(重慶市勘測(cè)院,重慶 400020)

張燕?

航測(cè)外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

(重慶市勘測(cè)院,重慶 400020)

隨著測(cè)繪技術(shù)的迅猛發(fā)展，測(cè)繪內(nèi)業(yè)處理已全面進(jìn)入數(shù)字化階段，但是外業(yè)工作依然采用傳統(tǒng)的調(diào)繪方法，導(dǎo)致不能滿足地理信息數(shù)據(jù)的快速更新提取的需要。數(shù)字化調(diào)繪是航測(cè)外業(yè)的必然方向。本文主要介紹了基于MicroStation軟件的外業(yè)調(diào)繪電子系統(tǒng)，提出了全數(shù)字野外調(diào)繪的硬件和軟件解決方案。

外業(yè)電子調(diào)繪；MicroStation；平板電腦

1 引 言

測(cè)繪的數(shù)字化生產(chǎn)涵蓋了全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的數(shù)據(jù)處理、編輯整理入庫(kù),但絕大部分的技術(shù)都是從內(nèi)業(yè)角度考慮,忽略了內(nèi)業(yè)和外業(yè)的整個(gè)流程進(jìn)行系統(tǒng)性研究,尤其沒(méi)有重視對(duì)外業(yè)生產(chǎn)手段進(jìn)行根本性改變。不少測(cè)繪單位在野外調(diào)繪中仍舊沿用傳統(tǒng)的紙質(zhì)作業(yè)方式,攜帶沖洗的航攝放大片或者正射影像,外業(yè)進(jìn)行標(biāo)繪,回到內(nèi)業(yè)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(shù)據(jù)交換困難,工序繁雜,作業(yè)量大。盡管有部分單位使用PDA實(shí)現(xiàn)了調(diào)繪環(huán)節(jié)的數(shù)字化,但是受PDA硬件設(shè)備的局限性,對(duì)大數(shù)據(jù)量影像存儲(chǔ)以及操作性能都不能滿足生產(chǎn)需求。部分公司推出了基于平板的電子調(diào)繪系統(tǒng),但測(cè)繪單位若直接引入此類(lèi)系統(tǒng),必然會(huì)面對(duì)內(nèi)業(yè)和外業(yè)兩個(gè)不同的操作平臺(tái),兩套作業(yè)方案的問(wèn)題,由于內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)格式或數(shù)據(jù)規(guī)范不一致,產(chǎn)生內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)來(lái)回轉(zhuǎn)換工作量,帶來(lái)數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)。紙質(zhì)的作業(yè)載體已經(jīng)完全不能適應(yīng)航測(cè)內(nèi)業(yè)數(shù)字化的生產(chǎn)模式,也嚴(yán)重的影響航測(cè)生產(chǎn)的工作效率。航測(cè)外業(yè)工作的數(shù)字化已經(jīng)刻不容緩。本文對(duì)外業(yè)調(diào)繪數(shù)字化需要解決的硬件和軟件問(wèn)題以及調(diào)繪系統(tǒng)功能進(jìn)行了闡述,提出了基于平板電腦的數(shù)字化調(diào)繪解決方案。

2 硬件選擇

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化航測(cè)野外作業(yè)的硬件設(shè)備已有了很多選擇,如筆記本電腦、PDA,平板電腦等。外業(yè)應(yīng)用中,面對(duì)的是惡劣的環(huán)境與氣候條件,需要跋山涉水,需要面對(duì)暴雨或酷日,這就對(duì)硬件設(shè)備提出了嚴(yán)格的要求。筆記本電腦屏幕尺寸大、操作系統(tǒng)兼容性好、存儲(chǔ)容量大,但存在便攜性能差、野外穩(wěn)固性低、野外操作不便的缺點(diǎn)。常見(jiàn)的PDA外業(yè)調(diào)繪設(shè)備雖然重量輕、便攜性高,但是操作系統(tǒng)和軟件的普適性和實(shí)用性不強(qiáng)；再則PDA存儲(chǔ)容量有限,不能裝載大量的影像文件；而且屏幕過(guò)小和強(qiáng)光下可視性差也是PDA的缺點(diǎn)。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(fā)展,不少公司已就平板電腦的戶外使用性能進(jìn)行提升。通過(guò)對(duì)Getac E100、蘋(píng)果iPad、富士通Q550、松下Toughpad四款設(shè)備的參數(shù)、性能等條件進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果如表1所示。

硬件性能對(duì)比 表1

經(jīng)對(duì)Getac實(shí)機(jī)測(cè)試其特點(diǎn)如下:

(1)設(shè)備的穩(wěn)固性、室外太陽(yáng)強(qiáng)光下可讀性,操控性,均能滿足外業(yè)需要；

(2)電阻觸控屏幕能實(shí)現(xiàn)高精度的準(zhǔn)確定位,適合外業(yè)刺點(diǎn)定位操作；

(3)電池可拆卸,電池使用時(shí)間可達(dá)到5 h。

(4)設(shè)備操作系統(tǒng)為Windows 7,因此能直接支持和安裝大量的軟件,與內(nèi)業(yè)設(shè)備軟件直接對(duì)接,大大節(jié)約軟件開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本；

(5)Getac已經(jīng)有比較多的客戶群體,其設(shè)備可靠性經(jīng)過(guò)了市場(chǎng)檢驗(yàn)；

(6)Getac的設(shè)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(cè)外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

采用三層架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì),如圖1所示。分為基礎(chǔ)平臺(tái)層、數(shù)據(jù)資源層和業(yè)務(wù)功能層。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

(1)基礎(chǔ)平臺(tái)層

系統(tǒng)搭建的基礎(chǔ)支持。調(diào)繪系統(tǒng)運(yùn)行于MicroStation V8。

(2)數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是以系統(tǒng)需求為基礎(chǔ),參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,應(yīng)用地理信息技術(shù),按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),建立起來(lái)滿足數(shù)字調(diào)繪系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

按照系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能范圍,系統(tǒng)必備的數(shù)據(jù)包括:用于GPS實(shí)時(shí)定位的影像數(shù)據(jù)或者道路線劃數(shù)據(jù)；用于調(diào)繪底圖的影像數(shù)據(jù),內(nèi)業(yè)采集地形數(shù)據(jù),調(diào)繪采集編輯需要用到的要素符號(hào)庫(kù),線型庫(kù),屬性庫(kù)以及管理信息。

(3)業(yè)務(wù)功能層

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)的各種業(yè)務(wù)功能。根據(jù)系統(tǒng)的需求將各類(lèi)應(yīng)用分類(lèi)為不同的模塊組,對(duì)功能進(jìn)行管理,為用戶提供操作界面。

3.2 平板電腦與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)交換設(shè)計(jì)

外業(yè)調(diào)繪還需要注意的問(wèn)題是內(nèi)外業(yè)平臺(tái)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的無(wú)縫銜接。調(diào)繪系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)系統(tǒng)均基于MicroStation,成果的數(shù)據(jù)文件都是DGN文件,在文件格式的兼容性上不存在問(wèn)題。但是若要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)不需任何轉(zhuǎn)換就在兩系統(tǒng)間通用,就需要統(tǒng)一內(nèi)外業(yè)要素配置方案,保證兩者數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)定義相同。因此,盡管內(nèi)外業(yè)要素繪制方法有差異,操作命令不同,但對(duì)于同一種地形圖要素,內(nèi)外業(yè)必須采用相同的編碼、層、色、線型、字體等屬性進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在航測(cè)生產(chǎn)中,內(nèi)業(yè)系統(tǒng)包含了規(guī)范要求的所有地形圖要素,但野外調(diào)繪需要表達(dá)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(diào)繪要素配置時(shí),要將調(diào)繪要素與內(nèi)業(yè)系統(tǒng)的相應(yīng)要素一一對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)最終的交換方式是:內(nèi)業(yè)系統(tǒng)參考外業(yè)調(diào)繪DGN成果文件,然后通過(guò)系統(tǒng)自帶的參考合并工具,將調(diào)繪成果合并到內(nèi)業(yè)DGN數(shù)據(jù)文件,進(jìn)行核實(shí)和利用,達(dá)到數(shù)據(jù)的無(wú)縫銜接。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

(1)調(diào)繪影像加載

調(diào)繪工作底圖的精度直接影響到調(diào)繪成果的定位精度。小比例尺標(biāo)準(zhǔn)圖框范圍的TIF影像文件通常會(huì)達(dá)到幾百兆,直接在外業(yè)平板上打開(kāi)影像,等待時(shí)間常以分鐘計(jì),比較漫長(zhǎng)。調(diào)繪系統(tǒng)中提供將影像進(jìn)行預(yù)處理,建立金字塔,所有層級(jí)的影像金字塔存到最終生成的文件中。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的影像文件,只需要幾秒即可以完成加載,同時(shí)影像瀏覽和縮放的速度也能瞬間完成。通過(guò)打開(kāi)調(diào)繪影像圖,系統(tǒng)自動(dòng)新建調(diào)繪地形圖文件,識(shí)別影像的坐標(biāo)、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(yè)調(diào)繪涉及地形圖要素的采集。對(duì)點(diǎn)、線、面、注每種要素的基本表達(dá)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(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)無(wú)縫銜接,調(diào)繪的要素屬性設(shè)置與內(nèi)業(yè)采集系統(tǒng)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(gòu)造與內(nèi)業(yè)成果一致。同時(shí),鑒于外業(yè)平板電腦沒(méi)有鼠標(biāo)和鍵盤(pán)設(shè)備,輸入依賴(lài)于觸筆,在程序中實(shí)現(xiàn)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(yè)調(diào)繪系統(tǒng)的輸入方式只能依賴(lài)于觸筆,從操作方便性來(lái)說(shuō)要比臺(tái)式機(jī)鼠標(biāo)鍵盤(pán)的操作方式差很多,觸控筆的定位準(zhǔn)確性也不高。為了提高觸筆的操作體驗(yàn)和定位精度,在系統(tǒng)中,提供了在要素繪制過(guò)程中,支持觸控筆移動(dòng)定位點(diǎn)；支持作業(yè)員在系統(tǒng)中的手寫(xiě)功能。在界面設(shè)計(jì)上,為外業(yè)調(diào)繪增加快捷菜單,同時(shí)用記錄下最近操作的要素,以便快速選擇；同時(shí)對(duì)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(duì)觸筆,還提供如要素汲取、點(diǎn)位微調(diào)、線面定長(zhǎng)繪制、線面正交繪制等。

Getac E100鍵盤(pán)提供了0～9數(shù)字鍵,ESC鍵盤(pán), ENTER鍵盤(pán),Del鍵。在臺(tái)式機(jī)中,MicroStation的要素繪制操作,鼠標(biāo)左鍵表示輸入點(diǎn)位,鼠標(biāo)右鍵表示要素繪制結(jié)束。在系統(tǒng)中,為了提高觸筆效率,利用鍵盤(pán)的ENTER鍵作為繪制結(jié)束鍵以及功能確認(rèn)鍵。ESC鍵作為功能撤銷(xiāo)鍵。

(4)GPS功能

由于航測(cè)調(diào)繪常常需要在區(qū)縣或者偏僻的鄉(xiāng)村進(jìn)行,找路以及識(shí)別方向常常是比較困擾作業(yè)員的事情。系統(tǒng)根據(jù)平板電腦自帶的GPS硬件,研發(fā)了GPS功能,獲取當(dāng)前的WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo),將其轉(zhuǎn)換為當(dāng)前的調(diào)繪坐標(biāo),以輔助作業(yè)員找到自己在圖上的位置,同時(shí)自動(dòng)記錄下作業(yè)員的調(diào)繪軌跡,以便檢查員查詢。

布設(shè)于平板電腦的外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 調(diào)繪系統(tǒng)界面

4 總 結(jié)

使用數(shù)字化調(diào)繪作業(yè)平臺(tái)后,數(shù)字工作底圖可以在平板電腦上無(wú)級(jí)縮放,調(diào)繪的各種要素用統(tǒng)一定制的矢量符號(hào)進(jìn)行精確定位表示,解決了紙質(zhì)調(diào)繪片圖面負(fù)載的問(wèn)題；內(nèi)業(yè)使用電子調(diào)繪片時(shí),可以直接與采集的矢量數(shù)據(jù)套合判讀,部分要素甚至可以直接使用,減少了內(nèi)外業(yè)成果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)繪過(guò)程中的精度損失,提升了工作效率。同時(shí)使用數(shù)字化調(diào)繪技術(shù)后,小雨天亦可作業(yè),弱化了天氣影響。目前,該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于重慶市1∶5 000地形圖測(cè)繪項(xiàng)目,縮短了外業(yè)作業(yè)時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,取得了良好的效果。

[1] 王華，楊曦承，楊華先等.使用電子調(diào)繪系統(tǒng)的內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)方法[J].地理空間信息，2009，7(3)：15～17.

[2] 李芹.像片外業(yè)調(diào)繪生產(chǎn)工藝流程的改進(jìn)[J].測(cè)繪與空間地理信息，2008(3)：62～64.

[3] 洪亮，羅伊，蔡冰等.移動(dòng)設(shè)備外業(yè)調(diào)繪系統(tǒng)研制[J].地理空間信息，2010(2)：23～25.

[4] 王海鷹.航測(cè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].城市勘測(cè)，2008(2)：67～68.

[5] 蘇豪將，李德明，張進(jìn)民.大比例尺航測(cè)數(shù)字化測(cè)圖內(nèi)轉(zhuǎn)外作業(yè)中的精度控制[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2005(4)：19～21.

[6] 歐金標(biāo).EPSW軟件在全野外數(shù)字化生產(chǎn)中的應(yīng)用淺析[J].山西建筑，2007，33(8)：367～368.

[7] 朱紫陽(yáng)，丁華祥.三種內(nèi)外業(yè)一體化調(diào)繪數(shù)據(jù)采集平面精度探討[J].測(cè)繪通報(bào)，2010(6)：69～71.

[8] GB T13977-92.1∶5000、1∶10000地形圖航空攝影測(cè)量外業(yè)規(guī)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(tǒng)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)工作。

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2011BAH12B07-03)