基于智能全站仪的野外数字化测图

基于智能全站仪的野外数字化测图
邝斌
摘要：针对当前大面积数字测图外业数据采集模式存在的一些不足，结合目前智能型全站仪的发展，提出基于智能全站仪新的数据采集模式，实现了智能全站仪数据采集系统的开发。
前言
随着测绘技术的发展，地形图测绘成图方式发生了很大的改变，正逐步地由传统的白纸法成图向数字测图方向发展。特别是在我国的东部沿海发达地区，数字化测图几乎已占据了大部分的地形图测绘市场。数据采集作为在数字化测图中一个重要环节，其作业效率的高低影响到了测绘成图任务的工期顺利完成，而且其采集的数据质量直接影响到地形图的成图质量。通过在其上开发软件,可以拓展了全站仪的使用领域,提高了仪器的附加价值。
本文从外业数据采集的角度出发介绍一种基于智能全站仪的野外数字化测图数据采集方法以及其数据采集软件的开发。
一、数字化测图概述
随着科学技术的进步，电子计算技术的迅猛地其向各专业的渗透，以及电子测量仪器的广泛应用，促进了地形测量向自动化和数字化的方向发展。数字化测图是一种全解析的计算机辅助测图方法，与图解法测图相比，其具有明显的优越性和广阔的发展前景。它将成为地理信息系统的重要组成部分。
数字化测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出三部分组成，流程如图2.1所示:

二野外数据采集方法及设备
3.1野外数据采集方法
传统的外业测图方式是在测站点上架设测图小平板，通过平板仪定向后，采用卷尺丈量测站到地物距离并按比例在平板图纸上刺点，然后按顺序连线绘制地形图。因此野外数据采集是数字化测图的基础。目前，野外数字化测图数据采集主要有两种方法：
1.电子平板模式。这种方式是采用便携机作为测图平台，直接连接全站仪进行数字化测图。这种作业方式一般先布设图根控制网，然后再进行测站测图。但也正是因为这样，对外业便携机的性能配置要求比较高、电子平板作业者的作业压力重，而且便携机的续航能力以及野外可靠性对野外数字化测图作业带来不少的影响。
2.野外采点模式。这种方式是采用电子记录手簿作为数据记录载体，例如SHARP PC-E500 等。此外，外业还需要绘制测图草图，作为内业成图的依据。由于这种作业方式外业设备投入相对较少，人员分工比较合理，因此在数字化测图领域得到广泛的采用。
3.2 数据采集设备
作为在野外数字化测图作业的数据载体，数据采集设备的可靠性、性价比、操作方便性是目前数字化测图数据采集设备选型的主要考虑点。目前，在野外数字化测量作业中主要有两种数据记录方式：全站仪内存和外业电子手簿。这两种方法各自都有其优缺点，下面就简单介绍一下。
第一种方法是采用传统全站仪机载测量程序，以极坐标的方法，在野外直接测量碎部点，并记录在全站仪内存卡上，然后用全站仪连接PC导出数据文件，进行计算和展绘。缺点是，传统全站仪输入法比较繁琐，无法快速输入地物编码以及其他的一些地物信息，而且外业画草图的效率较低。
第二种方法是利用PC-E500 电子手簿通过串口通讯，驱动全站仪进行外业数据采集。但这种模式也有很大的弊端，首先，SharpPC-E500电子手簿已经是几十年前的淘汰产品，早已停产多年，目前市场上已几乎绝迹，而且PC-E500电子手簿并非为测量工作定制，不适合测量外业恶虐的生产环境，受到灰尘、日照、电池等诸多不利因素影响，这就使这种测量模式的可持续性遇到巨大挑战。因此，为克服以上问题，开发一种新的外业数据采集系统十分有必要。
5数据采集软件开发
5.1系统功能设计
外业数据采集系统主要实现的功能有：数字化测量外业原始观测数据的记录，包括图根导线、三角高程、碎步点；地物属性信息的输入，像地物类别、房屋层数等；测量数据指标的检核，如图根导线度盘左右闭合检核，2C较差检核，三角高程往返测高差检核等。
5.2系统实现目标
本系统的设计功能是外业数据采集，通过本机载程序记录测量过程中的属性数据（如设站点、前视点、后视点、仪器高、棱镜高），和各种原始观测数据（导线测量及碎部测量的角度、边长、地物编码）等。
5.3系统界面设计
本程序采用微软MFC 框架编写，用对话框作为程序的主窗口。由于仪器的面板大小限制，另外在主窗口的下方状态栏处设置了实时显示仪器当前水平角和垂直角数值。
系统主界面如下图5.2、图5.3所示：

5.4关键技术实现
5.4.1数据组织
数据的组织形式对于提高程序的通用性、灵活性及数据资料的管理有重要的作用，尤其是在观测数据量较大、作业紧张、操作需要方便灵活的情况下，数据的组织形式就显得更加重要。在系统开发过程中，对数据的组织进行了充分的研究和精心设计。
5.4.2 人机交互功能
人机交互功能在外业采集系统中尤为重要，优秀的人机交互界面能大大提高工作效率。本系统采用智能人机交互系统，程序主要输入界面有数字键盘界面和编码键盘界面，程序会根据当前状态，同时，设定有棱镜和无棱镜测量模式转换快捷键，从而大幅提高工作效率。
5.4.3 数据存储与传输
测量数据最终以文本方式保存，用户内业处理时可以通过Microsoft ActiveSync同步软件导出，也可以通过仪器的USB接口接U盘导出，另外为了防止人工修改数据，可以进行数据二进制存储，进而保证数据采集与计算数据一致性，为测绘质量控制提供一个有力的手段。

6结论
作为一名在外业测量生产人员，深深地感受到科技发展给测绘行业带来的巨大效益。图形化、多样化、个性化的操作界面已经成为一种测量界仪器发展的国际趋势。虽然我们还没有看到大批的市场需求能力，但是这种趋势已经在悄悄地影响我们的测量思想。而且由于这种技术的出现，开始让我们的测量人员产生了一些新的想法。这种趋势，会像当初刚刚开始出现全站仪时候的情形一样，成为将来的主流。无论过去我们听到的是批评的声音，还是赞扬的声音，显而易见，在近几年里，谈论Win全站仪已经是一种时尚，生产商、经销商、用户们都在谈论这个话题。同时在用户中也产生一大批应用开发人员，就像E500和PDA应用软件开发高手一样，成为新一轮技术浪潮的引导者。Win全站仪已经成为市场的主流机型。让我们迎接Win全站仪时代的到来。