水準測量內外業數據處理接口程序設計與實現

高 杰，趙德軍，秦文振

（1.西安測繪總站，陜西 西安 710054）

水準測量從外業數據采集到最終水準成果，要經過一系列復雜又繁瑣的數據處理過程，作業效率低、勞動量大。設計開發一款支持不同型號電子水準儀的內外業數據接口程序代替部分人工作業，既能簡化水準測量作業過程又能保證成果精度。

1 水準測量作業現狀

水準測量作業過程主要分為外業數據采集與內業數據處理兩大部分。水準外業測量主要采用數字水準儀配合掌上電腦（PDA）自動記錄觀測數據，檢查數據的完整性、連續性及各項限差，并進行概算。內業數據處理時，對算組按概算與平差程序格式要求準備采用數據；與外業原始成果進行“兩遍無誤”校對；上機解算并輸出最終水準成果。

水準測量作業過程繁瑣、工作量大、效率低下[1-3]。其流程如圖1虛線箭頭所示。

圖1 水準測量流程圖

2 接口設計

2.1 設計原則

接口要求能夠簡化水準測量作業過程、提高工作效率，設計上既要考慮與現有內、外業軟件連接，又要考慮能否準確有效地代替人工作業。因此設計必須堅持以下5點原則：

1）可連接性。接口是連接內、外業數據處理軟件的中間程序，必須能夠很好地與內、外業軟件連接[4-6]。

2）準確性。接口的使用不能影響最終水準測量成果的精度。

3）容錯性。水準測量資料多樣，接口必須能夠排除差異，檢查資料完整性與正確性，輸出錯誤報告。

4）可擴充性。接口在使用的過程中，為滿足需求，其功能需不斷增加，設計上必須充分考慮升級和擴充的可行性[7-9]。

5）兼容性。接口必須能夠支持不同型號的電子水準儀器，能對不同格式的數據進行轉換。

2.2 整體結構設計

接口以每條路線為一個循環，計算出內業處理所需數據，按要求排列、組合并輸出結果文件。

首先，接口從外業工程文件中提取信息，為測量等級、路線名、測段起止點編號、測站編號、儀器信息、標尺信息、測站數、觀測方向、高差、距離、溫度、觀測時間等分別開辟變量或數組。其次，準備重力值、儀器檢驗、已知點、點之記等資料，接口根據測量信息在資料中搜索對應的參數并寫入相應的文件。最后，接口輸出起算高程、觀測高差、點位說明3個概算與平差所需文件，如采用數據、特殊情況、水準標尺長度改正系數計算表、起算數據表、錯誤報告5個說明文件。接口整體結構設計如圖2所示。

圖2 整體結構設計圖

3 接口實現

3.1 數據分析與計算

采用數據按程序要求分別為起算高程、觀測高差、點位說明3個文件，主要包括：

1）點名、測段距離、測站數、測段高差。均從外業工程中提取。

2）起算高程。從已知點資料中讀取。

3）點位坐標。水準點大地經緯度，從點之記資料中讀取。

4）觀測時間。往、返測開始及結束時刻。每一測段信息中必須包含該測段觀測開始及結束時刻，格式如“201205 150807 201205 150910”，分別表示觀測開始及結束時刻“年月 日時分”。外業觀測時，每一測站記錄一次時間，取第一測站與最后一測站時刻為測段的開始與結束時刻。

5）標尺長度改正系數。根據標尺信息，如“No.37881、No.37899”，從儀器檢驗資料中提取對應的信息，如檢定日期、有效期、測前測后米間隔長度平均值修正，求出一副標尺米間隔長度平均值修正平均值。

6）重力值。實測重力值從重力測量成果中獲取。未實測重力的水準點，其重力值由布格異常計算。

7）平均溫度。一測段包含若干測站，每一測站記錄一個溫度，取一個測段所有測站溫度的平均值為該測段平均溫度。

8）標尺膨脹系數及檢定溫度。根據標尺編號從儀器檢定資料中查取，不具備檢定條件時，采用因瓦材料在標準氣象條件下的膨脹系數α=1×10-6m/(m·℃)=1×10-3mm/(m·℃)進行水準標尺溫度改正計算。

3.2 輸出文件與格式

1）概算與平差所需文件：包括起算高程、觀測高差、點位說明文件。每條路線的開始與結束標記符分別為lineN、END，其中N為路線號；路線中的每條測段單獨為一行，測段中各信息用空格符隔開；各項信息按一定順序存放在3個文件中[10]。

2）說明文件：包括采用數據、特殊情況、水準標尺長度改正系數計算表、起算數據表、錯誤報告文件，說明計算中所采用的各項參數和出現的特殊情況，按技術設計要求格式排版。

4 接口應用

本接口在中國大陸構造環境監測網絡基準站一、二等水準聯測等任務中試用，共處理一等水準路線30余條、二等水準路線20余條，170多個測段，計算距離共500多km。與常規作業相比，接口輸出的文件格式整齊、參數準確、數據項目完善，完全滿足內業數據處理需求。兩套水準測量最終成果精度一致，作業效率可提高一倍。使用接口作業與常規作業比較如表1所示。

表1 接口使用前后對比表

5 結 語

接口簡化了繁瑣的數據處理過程（如圖1實線箭頭所示），減輕了工作量，確保了水準成果精度，使水準內業作業效率提高了一倍，能夠很好地代替人工處理與數據準備。

[1]GB/T12897-2006.國家一、二等水準測量規范[S].

[2]翟翊,趙夫來.現代測量學[M].北京:解放軍出版社,2003

[3]呂志平,張建軍,喬書波.大地測量學基礎[M].北京:解放軍出版社,2005

[4]駱奇峰,涂學仕,何宗友.《國家一、二等水準測量規范》新舊版本的比較[J].地理空間信息,2012,10(4):144-146

[5]羅海濱,趙顯富.電子手簿在水準測量實踐教學中的應用研究[J].測繪科學,2012(6):187-188

[6]楊海明,李春燕.基于Windows Mobile的水準測量記簿系統的設計與開發[J].地理空間信息,2010,8(4):97-100

[7]王海城,何義斌.水準測量內外業PDA一體化系統開發[J].測繪科學,2007(3):62-64

[8]關延峰.精密二等水準測量質量控制研究[J].測繪與空間地理信息.2013(4):195-198

[9]程會超,張之友.全站儀數據格式轉換程序設計與實現[J].地理空間信息,2013,11(6):67-69

[10]王明孝,陳建斌.北斗數據接入中間件的設計與實現[J].測繪工程,2013(6):20-23