基于QGIS軟件的管道控制點數(shù)字化系統(tǒng)研究

摘要：為提高石油管道影像控制點管理和存儲的效率，本研究提出一種基于QGIS的管道控制點管理系統(tǒng)。首先，根據(jù)系統(tǒng)功能性需求和非功能性需求，將系統(tǒng)整體分為存儲層、接口層和訪問層三個部分，并搭建了系統(tǒng)整體框架；然后對訪問層中控制點管理、控制點匹配、影像顯示三個模塊進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計；最后在系統(tǒng)開發(fā)階段，選用Visual Studio作為開發(fā)環(huán)境，以C++語言為編程工具，將QGIS作為操作底層，并運用Oracle數(shù)據(jù)庫對控制點數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，系統(tǒng)搭建完成后，對其進(jìn)行了全面測試，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性與功能性。結(jié)果表明，所設(shè)計的QGIS控制點管理系統(tǒng)可正常完整地實現(xiàn)控制點入庫、控制點編輯、控制點匹配、影像顯示等功能，且具有較高的運行穩(wěn)定性，一定程度上提升了控制點管理的精度和廣度，為實現(xiàn)控制點的精確管理提供了參考。

關(guān)鍵詞：QGIS軟件；石油管道控制點管理；控制點匹配

中圖分類號：TQ055.8+1；TE832.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1001-5922（2025）04-0127-04

Research on pipeline control point digitalization system based on QGIS software

LIU Ming1，ZHU Huiqing1，CHEN Zhaoqian2，WANG Hongjie2，ZHOU Dongyan2

（1.China Petroleum Pipeline Engineering Co.，Ltd.，Langfang 065099，Hebei China；

2.Terui Digital Innovation Technology（Beijing）Co.，Ltd.，Beijing 100192，China）

Abstract：To improve the efficiency of control point management and storage，a control point management system based on QGIS is proposed.Firstly，based on the functional and non functional requirements of the system，the sys?tem is divided into three parts：storage layer，interface layer，and access layer，and the overall framework of the sys?tem is built；Then，a detailed design was carried out for the control point management，control point matching，and image display modules in the access layer；Finally，the system was developed based on the Visual Studio develop?ment environment and C++language，using QGIS as the operating layer and Oracle to manage control point data.The system was tested.The results show that the designed QGIS control point management system can achieve nor?mal and complete functions such as control point storage，control point editing，control point matching，and image display，and has high operational stability，which to some extent improves the accuracy and breadth of control point management，providing a reference for achieving precise management of control points.

Key words：QGIS software；control point management；control point matching

控制點是地理參考數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。隨著衛(wèi)星影像技術(shù)的發(fā)展，控制點數(shù)據(jù)逐漸趨于多源化，為實現(xiàn)地面精確定位奠定了基礎(chǔ)，但同時也帶來了控制點存儲和管理的困難。目前，針對石油管道影像控制點數(shù)據(jù)的存儲和管理主要是利用電子化手段實現(xiàn)，如郭霄等提出了基于數(shù)據(jù)庫方式對衛(wèi)星影像控制點進(jìn)行管理與應(yīng)用，提高利用控制點對控制點影像匹配的速度，并在一定程度上提高控制點影像數(shù)據(jù)的管理效率[1]；勾金榮等利用控制點數(shù)據(jù)，基于控制點影像數(shù)據(jù)源的衛(wèi)星影像幾何糾正相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建了一套影像快速糾正的控制點影像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)了衛(wèi)星影像控制點的數(shù)據(jù)化，以及衛(wèi)星控制點的快速檢索[2]；為提升測量控制點的管理效率與精度，饒文依托WebGIS技術(shù)，深度挖掘測量控制點成果價值，設(shè)計了一套測量控制點管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了控制點的科學(xué)有效管理[3]。基于上述研究可以發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星影像控制點管理已進(jìn)入全新電子化階段，但隨著衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的豐富，現(xiàn)有管理系統(tǒng)仍存在管理不及時的問題。因此，需設(shè)計一套更高效、及時的管理系統(tǒng)。鑒于QGIS軟件是一個用戶界面友好的桌面地理信息系統(tǒng)，具備支持多種GIS數(shù)據(jù)文件格式和多個數(shù)據(jù)庫等功能，可實現(xiàn)圖層文件管理、地圖編輯等操作，并提供數(shù)據(jù)顯示、編輯和分析等功能。因此，為更好地實現(xiàn)衛(wèi)石油管道影像控制點管理，本研究基于QGIS軟件搭建管理系統(tǒng)。

1系統(tǒng)框架

開發(fā)基于QGIS軟件的控制點管理系統(tǒng)的目的是為實現(xiàn)石油管道影像控制點的高效管理，以解決控制點因種類繁多導(dǎo)致的利用率低和覆蓋不及時等問題，同時提高控制點的匹配成功率和精度。因此，系統(tǒng)應(yīng)具備控制點導(dǎo)入、控制點查詢、影像匹配等功能，并具備可靠性、可用性、安全性等特點[4-5]。根據(jù)管理系統(tǒng)的功能性需求和非功能性需求，采用分層構(gòu)建，系統(tǒng)整體框架分為數(shù)據(jù)存儲層、接口層和訪問層3個部分。

數(shù)據(jù)存儲層包括本地影像和Oracle數(shù)據(jù)庫存儲的控制點數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)等；接口層包括oracle數(shù)據(jù)庫接口、影像顯示接口；訪問層采用QGIS作為操作底層，包括用戶管理、控制點管理、控制點匹配和影像顯示4個模塊[6-7]。其中控制點管理、控制點匹配和影像顯示是實現(xiàn)多源控制點高效管理的重要模塊，因此本研究將重點對其進(jìn)行設(shè)計[8-9]。

2系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)整體框架以及實現(xiàn)多源控制點高效管理的模塊分析，本研究將重點對控制點管理、控制點匹配和影像顯示模塊進(jìn)行了設(shè)計，具體如下：

2.1控制點管理模塊設(shè)計

控制點管理模塊分為控制點信息數(shù)據(jù)、控制點入庫、控制點編輯、控制點導(dǎo)入導(dǎo)出、控制點查詢5個子模塊[10]。

控制點信息數(shù)據(jù)子模塊主要負(fù)責(zé)存儲和管理控制點數(shù)據(jù)，有5個子類。每個子類包括GcpCommon基礎(chǔ)類和GcpQueryRange功能類。GcpCommon基礎(chǔ)類負(fù)責(zé)存儲控制點類型、編號、坐標(biāo)等各類數(shù)據(jù)庫信息；GcpQueryRange功能類負(fù)責(zé)根據(jù)輸入的參數(shù)，對控制點進(jìn)行查詢[11-12]。其內(nèi)部類圖如圖1所示。

控制點入庫子模塊負(fù)責(zé)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，并在交互界面是實現(xiàn)用戶對控制點信息的填寫。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示[13-14]。

控制點編輯子模塊主要負(fù)責(zé)在影像圖層中對控制點進(jìn)行顯示與編輯操作。其內(nèi)部類圖包括控制點、控制點影像、控制點管理類[15-16]。

控制點導(dǎo)入導(dǎo)出子模塊負(fù)責(zé)對圖層中的控制點數(shù)據(jù)和本地控制點數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，以實現(xiàn)本地控制點在圖層中的顯示以及圖層中的控制點在本地文本中的保存[17-18]。

控制點查詢子模塊包括空中三角測量控制點查詢、cors站控制點查詢、野外測量點查詢、雷達(dá)測量點查詢，其類圖負(fù)責(zé)根據(jù)用戶設(shè)置的查詢條件查找對應(yīng)控制點信息數(shù)據(jù)，并將查詢結(jié)果進(jìn)行展示。

2.2控制點匹配模塊設(shè)計

控制點匹配包括控制點自動匹配和控制點手動匹配2個子模塊。控制點自動匹配是根據(jù)控制點的經(jīng)緯度信息，推算出控制點的行列號，并通過計算匹配誤差，判斷匹配效果并輸出。通過對控制點進(jìn)行篩選、粗匹配、精匹配、誤差計算、匹配結(jié)果輸出等步驟，實現(xiàn)了對控制點進(jìn)行自動匹配，其匹配流程如圖3所示[19-20]。

控制點手動匹配子模塊由控制點手動匹配界面類、控制點匹配類構(gòu)成，通過對匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢測，可獲取手動匹配結(jié)果，降低匹配誤差。具體匹配流程如圖4所示。

2.3影像顯示模塊設(shè)計

石油管道影像顯示模塊本質(zhì)上是影像金字塔顯示模塊，負(fù)責(zé)對控制點影像進(jìn)行顯示以及影像放大、縮小、平移等操作。

3系統(tǒng)測試

3.1測試環(huán)境

本研究的測試平臺包含2個客戶端、1臺服務(wù)器、1臺交換機(jī)。其中，2個客戶端硬件配置為Intel Corei5系列，SATAII 1.81TB硬盤、16 GB內(nèi)存，服務(wù)器配置為IntelC621系列，SAS HDD 600GB*8硬盤，64 GB內(nèi)存，交換機(jī)傳輸速度為1 000 Mbps，端口數(shù)為24。整個測試平臺運用C++語，在Visual開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行。

3.2測試結(jié)果與分析

3.2.1功能測試

系統(tǒng)功能測試包括控制點匹配、坐標(biāo)配置管理、影響顯示等功能，具體測試用例及測試結(jié)果見表1。由表1可知，系統(tǒng)功能測試中除控制點自動匹配測試用例未通過外，其余測試用例全部通過，分析查看控制點自動匹配測試用例未通過的原因是，編碼錯誤。為解決該問題，本研究重新檢查編碼后并進(jìn)行修正，然后對該測試用例進(jìn)行了第二次測試，其測試實際結(jié)果顯示達(dá)成預(yù)期。由此可見，基于QGIS軟件的控制點管理系統(tǒng)可正常完整地實現(xiàn)，且具有較高的運行穩(wěn)定性。

3.2.2非功能測試

系統(tǒng)非功能測試主要包括影像數(shù)量級、控制點數(shù)量級等測試，具體測試用例及測試結(jié)果如表2所示。由表2可知，所設(shè)計的基于QGIS軟件的控制點管理系統(tǒng)非功能測試用例全部達(dá)成預(yù)期，具有較高的實用性。

4結(jié)語

通過基于QGIS軟件的石油管道影像控制點管理系統(tǒng)的設(shè)計與測試結(jié)果可知，基于QGIS軟件的石油管道影像控制點管理系統(tǒng)功能性和非功能性測試全部通過，可正常完整地實現(xiàn)控制點入庫、控制點編輯、控制點匹配、影像顯示等功能，且運行具有較高的穩(wěn)定性，一定程度上提升了控制點管理的精度和廣度，為實現(xiàn)控制點的精確管理提供了參考。本研究雖然取得了一定成效，但受限于現(xiàn)實條件，仍存在部分尚待改進(jìn)之處。在數(shù)據(jù)庫選擇方面，考慮到控制點數(shù)據(jù)的特性，本研究選用了容量大且穩(wěn)定性高的Oracle數(shù)據(jù)庫。但由于Oracle數(shù)據(jù)庫容量大、功能復(fù)雜，其安裝過程繁瑣，數(shù)據(jù)導(dǎo)入也面臨諸多困難。鑒于此，后續(xù)研究將嘗試采用更輕量化的MySQL數(shù)據(jù)庫，以期簡化數(shù)據(jù)庫安裝流程，優(yōu)化數(shù)據(jù)導(dǎo)入步驟，全面提升工作效率。

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（責(zé)任編輯：李睿）