徐昌榮，鄔雪江

（江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西贛州 341000）

一、引 言

目前，由于徠卡公司生產(chǎn)制造全站儀的技術(shù)比較精湛，進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，不僅在儀器的操作上簡(jiǎn)單、方便、人性化，而且具有測(cè)量距離遠(yuǎn)、精度高等特點(diǎn)，因而在市場(chǎng)上被更多的生產(chǎn)單位、尤其是專業(yè)化測(cè)量單位所青睞。徠卡全站儀［1］存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)格式有IDX、GSI、ASC 3種。其中GSI格式數(shù)據(jù)文件及ASC格式數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)量小，而且其信息不可輕易被識(shí)別與獲取。徠卡全站儀的最大優(yōu)點(diǎn)源于其后綴名為IDX格式的數(shù)據(jù)文件。該文件不僅包含了大量的測(cè)量信息，而且信息之間存在一定的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。因此，對(duì)全站儀后綴名為IDX格式數(shù)據(jù)文件的可視化編輯軟件的研制，有利于對(duì)諸如設(shè)站、定向、儀器高、棱鏡高數(shù)據(jù)輸入等錯(cuò)誤的快速、準(zhǔn)確查詢和修改，以得到正確的IDX格式數(shù)據(jù)文件，同時(shí)可以轉(zhuǎn)化為后綴名為DAT格式的數(shù)據(jù)文件，為南方CASS軟件用戶提供數(shù)據(jù)接口。利用該軟件處理上述錯(cuò)誤可以提高測(cè)量效率、節(jié)約成本。

二、IDX格式數(shù)據(jù)文件處理原理

IDX格式數(shù)據(jù)文件其本質(zhì)是文本文件，可以通過(guò)記事本方式打開。該格式數(shù)據(jù)文件不僅包含豐富的測(cè)量數(shù)據(jù)，而且十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間具有一定的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。如文件中的DATABASE與END DATABASE之間包含測(cè)量碎部點(diǎn)和控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)值、代碼、測(cè)量點(diǎn)的當(dāng)前時(shí)間等信息，它們可以根據(jù)文件中的THEODOLITE與END THEODOLITE之間包含的信息通過(guò)某種數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到。由于IDX格式數(shù)據(jù)文件具有這一優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)野外數(shù)據(jù)采集過(guò)程中出現(xiàn)設(shè)站、定向、儀器高、棱鏡高數(shù)據(jù)輸入等錯(cuò)誤時(shí)，一般測(cè)繪人員會(huì)采用重新測(cè)量來(lái)解決問(wèn)題，但是重復(fù)測(cè)繪工作會(huì)給生產(chǎn)單位帶來(lái)巨大的損失，嚴(yán)重阻礙測(cè)繪工作的高效進(jìn)行；有經(jīng)驗(yàn)的測(cè)繪人員往往會(huì)通過(guò)修改全站儀原始數(shù)據(jù)來(lái)改正這些錯(cuò)誤，但是方法不直觀，而且處理起來(lái)比較復(fù)雜、效率比較低。為此筆者提出了采用當(dāng)前比較先進(jìn)的C#語(yǔ)言，使用WPF技術(shù)研制軟件，以實(shí)現(xiàn)針對(duì)全站儀原始格式數(shù)據(jù)文件錯(cuò)誤的檢查、可視化編輯修改、IDX格式至DAT格式的轉(zhuǎn)化等功能，達(dá)到快速、準(zhǔn)確定位錯(cuò)誤類型及對(duì)該錯(cuò)誤可視化編輯修改的目的，為測(cè)量技術(shù)人員帶來(lái)方便的同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

三、軟件設(shè)計(jì)思想

1.利用衛(wèi)星影像檢查測(cè)量過(guò)程中的錯(cuò)誤

利用旋轉(zhuǎn)、縮放、平移技術(shù)將衛(wèi)星影像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到測(cè)量結(jié)果的坐標(biāo)系中。通過(guò)已知的控制點(diǎn)計(jì)算旋轉(zhuǎn)、縮放、平移三參數(shù)，就可以對(duì)衛(wèi)星影像進(jìn)行糾正［2］。根據(jù)測(cè)量點(diǎn)在實(shí)地的位置與測(cè)量點(diǎn)在衛(wèi)星影像上的位置的對(duì)比，可以分析測(cè)量過(guò)程中哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題。如在一次校園扶貧測(cè)量工作中，測(cè)量設(shè)站次數(shù)一共有5次，其中有1次設(shè)站出現(xiàn)設(shè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤，該軟件快速顯示為點(diǎn)與其他點(diǎn)相差很遠(yuǎn)，說(shuō)明存在設(shè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤。

2.IDX格式數(shù)據(jù)文件修改編輯

1）IDX格式數(shù)據(jù)文件修改編輯原理。野外數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)諸如設(shè)站、定向、儀器高、棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤。理論上這4種典型錯(cuò)誤自由組合可得到15種錯(cuò)誤，類型如下:

a.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

b.修改定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

c.修改棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

d.修改儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

e.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

f.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

g.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

h.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤、定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤及棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

i.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤、定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤及儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

j.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤、棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

k.修改測(cè)站數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤、定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤、儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤及棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

l.修改定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

m.修改定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

n.修改棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤；

o.修改定向數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤、棱鏡高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤和儀器高數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤。

可以通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型將IDX格式數(shù)據(jù)文件中相關(guān)測(cè)量信息聯(lián)系起來(lái)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)重新計(jì)算點(diǎn)的三維坐標(biāo)，得到正確的IDX格式數(shù)據(jù)文件，利用C#語(yǔ)言和WPF技術(shù)研制針對(duì)全站儀原始格式數(shù)據(jù)文件的可視化編輯軟件處理這些錯(cuò)誤，可以達(dá)到可視化編輯修改效果。

2）建立數(shù)學(xué)模型［3］。測(cè)量碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)可以根據(jù)IDX格式數(shù)據(jù)文件中的THEODOLITE與END THEODOLITE之間包含的測(cè)站點(diǎn)點(diǎn)名、代碼、儀器高、輸入坐標(biāo)和碎部點(diǎn)點(diǎn)名、代碼、水平角、垂直角、平距、棱鏡高、測(cè)量時(shí)間等測(cè)量信息計(jì)算得到［4］。因此，根據(jù)測(cè)量學(xué)原理建立數(shù)學(xué)模型。如圖1所示，點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)計(jì)算公式如下

式中，a1為方位角；a2為測(cè)量點(diǎn)與定向點(diǎn)至設(shè)站點(diǎn)的夾角。

如圖2所示，點(diǎn)的高程計(jì)算公式如下

式中，D為斜邊；α12為垂直角；i1為儀器高；i2為目標(biāo)高；k為大氣折光系數(shù)。

圖1 全站儀測(cè)量原理圖

圖2 三角高程測(cè)量圖

3）軟件流程如圖3所示。

圖3 IDX格式數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)原理圖

四、IDX格式數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為DAT格式數(shù)據(jù)文件

由于目前南方CASS成圖軟件占有了90%的市場(chǎng)，其使用的數(shù)據(jù)格式文件是后綴名為DAT的數(shù)據(jù)文件，其格式有兩種:

1）有編碼的數(shù)據(jù)格式:點(diǎn)號(hào)，代碼，Y、X、H。

2）無(wú)編碼數(shù)據(jù)格式:點(diǎn)號(hào)，Y、X、H。

為此，利用C#語(yǔ)言中的集合思想［5］，構(gòu)造測(cè)站集合。測(cè)站集合的每一測(cè)站包含有設(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)及該設(shè)站上的碎部點(diǎn)坐標(biāo)信息［6］，IDX格式數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化為DAT格式數(shù)據(jù)文件其本質(zhì)是利用測(cè)站集的信息按照DAT格式形式寫入數(shù)據(jù)文件，得到DAT格式數(shù)據(jù)文件，為南方CASS軟件用戶提供數(shù)據(jù)接口［7］，方便南方CASS軟件用戶直接使用。

五、軟件試用及分析

試驗(yàn)在江西理工大學(xué)建測(cè)樓周邊進(jìn)行，利用Leica TC402全站儀進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集，采集的信息包含建筑物、樹木、路燈等地物，依據(jù)這兩大類數(shù)據(jù)，利用本程序進(jìn)行處理分析。軟件經(jīng)試用發(fā)現(xiàn)，若測(cè)量特征點(diǎn)在衛(wèi)星影像上的位置與實(shí)際位置的偏離很小，認(rèn)為是正確的測(cè)量數(shù)據(jù)；若測(cè)量特征點(diǎn)在衛(wèi)星影像上的位置與實(shí)際位置的偏離很大，則是錯(cuò)誤的測(cè)量數(shù)據(jù)，此時(shí)通過(guò)該軟件進(jìn)行可視化編輯修改，得到正確的IDX格式數(shù)據(jù)文件，同時(shí)轉(zhuǎn)化得到后綴名為DAT格式的數(shù)據(jù)文件。其中，點(diǎn)圖形顯示如圖4所示，DAT格式數(shù)據(jù)顯示如圖5所示，軟件的各項(xiàng)功能都得到完全實(shí)現(xiàn)。

圖4 修正后點(diǎn)圖形顯示界面

圖5 DAT格式數(shù)據(jù)顯示界面

六、結(jié)束語(yǔ)

本文軟件界面友好，操作簡(jiǎn)單方便，各項(xiàng)功能完全達(dá)到預(yù)期指標(biāo)。通過(guò)對(duì)IDX格式數(shù)據(jù)文件進(jìn)行可視化編輯，可以較好地處理野外碎部測(cè)量常見錯(cuò)誤，為測(cè)繪專業(yè)人員、非測(cè)繪專業(yè)人員及南方CASS軟件用戶帶來(lái)巨大的便利，同時(shí)也為生產(chǎn)單位創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 馮斌.徠卡全站儀在船體裝配測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用［J］.測(cè)繪通報(bào)，2010（5）:72-74.

［2］ 周培德.計(jì)算幾何——算法分析與設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2000.

［3］ 劉大杰，陶本藻.實(shí)用測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法［M］.北京:測(cè)繪出版社，2000:79-81.

［4］ 索利斯.C#4.0圖解教程［M］.蘇林，朱曄，譯.北京:人民郵電出版社，2011.

［5］ 孫踐知，張迎新，肖媛媛.C#程序設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2010.

［6］ 魯明星.徠卡全站儀與計(jì)算機(jī)的通訊與數(shù)據(jù)交換［J］.黑龍江科技信息，2010（6）:41-43.

［7］ 潘正風(fēng).數(shù)字測(cè)圖原理與方法［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2009.

［8］ 徐昌榮，周春波，張廣弟.AutoCAD中動(dòng)態(tài)瀏覽谷歌衛(wèi)星地圖的方法與應(yīng)用［J］.江西理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（3）:38-40.