)匯總和輸出。

5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)輸出模塊：統(tǒng)計(jì)線路、結(jié)點(diǎn)等，輸出成果表。

1.3 自動(dòng)化處理流程

本文根據(jù)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)整體的自動(dòng)化處理流程，建立批量自動(dòng)化讀取水準(zhǔn)外業(yè)手簿機(jī)制，建立后續(xù)數(shù)據(jù)解算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，極大提高了數(shù)據(jù)處理效率。數(shù)據(jù)檢查和數(shù)據(jù)概算可一鍵化自動(dòng)完成，最后完成數(shù)據(jù)的平差輸出[4-5]。

圖2 自動(dòng)化處理流程圖

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)需要對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)中的水準(zhǔn)測(cè)站、水準(zhǔn)路線及水準(zhǔn)測(cè)段進(jìn)行管理，本文將上述信息存儲(chǔ)到SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)中。

水準(zhǔn)測(cè)站、水準(zhǔn)路線及水準(zhǔn)測(cè)段對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見表1～3，采用面向?qū)ο蠓椒▽?duì)上述3 個(gè)表進(jìn)行管理，通過(guò)構(gòu)建水準(zhǔn)測(cè)站、水準(zhǔn)路線、水準(zhǔn)測(cè)段類進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過(guò)SQLite操作類實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的增刪改查。

表1 水準(zhǔn)測(cè)站表

表2 水準(zhǔn)路線表

3 系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件界面

系統(tǒng)基于Visual Studio 2017開發(fā)，使用C#語(yǔ)言和ArcGIS Engine庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的文本、矢量各種數(shù)據(jù)提供支持，系統(tǒng)采用NPOI開源庫(kù)操作Excel數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種手簿信息的自定義讀寫。

表3 水準(zhǔn)測(cè)段表

3.2 外業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化導(dǎo)入

外業(yè)原始數(shù)據(jù)主要以路線手簿信息為主，系統(tǒng)批量化分線路從手簿中獲取各測(cè)段的信息。數(shù)據(jù)提取完成后將信息保存在工程文件中，后續(xù)操作數(shù)據(jù)可以直接加載工程文件，無(wú)需重復(fù)導(dǎo)入，工程文件保存當(dāng)前測(cè)站、測(cè)段相關(guān)信息，便于后續(xù)重復(fù)計(jì)算。

數(shù)據(jù)完成導(dǎo)入后，可自動(dòng)化對(duì)往返測(cè)高差進(jìn)行對(duì)比檢查，同時(shí)檢查將測(cè)站、測(cè)段和線路等連接情況，線路結(jié)點(diǎn)的點(diǎn)名是否一致等問(wèn)題，確保水準(zhǔn)線路閉合成環(huán)，方便下一步平差處理。

3.3 水準(zhǔn)數(shù)據(jù)改正及平差

水準(zhǔn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)水準(zhǔn)面不平行改正、重力異常改正、固體潮改正和海潮改正等過(guò)程，改正模型嚴(yán)格按照《國(guó)家一二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》執(zhí)行，完成數(shù)據(jù)概算過(guò)程[6-10]。將數(shù)據(jù)概算結(jié)果導(dǎo)出平差文件，完成數(shù)據(jù)平差輸出水準(zhǔn)解算成果。

本文采用的平差模型如下：

1）誤差方程式：

式中，V為改正數(shù)矩陣；B為系數(shù)矩陣；X為未知數(shù)矩陣；L為常數(shù)項(xiàng)矩陣。

2）法方程式矩陣：

式中，P為觀測(cè)值權(quán)矩陣。

3）線性方程組的解算及校驗(yàn)：

a：結(jié)點(diǎn)高程計(jì)算X=(BTPB)-1BTPL

b：測(cè)線改正數(shù)計(jì)算V=BX-L

校驗(yàn)：

4）權(quán)的確定。

式中，C 為一選定常數(shù)；N為一條水準(zhǔn)路線測(cè)站總數(shù)。

5）精度估計(jì)。

單位權(quán)中誤差：

式中，r為多余觀測(cè)量個(gè)數(shù)。

式中，Qii為第i個(gè)結(jié)點(diǎn)的協(xié)因數(shù)。

3.4 系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)在部分地區(qū)的二等水準(zhǔn)測(cè)量工作中進(jìn)行試用，共處理二等水準(zhǔn)路線18條，長(zhǎng)度為1 500 km，經(jīng)過(guò)本文系統(tǒng)處理，每km高差全中誤差為±1.4 mm/km，滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量±2.0 mm/km的限差要求。本次數(shù)據(jù)處理效率是常規(guī)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理的5倍以上。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)水準(zhǔn)內(nèi)業(yè)處理工序繁瑣以及數(shù)據(jù)改正計(jì)算復(fù)雜的情況，本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，建立了基于SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)化處理系統(tǒng)。通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)檢查、數(shù)據(jù)概算和平差輸出等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的流程化高效處理，在實(shí)際的二等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)試算中，處理結(jié)果精度滿足規(guī)范要求、精度較高，減少較大的人工工作量，極大提高了數(shù)據(jù)處理效率。