像控測量內(nèi)外業(yè)一體化的實現(xiàn)與應(yīng)用

夏 振，陳橋驛，黃永芳

（1.廣東省國土資源測繪院,廣東 廣州 515000）

遙感是基于物體電磁波輻射和反射特性,運用傳感器非接觸式獲取探測目標信息的一種現(xiàn)代技術(shù)[1-2]。像控測量是實現(xiàn)像點攝影坐標系到大地坐標系轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是攝影測量解析空三加密和遙感衛(wèi)星影像幾何糾正等領(lǐng)域的基本測量工作[3-4]。傳統(tǒng)的像控測量需攜帶像控點的紙質(zhì)照片或電子照片,通過鏈接CORS系統(tǒng)開展動態(tài)RTK測量或靜態(tài)測量,在外業(yè)觀測完畢并解算后尚需整理諸多表格、像控點環(huán)境照片和制作像控測量上交資料成果等,極易出錯,修改過程繁瑣,作業(yè)效率低,成果質(zhì)量難以保障,因此這是困擾廣大測繪作業(yè)人員的一大難題。

隨著移動通信進入5G時代,高網(wǎng)速、大容量和低延時的移動通信網(wǎng)絡(luò)已成為國家信息高速公路的基礎(chǔ)設(shè)施[5-6]。作為信息高速公路快速增長極之一的智能手機,早已成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚耐ㄐ殴ぞ?也是野外測量人員日常攜帶的必需設(shè)備。智能手機內(nèi)置的Android系統(tǒng)是由Google公司于2007年發(fā)布的一個開放、自由的終端平臺[7-8]。經(jīng)過多年發(fā)展,Android系統(tǒng)目前已更新到Android10.0版本,為野外現(xiàn)場采集像控測量數(shù)據(jù)、建立像控測量數(shù)據(jù)庫、進而實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化提供了技術(shù)可能。

本文基于Android系統(tǒng)和Windows系統(tǒng),結(jié)合像控測量工作實際,研制了一款內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)軟件,可在一定程度上實現(xiàn)“零內(nèi)業(yè)”目標,能較大幅度地提高工作效率,并已在廣東省2020年高分辨率航空影像數(shù)據(jù)更新項目生產(chǎn)中得到了較好的推廣應(yīng)用。

1 軟件功能分析與設(shè)計

為實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化,盡量減少人工參與像控內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)整理,在充分利用GNSS測量儀器和Android智能手機優(yōu)越性的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了軟件的總體框架（圖1）,為內(nèi)外業(yè)一體化打通了技術(shù)通道。

圖1 軟件總體框架

通過從GNSS接收機中導出csv格式提供RTK測量數(shù)據(jù)成果,通過Rinex格式提供靜態(tài)測量觀測數(shù)據(jù)成果。像控工作需要野外記錄的其他文字信息和照片通過手機App采集,并實時寫入Android設(shè)備內(nèi)置的SQLite數(shù)據(jù)庫中；再匯集到Windows環(huán)境下的桌面處理程序,通過點名匹配原則實現(xiàn)像控測量成果的規(guī)則化整理和批量輸出。

1.1 外業(yè)觀測App功能分析

外業(yè)觀測App需要滿足野外采集像控測量作業(yè)所需人工填寫和記錄的所有信息的要求,主要功能包括觀測基本情況設(shè)置信息（觀測人員姓名、檢查人員姓名、觀測儀器的類型和編號、觀測模式信息、觀測時刻氣溫和天氣狀況）,控制點測量基本信息（控制點的名稱、各時段儀器高數(shù)值與照片、儀器高量取方式與讀數(shù)照片、采樣間隔、截止高度角等）,像控點周圍環(huán)境信息（像控點的近景、中景、遠景、點位照片）,像控點詳細位置信息（概略經(jīng)緯度、概略大地高、在地形圖上的圖幅號、在矢量地圖上的位置、在影像地圖上的位置）,元素完備性檢查（檢查外業(yè)必填項是否漏填或漏采集）。外業(yè)觀測App功能模塊如圖2所示。

圖2 外業(yè)觀測App功能分析

1.2 桌面處理程序功能分析

桌面處理程序是實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)交匯以及輸出像控測量成果的關(guān)鍵,是實現(xiàn)批量化程序處理的核心所在。在實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)交匯的基礎(chǔ)上,該程序的主要功能包括生成野外觀測記錄表、生成控制點點位信息表、生成控制點成果列表、導出控制點成果和質(zhì)量檢查與分析等。其功能模塊如圖3所示。

圖3 桌面處理程序功能分析

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 測量數(shù)據(jù)處理流程

外業(yè)觀測App與GNSS觀測數(shù)據(jù)的配合,是實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的關(guān)鍵,技術(shù)流程如圖4所示。首先,在動態(tài)RTK測量模式下,每天作業(yè)完畢后將儀器觀測數(shù)據(jù)導出為csv文件；在靜態(tài)測量模式下,將作業(yè)數(shù)據(jù)導出為Rinex格式文件；同時將外業(yè)觀測App記錄的SQLite數(shù)據(jù)庫和拍攝的各種照片導入電腦。然后,利用RTK解算軟件平差解算得到控制點平差后坐標,或采用靜態(tài)平差軟件獲取靜態(tài)平差解算坐標,并參考實測位置在航片上刺點。最后,在桌面處理程序中,通過控制點點名實現(xiàn)各項采集記錄數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)；利用桌面處理程序解析原始觀測記錄,尋找同名點,關(guān)聯(lián)成果和自動完成后續(xù)內(nèi)業(yè)工作。

圖4 測量數(shù)據(jù)處理流程圖

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在像控測量內(nèi)外業(yè)一體化過程中,數(shù)據(jù)庫在后臺起到組織協(xié)調(diào)的關(guān)鍵作用。首先在App內(nèi)部自動構(gòu)建數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表,作業(yè)組野外測量操作App的過程實質(zhì)上就是一個建庫過程；然后在桌面處理程序中,繼續(xù)利用野外建立的數(shù)據(jù)庫將接收機的觀測值和航片刺點信息導入數(shù)據(jù)庫中；最后將多個觀測組單獨建立的數(shù)據(jù)庫合并為一個數(shù)據(jù)庫,為從數(shù)據(jù)庫導出像控測量所需成果資料作準備（圖5）。

圖5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計思路

2.3 內(nèi)業(yè)表格輸出

動態(tài)鏈接庫是微軟公司在Windows操作系統(tǒng)中實現(xiàn)共享函數(shù)庫概念的一種方式,可使進程調(diào)用不屬于其可執(zhí)行代碼的函數(shù)[9-10]。桌面端程序內(nèi)部調(diào)用微軟公司W(wǎng)ord軟件的動態(tài)鏈接庫文件,通過COM批量輸出滿足項目技術(shù)設(shè)計書要求的各項內(nèi)外業(yè)表格。首先直接以項目技術(shù)設(shè)計書中的Word文檔作為預先定義的Word模板,然后在固定位置定義書簽（Bookmark）,最后在桌面處理程序中逐書簽替換內(nèi)容,實現(xiàn)各種樣式成果表的批量輸出。批量輸出內(nèi)業(yè)表格的流程如圖6所示。

圖6 內(nèi)業(yè)表格輸出流程圖

3 軟件設(shè)計實現(xiàn)

3.1 外業(yè)觀測App

1）根據(jù)Android智能手機操作系統(tǒng)實際,以Java為編程語言,以Android Studio3.4為編程工具開發(fā)外業(yè)觀測App。操作界面如圖7所示,在該界面中可實現(xiàn)項目設(shè)置、控制點名稱輸入、觀測環(huán)境（近景、中景、遠景、拍點位）拍攝、點位描述填寫、觀測天氣和氣溫填寫等功能。

圖7 外業(yè)觀測App主界面

2）采集要素完備性檢查。在主界面點擊自檢查按鈕,App將進入如圖8所示界面,進行采集要素的完備性檢查。采集完畢的打鉤,尚未采集的不打鉤,提示觀測者補充；待要素采集完畢后,才能通過并保存。

圖8 采集要素完備性檢查界面

3.2 桌面處理程序

1）主界面。桌面處理程序是實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的關(guān)鍵處理軟件,采用C#編程語言,在Visual Studio2010中編寫實現(xiàn)。其主界面如圖9所示。桌面處理軟件自動讀取外業(yè)觀測App導出的野外觀測數(shù)據(jù)和測量儀器數(shù)據(jù),即可進行數(shù)據(jù)處理。

圖9 桌面處理程序主界面

2）點位信息表生成。通過點擊主界面中帶復選框的下拉控制點列表,可逐一生成被選中的控制點的點位信息表、野外觀測記錄表、控制點成果表和導出單點成果。點位信息表效果如圖10所示。

圖10 點位信息表

3）野外觀測記錄表生成。桌面處理程序可自動解析動態(tài)RTK原始觀測數(shù)據(jù)和靜態(tài)GNSS觀測得到的Rinex數(shù)據(jù),可準確無誤地批量生成動態(tài)RTK像控和靜態(tài)像控野外觀測記錄表。以動態(tài)RTK為例,自動生成的野外觀測記錄表如圖11所示。

圖11 動態(tài)RTK野外觀測記錄表

4）質(zhì)量檢查與分析。點擊主界面右上角的質(zhì)量分析按鈕,自動跳轉(zhuǎn)至質(zhì)量檢查與分析模塊,如圖12所示。該模塊集成了瀏覽任何一個控制點全部信息的功能,主要包括控制點名稱,作業(yè)員,檢查員,平差解算后精確三維坐標,圖幅號,接收機型號和編碼,刺點航片編號,近景,中景,遠景,點位照片,各時段儀器高照片和數(shù)值,手機概略經(jīng)緯度和高程,原始觀測數(shù)據(jù)內(nèi)符合精度分析報告等,為質(zhì)量檢查部門提供了全方位的一覽信息。

圖12 質(zhì)量檢查與分析模塊界面

3.3 效率提升對比

本文設(shè)計的像控測量內(nèi)外業(yè)一體化軟件能較大幅度地減少像控測量內(nèi)業(yè)整理工作。主要的效率提升情況如表1所示。

表1 效率提升對比

4 結(jié) 語

本文綜合運用Android智能手機和Windows操作系統(tǒng)編程語言,實現(xiàn)了一套像控測量內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)軟件,目前已在2020年廣東省高分辨率航空影像數(shù)據(jù)更新項目的野外測量工作中得到了全面推廣應(yīng)用。該軟件提供的野外信息采集記錄和批量化的數(shù)據(jù)處理功能,可大幅降低像控測量內(nèi)外業(yè)難度,取得了較好的應(yīng)用效果。本文的實現(xiàn)思路,可為高等級GNSS觀測、水準測量、控制點普查等外業(yè)測量工作的內(nèi)外業(yè)一體化提供參考。