黃 鶴，邱冬煒，周樂皆，周命端

(北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院，北京 100044)

校園測(cè)量控制網(wǎng)及其應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)

黃 鶴，邱冬煒，周樂皆，周命端

(北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院，北京 100044)

根據(jù)北京建筑大學(xué)測(cè)繪類專業(yè)及非專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際需求，以及全國(guó)和市級(jí)測(cè)繪技能大賽的場(chǎng)地要求，結(jié)合新校區(qū)內(nèi)地形地物的具體條件，設(shè)計(jì)并建設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)化校園測(cè)量控制網(wǎng)，并自主研發(fā)了基于全景影像的控制點(diǎn)管理與應(yīng)用系統(tǒng)，使校園測(cè)量控制網(wǎng)在實(shí)踐教學(xué)中的使用更加合理化、信息化。

校園測(cè)量控制網(wǎng)；實(shí)踐教學(xué)；測(cè)繪技能大賽；應(yīng)用系統(tǒng)

測(cè)量控制網(wǎng)是各高校測(cè)繪類專業(yè)實(shí)施專業(yè)課實(shí)踐教學(xué)的必要條件，也是學(xué)生提高綜合實(shí)踐能力的重要保障。建設(shè)一套完整、標(biāo)準(zhǔn)且可靠的校園測(cè)量控制網(wǎng)，可使實(shí)踐教學(xué)在真實(shí)的測(cè)量環(huán)境中進(jìn)行，并且可以對(duì)學(xué)生所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀的成果評(píng)價(jià)，保證理論與實(shí)踐的密切結(jié)合[1]。

北京建筑大學(xué)測(cè)繪與城市空間信息學(xué)院設(shè)有測(cè)繪工程、地理信息科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)3個(gè)本科專業(yè)，每年要完成測(cè)繪類專業(yè)的數(shù)字地形測(cè)量學(xué)、控制測(cè)量學(xué)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、工程測(cè)量學(xué)、激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)與應(yīng)用等主干專業(yè)課程的實(shí)踐教學(xué)，另外還肩負(fù)著針對(duì)建筑與城市規(guī)劃、土木與交通工程、環(huán)境與能源工程等非測(cè)繪類專業(yè)工程測(cè)量課程的實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)。

北京建筑大學(xué)大興新校區(qū)占地50.1萬m2，2009年3月啟動(dòng)建設(shè)，2011年開始投入使用。目前，經(jīng)過共三期的建設(shè)工程，其主要建筑物的建設(shè)布局基本固定，校園內(nèi)主干道路也已完善。為貫徹學(xué)?！按笈d校區(qū)建成高質(zhì)量本科人才培養(yǎng)基地，西城校區(qū)建成高水平人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化協(xié)同創(chuàng)新基地”的“兩高”發(fā)展布局目標(biāo)，滿足本科生測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)及考慮每年舉行的北京市大學(xué)生測(cè)繪技能大賽，建設(shè)布置合理、精度可靠、便于使用的校園測(cè)量控制網(wǎng)已迫在眉睫。

1 控制網(wǎng)設(shè)計(jì)與建設(shè)

1.1 總體設(shè)計(jì)

校園測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)以“分級(jí)布設(shè)、逐級(jí)控制”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)?？刂凭W(wǎng)不僅要滿足測(cè)繪類專業(yè)的各門類常規(guī)實(shí)踐教學(xué)的需要，還需考慮非測(cè)繪專業(yè)工程測(cè)量課程的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)，并且需要專門為測(cè)繪技能大賽建設(shè)模擬場(chǎng)地。

整個(gè)校園控制網(wǎng)分為兩個(gè)級(jí)別布設(shè)，首級(jí)控制網(wǎng)作為校園內(nèi)的起算基準(zhǔn)，嚴(yán)格按照D級(jí)GPS控制點(diǎn)的精度要求建設(shè)，并為測(cè)繪技能大賽模擬場(chǎng)地提供起算數(shù)據(jù)；二級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)首級(jí)控制網(wǎng)，布設(shè)在校園內(nèi)各個(gè)交叉路口，直接提供給學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)時(shí)使用，選點(diǎn)時(shí)確保點(diǎn)位使用的方便性，盡量不妨礙校園內(nèi)交通。

1.2 首級(jí)控制網(wǎng)

首級(jí)平面控制網(wǎng)利用校園周邊060、059、106 3個(gè)C級(jí)GPS點(diǎn)(如圖1所示)，采用GNSS靜態(tài)相對(duì)定位方法及約束平差法，通過固定3點(diǎn)使用自由網(wǎng)平差進(jìn)行解算，并得到三維坐標(biāo)，最終再由三維坐標(biāo)通過高斯投影得到高斯平面直角坐標(biāo)系下的二維平面坐標(biāo)[2]。

圖1 首級(jí)控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)網(wǎng)形

首級(jí)平面控制網(wǎng)由校園內(nèi)的26個(gè)GNSS控制點(diǎn)構(gòu)成(如圖2所示)?？紤]到后續(xù)使用的方便性，每個(gè)首級(jí)控制點(diǎn)均確保一個(gè)以上的通視點(diǎn)位方向。

圖2 GNSS首級(jí)控制網(wǎng)分布

針對(duì)首級(jí)平面控制網(wǎng)的GNSS外業(yè)測(cè)量，網(wǎng)形布設(shè)形式采用邊連式，使用3臺(tái)Trimble R8型GNSS接收機(jī)和16臺(tái)華測(cè)i50 GNSS接收機(jī)同步觀測(cè)，各測(cè)站的靜態(tài)觀測(cè)應(yīng)滿足下列要求：衛(wèi)星截止高度角為15°，有效觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù)≥4，觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥1.6，時(shí)段長(zhǎng)度≥60 min，數(shù)據(jù)采集間隔為15 s，天線安置對(duì)中誤差不大于1 mm，互為120°方向上量取的天線高之差小于3 mm。靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理使用了TBC軟件。

所有GNSS首級(jí)控制點(diǎn)的高程均從位于大興區(qū)黃村鎮(zhèn)的一等水準(zhǔn)點(diǎn)(II京黃7新)通過二等水準(zhǔn)測(cè)量引測(cè)。

1.3 圖根控制點(diǎn)

為了同時(shí)滿足4個(gè)班級(jí)(24個(gè)小組)以上的實(shí)踐教學(xué)，在校園內(nèi)主要干道的交叉路口布設(shè)了120個(gè)圖根控制點(diǎn)。

針對(duì)導(dǎo)線測(cè)量需耗費(fèi)大量人力、物力和時(shí)間，觀測(cè)環(huán)境要求苛刻的缺點(diǎn)，圖根控制點(diǎn)的成果直接采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(GNSS RTK)來獲取，大大提高了控制測(cè)量的作業(yè)效率。經(jīng)前期驗(yàn)證，GNSS RTK技術(shù)得到的控制點(diǎn)坐標(biāo)成果不亞于全站儀導(dǎo)線測(cè)量精度，最大坐標(biāo)較差在3 cm，完全滿足平面精度指標(biāo)。

2 測(cè)繪技能大賽模擬場(chǎng)建設(shè)

測(cè)繪技能大賽可有效培養(yǎng)學(xué)生的參與意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，并能檢驗(yàn)學(xué)生的外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理等水平，有助于提高學(xué)生利用高新技術(shù)解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力，進(jìn)而滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中對(duì)高端技術(shù)技能型測(cè)繪人才的需求[3-4]。

為達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果，促進(jìn)測(cè)繪及相關(guān)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的提高，北京建筑大學(xué)每年舉行校級(jí)測(cè)繪技能大賽(包括專業(yè)組與非專業(yè)組)，并通過該賽事選拔參加北京市測(cè)繪技能大賽及全國(guó)大學(xué)生測(cè)繪技能大賽的優(yōu)秀小組。其中，專業(yè)組比賽項(xiàng)目為二等水準(zhǔn)測(cè)量、一級(jí)電磁波測(cè)距導(dǎo)線測(cè)量、1∶500數(shù)字測(cè)圖；非專業(yè)組為圖根電磁波測(cè)距導(dǎo)線測(cè)量、四等水準(zhǔn)測(cè)量及全站儀極坐標(biāo)法點(diǎn)位測(cè)設(shè)。

本文根據(jù)校園場(chǎng)地條件，借鑒全國(guó)大學(xué)生測(cè)繪技能比賽的競(jìng)賽內(nèi)容及場(chǎng)地要求，建設(shè)了水準(zhǔn)測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、數(shù)字測(cè)圖及點(diǎn)位測(cè)設(shè)4類模擬場(chǎng)地[5～7]。所有場(chǎng)地均可6個(gè)組同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，且互不干擾。具體場(chǎng)地布設(shè)情況如圖3所示。

圖3 測(cè)繪技能大賽模擬場(chǎng)地分布

2.1 導(dǎo)線測(cè)量

導(dǎo)線測(cè)量場(chǎng)地選擇相鄰點(diǎn)間通視條件良好的130 m×180 m范圍的廣場(chǎng)區(qū)域，在四邊形的每個(gè)角點(diǎn)位置布設(shè)測(cè)量控制點(diǎn)。導(dǎo)線路線設(shè)計(jì)為附合路線，經(jīng)過兩個(gè)指定未知點(diǎn)，為每組提供兩個(gè)互相通視的平面控制點(diǎn)作為附合導(dǎo)線的起、閉點(diǎn)，并互相作為定向點(diǎn)。導(dǎo)線測(cè)量控制點(diǎn)的平面坐標(biāo)成果，通過全站儀導(dǎo)線測(cè)量方法聯(lián)測(cè)校園首級(jí)控制網(wǎng)獲得，可同時(shí)滿足一級(jí)導(dǎo)線和圖根導(dǎo)線的比賽要求。

2.2 水準(zhǔn)測(cè)量

水準(zhǔn)測(cè)量場(chǎng)地可同時(shí)滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量和四等水準(zhǔn)測(cè)量的比賽要求。水準(zhǔn)路線為附合路線，全長(zhǎng)約1.6 km，包括2組已知點(diǎn)和3組待定點(diǎn)，共分為4個(gè)測(cè)段。

2.3 數(shù)字測(cè)圖

數(shù)字測(cè)圖場(chǎng)地分為“全站儀”與“GNSS”場(chǎng)地。其中，“全站儀+草圖法”的測(cè)圖場(chǎng)地選擇在區(qū)域通視條件良好的宿舍區(qū)，布設(shè)共用定向點(diǎn)和共用檢核點(diǎn)各一個(gè)，每個(gè)小組提供一個(gè)測(cè)站點(diǎn)；為滿足“GNSS+草圖法”的觀測(cè)要求，測(cè)圖場(chǎng)地選擇在衛(wèi)星信號(hào)接收條件良好、地物要素齊全、難度適中，并能供多個(gè)小組同時(shí)競(jìng)賽的大操場(chǎng)內(nèi)，為每個(gè)小組布設(shè)了兩個(gè)控制點(diǎn)和一個(gè)檢查點(diǎn)，可利用GNSS流動(dòng)站在已知點(diǎn)上測(cè)量并確定坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)后開始測(cè)圖。

2.4 點(diǎn)位測(cè)設(shè)

為實(shí)現(xiàn)全站儀極坐標(biāo)法點(diǎn)位測(cè)設(shè)，在校園廣場(chǎng)周邊布設(shè)了6個(gè)測(cè)站點(diǎn)位，比賽時(shí)可利用通視良好的首級(jí)控制點(diǎn)作為定向點(diǎn)。測(cè)設(shè)點(diǎn)位視情況隨機(jī)確定。

3 應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)

隨著智能手機(jī)的廣泛普及，校園測(cè)量控制網(wǎng)的成果發(fā)布形式逐漸發(fā)生變化。為了科學(xué)、有效地管理校園測(cè)量控制網(wǎng)，提高實(shí)踐教學(xué)中踏勘選點(diǎn)的效率，便于教師和學(xué)生利用控制點(diǎn)坐標(biāo)成果，本文自主開發(fā)了基于全景影像的校園測(cè)量控制點(diǎn)管理與應(yīng)用系統(tǒng)[8]。

該系統(tǒng)通過使用需求分析，將主要用戶確定為教學(xué)人員和實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)人員。教學(xué)人員主要是測(cè)繪相關(guān)專業(yè)的教師，在教學(xué)活動(dòng)生產(chǎn)實(shí)踐、校園建設(shè)中經(jīng)常需要用到測(cè)量控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)人員，主要是指實(shí)驗(yàn)室管理人員和廣大開設(shè)測(cè)繪專業(yè)課程的學(xué)生。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將上述兩類用戶分為移動(dòng)客戶端和服務(wù)器端，服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)對(duì)控制點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理，移動(dòng)端面向用戶，滿足用戶需求。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用IDEA作為開發(fā)編譯器，使用Java語言進(jìn)行開發(fā)。在校園測(cè)量控制網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)中的數(shù)據(jù)采用PostgreSQL數(shù)據(jù)庫(kù)軟件管理，包括控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)影像數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)全景數(shù)據(jù)、點(diǎn)之記信息、控制點(diǎn)測(cè)區(qū)基本圖等。其中，作為重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，控制點(diǎn)成果的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見表1。

表1 控制點(diǎn)成果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

服務(wù)器端架設(shè)在阿里云云端，并與本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行交互和信息傳遞；移動(dòng)客戶端在IDEA下編譯，完成界面的布局和功能實(shí)現(xiàn)，并通過真機(jī)測(cè)試，確保運(yùn)行穩(wěn)定流暢。圖4為校園測(cè)量控制網(wǎng)管理與應(yīng)用系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖4 校園測(cè)量控制網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要分為服務(wù)器端和APP端。

服務(wù)器端主要實(shí)現(xiàn)：①控制點(diǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：包括控制點(diǎn)的查詢、插入、刪除、更新等；②用戶管理系統(tǒng)：管理用戶的注冊(cè)、登錄、信息編輯等；③權(quán)限管理系統(tǒng)：由于控制點(diǎn)數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的可靠性至關(guān)重要，因此需要對(duì)用戶權(quán)限加以控制，只有數(shù)據(jù)管理員才具有修改數(shù)據(jù)的權(quán)限，其他用戶只能讀取數(shù)據(jù)和查詢數(shù)據(jù)；④系統(tǒng)管理維護(hù)子系統(tǒng)：維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、高效性，以利于其健康運(yùn)行。

APP端的功能主要有：①用戶登錄：不同用戶具有不同權(quán)限，包括控制點(diǎn)的讀寫、編輯等；②控制點(diǎn)信息查詢：包括控制點(diǎn)詳細(xì)信息(坐標(biāo)、位置、點(diǎn)位說明、通視狀況等)、控制點(diǎn)照片(從不同角度拍攝以利于控制點(diǎn)的尋找)、全景影像(360°查看控制點(diǎn)周圍環(huán)境，以便于更好地尋找到控制點(diǎn)，并在地圖導(dǎo)航功能中當(dāng)APP端接近控制點(diǎn)時(shí)會(huì)自動(dòng)提示并顯示控制點(diǎn)全景，以便于查找)；③地圖導(dǎo)航：實(shí)現(xiàn)用戶尋找控制點(diǎn)的導(dǎo)航功能、路線規(guī)劃、尋找最近點(diǎn)位、搜索附近興趣點(diǎn)等現(xiàn)有導(dǎo)航軟件的基本功能；④控制點(diǎn)收藏與分享：用戶可在地圖上收藏特定點(diǎn)，也可以分享特定點(diǎn)給其他用戶并查看與其相對(duì)位置，規(guī)劃會(huì)和路線等；⑤測(cè)繪工具：包括投影變換、常用坐標(biāo)系參數(shù)、測(cè)得概略坐標(biāo)等；⑥APP端的設(shè)置、幫助、關(guān)于等。圖5為手機(jī)端應(yīng)用界面。

圖5 應(yīng)用平臺(tái)APP端部分界面

4 結(jié) 語

本文合理設(shè)計(jì)和建設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)化校園測(cè)量控制網(wǎng)、測(cè)繪技能大賽模擬場(chǎng)地，并開發(fā)了校園測(cè)量控制點(diǎn)管理與應(yīng)用系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，布設(shè)的控制點(diǎn)能較好地控制整個(gè)校園，為測(cè)量實(shí)訓(xùn)及相關(guān)教學(xué)提供了便利，滿足了本科生實(shí)踐教學(xué)的基本要求；也為教學(xué)、科研與生產(chǎn)相融合提供了精度統(tǒng)一、均勻可靠的控制點(diǎn)坐標(biāo)成果。每年的北京市大學(xué)生測(cè)繪技能大賽均在北京建筑大學(xué)大興校區(qū)進(jìn)行，測(cè)繪技能大賽模擬場(chǎng)地得到了參賽專家們的肯定。校園測(cè)量控制點(diǎn)管理與應(yīng)用系統(tǒng)基于全景影像對(duì)大量控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理，不僅實(shí)現(xiàn)了管理上的智能化，并且提高了查詢及使用的便捷性。

[1] 宋振柏,曹俊茹.校內(nèi)多功能實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地的建立[J].測(cè)繪通報(bào)，2000(5)：43-44.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范：GB/T 18314—2009[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 李天和. 工程測(cè)量技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革與實(shí)踐[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2014(9)：126-128.

[4] 張興福,魏德宏,余旭,等. 工程測(cè)量實(shí)習(xí)教學(xué)模式改革與實(shí)踐[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2016(9)：137-142.

[5] 寧津生，翟翊，宋偉東，等. 深化教學(xué)改革，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)—“首屆全國(guó)大學(xué)生測(cè)繪技能比賽”經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[J]. 測(cè)繪通報(bào)，2009(10)：1-4.

[6] 姜留濤，翟翊. 測(cè)繪類技能大賽的若干關(guān)鍵問題的分析與探討[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2012(11)：102-104.

[7] 翟翊，魏忠邦. 高等學(xué)校大學(xué)生測(cè)繪技能競(jìng)賽的組織與實(shí)施[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2013(1)：97-100.

[8] 隋銘明，束蟬方，陳健，等.校園控制點(diǎn)成果管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2007，30(6)：43-44，48.

Construction of Campus Survey Control Network and Its Application Platform

HUANG He，QIU Dongwei，ZHOU Lejie，ZHOU Mingduan

(Institute of Surveying and Mapping and City Spatial Information, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China)

According to the actual needs of surveying and mapping, non-professional practice teaching and the venue requirements of national and municipal mapping skills competition, a standardized campus measurement control network is designed and built based on the specific conditions of the terrain in the new campus. In addition, the system of control point management and application is developed based on panoramic image independently which achieves the rationalization and informationization of the use of campus measurement control network in practice teaching.

campus measurement control network；practice teaching；mapping skills competition; application system

黃鶴，邱冬煒，周樂皆，等.校園測(cè)量控制網(wǎng)及其應(yīng)用平臺(tái)建設(shè)[J].測(cè)繪通報(bào)，2017(8)：113-116.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0266.

2016-07-22;

2016-10-12

北京建筑大學(xué)校級(jí)實(shí)踐教學(xué)專項(xiàng)基金(J13-11)；北京建筑大學(xué)校級(jí)教育科學(xué)研究項(xiàng)目(Y11-29)

黃 鶴(1977—)，男，博士，主要從事大地測(cè)量方面的教學(xué)與科研工作。E-mail: huanghe@bucea.edu.cn

P208

A

0494-0911(2017)08-0113-04