精密水准测量数据自动化处理系统设计与实现

朱 伟

（1. 山东省国土测绘院，山东 济南 250102）

我国精密水准测量作业依据《国家一、二等水准测量规范》（以下简称《规范》）执行[1]，精密水准测量数据处理过程繁琐、复杂，数据改正要求较高，严重制约了数据处理效率，而水准测量数据的自动化处理能使繁琐的工作简单、条理化，能有效提高工作效率，保证作业质量。本文结合数据生产实际，建立水准内业自动化处理流程，极大提高了整体生产的效率[2-3]。

1 内业数据处理

1.1 系统总体结构

根据水准数据解算的技术特点及思路，设计整体的解算流程，系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

1.2 系统功能模块设计

1）图形显示模块：水准线路、区段等，图层管理、图形缩放、漫游等操作。

2）数据提取检查模块：外业数据提取包括观测数据信息、结点信息、路线起止信息、路线统计信息等的提取。通过自动化检测往返测高差情况、导出矢量图形等方式完成数据的检查。

3）水准概算模块：标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、固体潮改正和海潮改正，可对水准测段信息进行修改、查询等操作。

4）平差计算模块：采用科傻地面控制测量数据处理系统进行平差，系统自动生成科傻地面控制测量数据处理系统的平差输入文件，实现数据处理的无缝对接，完成平差结果的统计汇总和输出。

5）数据统计输出模块：统计线路、结点等，输出成果表。

1.3 自动化处理流程

本文根据水准数据处理的特点，设计整体的自动化处理流程，建立批量自动化读取水准外业手簿机制，建立后续数据解算的数据基础，极大提高了数据处理效率。数据检查和数据概算可一键化自动完成，最后完成数据的平差输出[4-5]。

图2 自动化处理流程图

2 数据库设计及实现

系统需要对水准测量数据中的水准测站、水准路线及水准测段进行管理，本文将上述信息存储到SQLite数据库中。

水准测站、水准路线及水准测段对应数据表的逻辑结构设计见表1～3，采用面向对象方法对上述3 个表进行管理，通过构建水准测站、水准路线、水准测段类进行数据存储，通过SQLite操作类实现对数据的增删改查。

表1 水准测站表

表2 水准路线表

3 系统开发与实现

3.1 软件界面

系统基于Visual Studio 2017开发，使用C#语言和ArcGIS Engine库，对数据处理过程中的文本、矢量各种数据提供支持，系统采用NPOI开源库操作Excel数据，实现各种手簿信息的自定义读写。

表3 水准测段表

3.2 外业数据自动化导入

外业原始数据主要以路线手簿信息为主，系统批量化分线路从手簿中获取各测段的信息。数据提取完成后将信息保存在工程文件中，后续操作数据可以直接加载工程文件，无需重复导入，工程文件保存当前测站、测段相关信息，便于后续重复计算。

数据完成导入后，可自动化对往返测高差进行对比检查，同时检查将测站、测段和线路等连接情况，线路结点的点名是否一致等问题，确保水准线路闭合成环，方便下一步平差处理。

3.3 水准数据改正及平差

水准数据经过水准面不平行改正、重力异常改正、固体潮改正和海潮改正等过程，改正模型严格按照《国家一二等水准测量规范》执行，完成数据概算过程[6-10]。将数据概算结果导出平差文件，完成数据平差输出水准解算成果。

本文采用的平差模型如下：

1）误差方程式：

式中，V为改正数矩阵；B为系数矩阵；X为未知数矩阵；L为常数项矩阵。

2）法方程式矩阵：

式中，P为观测值权矩阵。

3）线性方程组的解算及校验：

a：结点高程计算X=(BTPB)-1BTPL

b：测线改正数计算V=BX-L

校验：

4）权的确定。

式中，C 为一选定常数；N为一条水准路线测站总数。

5）精度估计。

单位权中误差：

式中，r为多余观测量个数。

式中，Qii为第i个结点的协因数。

3.4 系统应用

本系统在部分地区的二等水准测量工作中进行试用，共处理二等水准路线18条，长度为1 500 km，经过本文系统处理，每km高差全中误差为±1.4 mm/km，满足二等水准测量±2.0 mm/km的限差要求。本次数据处理效率是常规水准数据处理的5倍以上。

4 结 语

针对传统水准内业处理工序繁琐以及数据改正计算复杂的情况，本文结合生产实际，建立了基于SQLite数据库的自动化处理系统。通过数据导入、数据检查、数据概算和平差输出等过程，实现精密水准测量数据的流程化高效处理，在实际的二等水准数据试算中，处理结果精度满足规范要求、精度较高，减少较大的人工工作量，极大提高了数据处理效率。