校園測量控制網及其應用平臺建設

黃 鶴，邱冬煒，周樂皆，周命端

(北京建筑大學測繪與城市空間信息學院，北京 100044)

校園測量控制網及其應用平臺建設

黃 鶴，邱冬煒，周樂皆，周命端

(北京建筑大學測繪與城市空間信息學院，北京 100044)

根據北京建筑大學測繪類專業及非專業實踐教學的實際需求，以及全國和市級測繪技能大賽的場地要求，結合新校區內地形地物的具體條件，設計并建設了標準化校園測量控制網，并自主研發了基于全景影像的控制點管理與應用系統，使校園測量控制網在實踐教學中的使用更加合理化、信息化。

校園測量控制網；實踐教學；測繪技能大賽；應用系統

測量控制網是各高校測繪類專業實施專業課實踐教學的必要條件，也是學生提高綜合實踐能力的重要保障。建設一套完整、標準且可靠的校園測量控制網，可使實踐教學在真實的測量環境中進行，并且可以對學生所測的數據進行客觀的成果評價，保證理論與實踐的密切結合[1]。

北京建筑大學測繪與城市空間信息學院設有測繪工程、地理信息科學、遙感科學與技術3個本科專業，每年要完成測繪類專業的數字地形測量學、控制測量學、衛星導航定位技術、工程測量學、激光雷達測量技術與應用等主干專業課程的實踐教學，另外還肩負著針對建筑與城市規劃、土木與交通工程、環境與能源工程等非測繪類專業工程測量課程的實驗和實習。

北京建筑大學大興新校區占地50.1萬m2，2009年3月啟動建設，2011年開始投入使用。目前，經過共三期的建設工程，其主要建筑物的建設布局基本固定，校園內主干道路也已完善。為貫徹學校“大興校區建成高質量本科人才培養基地，西城校區建成高水平人才培養和科技創新成果轉化協同創新基地”的“兩高”發展布局目標，滿足本科生測繪實踐教學及考慮每年舉行的北京市大學生測繪技能大賽，建設布置合理、精度可靠、便于使用的校園測量控制網已迫在眉睫。

1 控制網設計與建設

1.1 總體設計

校園測量控制網的布設以“分級布設、逐級控制”的原則進行設計。控制網不僅要滿足測繪類專業的各門類常規實踐教學的需要，還需考慮非測繪專業工程測量課程的實驗實習，并且需要專門為測繪技能大賽建設模擬場地。

整個校園控制網分為兩個級別布設，首級控制網作為校園內的起算基準，嚴格按照D級GPS控制點的精度要求建設，并為測繪技能大賽模擬場地提供起算數據；二級控制點聯測首級控制網，布設在校園內各個交叉路口，直接提供給學生實驗、實習時使用，選點時確保點位使用的方便性，盡量不妨礙校園內交通。

1.2 首級控制網

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

圖1 首級控制網聯測網形

首級平面控制網由校園內的26個GNSS控制點構成(如圖2所示)。考慮到后續使用的方便性，每個首級控制點均確保一個以上的通視點位方向。

圖2 GNSS首級控制網分布

針對首級平面控制網的GNSS外業測量，網形布設形式采用邊連式，使用3臺Trimble R8型GNSS接收機和16臺華測i50 GNSS接收機同步觀測，各測站的靜態觀測應滿足下列要求：衛星截止高度角為15°，有效觀測衛星總數≥4，觀測時段數≥1.6，時段長度≥60 min，數據采集間隔為15 s，天線安置對中誤差不大于1 mm，互為120°方向上量取的天線高之差小于3 mm。靜態觀測數據的內業處理使用了TBC軟件。

所有GNSS首級控制點的高程均從位于大興區黃村鎮的一等水準點(II京黃7新)通過二等水準測量引測。

1.3 圖根控制點

為了同時滿足4個班級(24個小組)以上的實踐教學，在校園內主要干道的交叉路口布設了120個圖根控制點。

針對導線測量需耗費大量人力、物力和時間，觀測環境要求苛刻的缺點，圖根控制點的成果直接采用實時動態定位技術(GNSS RTK)來獲取，大大提高了控制測量的作業效率。經前期驗證，GNSS RTK技術得到的控制點坐標成果不亞于全站儀導線測量精度，最大坐標較差在3 cm，完全滿足平面精度指標。

2 測繪技能大賽模擬場建設

測繪技能大賽可有效培養學生的參與意識和團隊協作能力，并能檢驗學生的外業數據采集、內業數據處理等水平，有助于提高學生利用高新技術解決生產實際問題的能力，進而滿足國民經濟建設過程中對高端技術技能型測繪人才的需求[3-4]。

為達到理論聯系實際的效果，促進測繪及相關專業的實踐教學質量的提高，北京建筑大學每年舉行校級測繪技能大賽(包括專業組與非專業組)，并通過該賽事選拔參加北京市測繪技能大賽及全國大學生測繪技能大賽的優秀小組。其中，專業組比賽項目為二等水準測量、一級電磁波測距導線測量、1∶500數字測圖；非專業組為圖根電磁波測距導線測量、四等水準測量及全站儀極坐標法點位測設。

本文根據校園場地條件，借鑒全國大學生測繪技能比賽的競賽內容及場地要求，建設了水準測量、導線測量、數字測圖及點位測設4類模擬場地[5～7]。所有場地均可6個組同時進行測量，且互不干擾。具體場地布設情況如圖3所示。

圖3 測繪技能大賽模擬場地分布

2.1 導線測量

導線測量場地選擇相鄰點間通視條件良好的130 m×180 m范圍的廣場區域，在四邊形的每個角點位置布設測量控制點。導線路線設計為附合路線，經過兩個指定未知點，為每組提供兩個互相通視的平面控制點作為附合導線的起、閉點，并互相作為定向點。導線測量控制點的平面坐標成果，通過全站儀導線測量方法聯測校園首級控制網獲得，可同時滿足一級導線和圖根導線的比賽要求。

2.2 水準測量

水準測量場地可同時滿足二等水準測量和四等水準測量的比賽要求。水準路線為附合路線，全長約1.6 km，包括2組已知點和3組待定點，共分為4個測段。

2.3 數字測圖

數字測圖場地分為“全站儀”與“GNSS”場地。其中，“全站儀+草圖法”的測圖場地選擇在區域通視條件良好的宿舍區，布設共用定向點和共用檢核點各一個，每個小組提供一個測站點；為滿足“GNSS+草圖法”的觀測要求，測圖場地選擇在衛星信號接收條件良好、地物要素齊全、難度適中，并能供多個小組同時競賽的大操場內，為每個小組布設了兩個控制點和一個檢查點，可利用GNSS流動站在已知點上測量并確定坐標系轉換參數后開始測圖。

2.4 點位測設

為實現全站儀極坐標法點位測設，在校園廣場周邊布設了6個測站點位，比賽時可利用通視良好的首級控制點作為定向點。測設點位視情況隨機確定。

3 應用平臺開發

隨著智能手機的廣泛普及，校園測量控制網的成果發布形式逐漸發生變化。為了科學、有效地管理校園測量控制網，提高實踐教學中踏勘選點的效率，便于教師和學生利用控制點坐標成果，本文自主開發了基于全景影像的校園測量控制點管理與應用系統[8]。

該系統通過使用需求分析，將主要用戶確定為教學人員和實驗、實習人員。教學人員主要是測繪相關專業的教師，在教學活動生產實踐、校園建設中經常需要用到測量控制點成果數據；實驗、實習人員，主要是指實驗室管理人員和廣大開設測繪專業課程的學生。系統結構將上述兩類用戶分為移動客戶端和服務器端，服務器端實現對控制點數據的管理，移動端面向用戶，滿足用戶需求。

3.1 系統設計

系統采用IDEA作為開發編譯器，使用Java語言進行開發。在校園測量控制網應用平臺中的數據采用PostgreSQL數據庫軟件管理，包括控制點成果數據、控制點影像數據、控制點全景數據、點之記信息、控制點測區基本圖等。其中，作為重要的基礎數據，控制點成果的數據結構見表1。

表1 控制點成果數據結構

服務器端架設在阿里云云端，并與本地數據進行交互和信息傳遞；移動客戶端在IDEA下編譯，完成界面的布局和功能實現，并通過真機測試，確保運行穩定流暢。圖4為校園測量控制網管理與應用系統的詳細結構。

圖4 校園測量控制網應用平臺的詳細結構

3.2 系統功能

系統主要分為服務器端和APP端。

服務器端主要實現：①控制點數據管理系統：包括控制點的查詢、插入、刪除、更新等；②用戶管理系統：管理用戶的注冊、登錄、信息編輯等；③權限管理系統：由于控制點數據是基礎性數據，保證數據的可靠性至關重要，因此需要對用戶權限加以控制，只有數據管理員才具有修改數據的權限，其他用戶只能讀取數據和查詢數據；④系統管理維護子系統：維護系統的穩定性、安全性、高效性，以利于其健康運行。

APP端的功能主要有：①用戶登錄：不同用戶具有不同權限，包括控制點的讀寫、編輯等；②控制點信息查詢：包括控制點詳細信息(坐標、位置、點位說明、通視狀況等)、控制點照片(從不同角度拍攝以利于控制點的尋找)、全景影像(360°查看控制點周圍環境，以便于更好地尋找到控制點，并在地圖導航功能中當APP端接近控制點時會自動提示并顯示控制點全景，以便于查找)；③地圖導航：實現用戶尋找控制點的導航功能、路線規劃、尋找最近點位、搜索附近興趣點等現有導航軟件的基本功能；④控制點收藏與分享：用戶可在地圖上收藏特定點，也可以分享特定點給其他用戶并查看與其相對位置，規劃會和路線等；⑤測繪工具：包括投影變換、常用坐標系參數、測得概略坐標等；⑥APP端的設置、幫助、關于等。圖5為手機端應用界面。

圖5 應用平臺APP端部分界面

4 結 語

本文合理設計和建設了標準化校園測量控制網、測繪技能大賽模擬場地，并開發了校園測量控制點管理與應用系統。經過實際驗證，布設的控制點能較好地控制整個校園，為測量實訓及相關教學提供了便利，滿足了本科生實踐教學的基本要求；也為教學、科研與生產相融合提供了精度統一、均勻可靠的控制點坐標成果。每年的北京市大學生測繪技能大賽均在北京建筑大學大興校區進行，測繪技能大賽模擬場地得到了參賽專家們的肯定。校園測量控制點管理與應用系統基于全景影像對大量控制點數據進行集成管理，不僅實現了管理上的智能化，并且提高了查詢及使用的便捷性。

[1] 宋振柏,曹俊茹.校內多功能實驗實習基地的建立[J].測繪通報，2000(5)：43-44.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫局，中國國家標準化管理委員會. 全球定位系統(GPS)測量規范：GB/T 18314—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3] 李天和. 工程測量技術專業人才培養模式改革與實踐[J]. 測繪通報, 2014(9)：126-128.

[4] 張興福,魏德宏,余旭,等. 工程測量實習教學模式改革與實踐[J]. 測繪通報, 2016(9)：137-142.

[5] 寧津生，翟翊，宋偉東，等. 深化教學改革，加強實踐教學—“首屆全國大學生測繪技能比賽”經驗總結[J]. 測繪通報，2009(10)：1-4.

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

[7] 翟翊，魏忠邦. 高等學校大學生測繪技能競賽的組織與實施[J]. 測繪通報, 2013(1)：97-100.

[8] 隋銘明，束蟬方，陳健，等.校園控制點成果管理信息系統設計與實現[J].現代測繪，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.校園測量控制網及其應用平臺建設[J].測繪通報，2017(8)：113-116.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0266.

2016-07-22;

2016-10-12

北京建筑大學校級實踐教學專項基金(J13-11)；北京建筑大學校級教育科學研究項目(Y11-29)

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

P208

A

0494-0911(2017)08-0113-04