像控測量內外業一體化的實現與應用

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代技術[1-2]。像控測量是實現像點攝影坐標系到大地坐標系轉換的關鍵環節,是攝影測量解析空三加密和遙感衛星影像幾何糾正等領域的基本測量工作[3-4]。傳統的像控測量需攜帶像控點的紙質照片或電子照片,通過鏈接CORS系統開展動態RTK測量或靜態測量,在外業觀測完畢并解算后尚需整理諸多表格、像控點環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,作業效率低,成果質量難以保障,因此這是困擾廣大測繪作業人員的一大難題。

隨著移動通信進入5G時代,高網速、大容量和低延時的移動通信網絡已成為國家信息高速公路的基礎設施[5-6]。作為信息高速公路快速增長極之一的智能手機,早已成為人們日常生活必不可少的通信工具,也是野外測量人員日常攜帶的必需設備。智能手機內置的Android系統是由Google公司于2007年發布的一個開放、自由的終端平臺[7-8]。經過多年發展,Android系統目前已更新到Android10.0版本,為野外現場采集像控測量數據、建立像控測量數據庫、進而實現內外業一體化提供了技術可能。

本文基于Android系統和Windows系統,結合像控測量工作實際,研制了一款內外業一體化作業軟件,可在一定程度上實現“零內業”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據更新項目生產中得到了較好的推廣應用。

1 軟件功能分析與設計

為實現內外業一體化,盡量減少人工參與像控內業數據整理,在充分利用GNSS測量儀器和Android智能手機優越性的基礎上,本文設計了軟件的總體框架（圖1）,為內外業一體化打通了技術通道。

圖1 軟件總體框架

通過從GNSS接收機中導出csv格式提供RTK測量數據成果,通過Rinex格式提供靜態測量觀測數據成果。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設備內置的SQLite數據庫中；再匯集到Windows環境下的桌面處理程序,通過點名匹配原則實現像控測量成果的規則化整理和批量輸出。

1.1 外業觀測App功能分析

外業觀測App需要滿足野外采集像控測量作業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、各時段儀器高數值與照片、儀器高量取方式與讀數照片、采樣間隔、截止高度角等）,像控點周圍環境信息（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（檢查外業必填項是否漏填或漏采集）。外業觀測App功能模塊如圖2所示。

圖2 外業觀測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內外業數據交匯以及輸出像控測量成果的關鍵,是實現批量化程序處理的核心所在。在實現內外業數據交匯的基礎上,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 關鍵技術

2.1 測量數據處理流程

外業觀測App與GNSS觀測數據的配合,是實現內外業一體化的關鍵,技術流程如圖4所示。首先,在動態RTK測量模式下,每天作業完畢后將儀器觀測數據導出為csv文件；在靜態測量模式下,將作業數據導出為Rinex格式文件；同時將外業觀測App記錄的SQLite數據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,或采用靜態平差軟件獲取靜態平差解算坐標,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各項采集記錄數據之間的關聯；利用桌面處理程序解析原始觀測記錄,尋找同名點,關聯成果和自動完成后續內業工作。

圖4 測量數據處理流程圖

2.2 數據庫設計

在像控測量內外業一體化過程中,數據庫在后臺起到組織協調的關鍵作用。首先在App內部自動構建數據庫和數據表,作業組野外測量操作App的過程實質上就是一個建庫過程；然后在桌面處理程序中,繼續利用野外建立的數據庫將接收機的觀測值和航片刺點信息導入數據庫中；最后將多個觀測組單獨建立的數據庫合并為一個數據庫,為從數據庫導出像控測量所需成果資料作準備（圖5）。

圖5 數據庫設計思路

2.3 內業表格輸出

動態鏈接庫是微軟公司在Windows操作系統中實現共享函數庫概念的一種方式,可使進程調用不屬于其可執行代碼的函數[9-10]。桌面端程序內部調用微軟公司Word軟件的動態鏈接庫文件,通過COM批量輸出滿足項目技術設計書要求的各項內外業表格。首先直接以項目技術設計書中的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容,實現各種樣式成果表的批量輸出。批量輸出內業表格的流程如圖6所示。

圖6 內業表格輸出流程圖

3 軟件設計實現

3.1 外業觀測App

1）根據Android智能手機操作系統實際,以Java為編程語言,以Android Studio3.4為編程工具開發外業觀測App。操作界面如圖7所示,在該界面中可實現項目設置、控制點名稱輸入、觀測環境（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內外業一體化的關鍵處理軟件,采用C#編程語言,在Visual Studio2010中編寫實現。其主界面如圖9所示。桌面處理軟件自動讀取外業觀測App導出的野外觀測數據和測量儀器數據,即可進行數據處理。

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RTK原始觀測數據和靜態GNSS觀測得到的Rinex數據,可準確無誤地批量生成動態RTK像控和靜態像控野外觀測記錄表。以動態RTK為例,自動生成的野外觀測記錄表如圖11所示。

圖11 動態RTK野外觀測記錄表

4）質量檢查與分析。點擊主界面右上角的質量分析按鈕,自動跳轉至質量檢查與分析模塊,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值,手機概略經緯度和高程,原始觀測數據內符合精度分析報告等,為質量檢查部門提供了全方位的一覽信息。

圖12 質量檢查與分析模塊界面

3.3 效率提升對比

本文設計的像控測量內外業一體化軟件能較大幅度地減少像控測量內業整理工作。主要的效率提升情況如表1所示。

表1 效率提升對比

4 結 語

本文綜合運用Android智能手機和Windows操作系統編程語言,實現了一套像控測量內外業一體化作業軟件,目前已在2020年廣東省高分辨率航空影像數據更新項目的野外測量工作中得到了全面推廣應用。該軟件提供的野外信息采集記錄和批量化的數據處理功能,可大幅降低像控測量內外業難度,取得了較好的應用效果。本文的實現思路,可為高等級GNSS觀測、水準測量、控制點普查等外業測量工作的內外業一體化提供參考。