GIS支持下的煤田大地測量控制點成果信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

肖海紅，謝　瑞，王蘭洲，胡　愈

(1. 河南工程學院，河南 鄭州 451191； 2. 鄭州測維科技有限公司，河南 鄭州 450000)

XIAO Haihong，XIE Rui，WANG Lanzhou,HU Yu

GIS支持下的煤田大地測量控制點成果信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

肖海紅1，謝瑞1，王蘭洲2，胡愈1

(1. 河南工程學院，河南 鄭州 451191； 2. 鄭州測維科技有限公司，河南 鄭州 450000)

Design and Implementation of Coalfield Geodetic Survey Control Point Result Information Management System Based on GIS

XIAO Haihong，XIE Rui，WANG Lanzhou,HU Yu

摘要：建立控制測量成果管理系統(tǒng)是實現(xiàn)煤田資料數(shù)字化管理的發(fā)展方向，本文介紹了基于GIS的煤田大地測量控制成果信息管理系統(tǒng)的設計和控制點符號的繪制，并以河南省煤田大地測量控制點成果管理系統(tǒng)為例，驗證了該系統(tǒng)的可行性與正確性。該系統(tǒng)的實現(xiàn)能夠使煤田大地測量成果在規(guī)范化管理、信息處理與共享、安全性等方面得到有效改善，具有較強的實用價值。

引文格式： 肖海紅，謝瑞，王蘭洲，等. GIS支持下的煤田大地測量控制點成果信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].測繪通報，2015(9)：117-121.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0295

關鍵詞：控制點；GIS；信息管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)09-0117-05

收稿日期：2015-02-08

作者簡介：肖海紅(1979—)，男，碩士，講師，主要從事GIS教學和開發(fā)與應用等工作。E-mail: xiaohaihong1979@163.com

一、引言

煤田大地測量數(shù)據(jù)是煤田建設積累的寶貴資料，主要有平面控制測量數(shù)據(jù)、水準測量數(shù)據(jù)、GPS控制測量數(shù)據(jù)、三角高程測量數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)類型。其表現(xiàn)形式主要有[1-2]：①表格數(shù)據(jù)，如各種坐標表、記錄表等；②圖形數(shù)據(jù)，如控制網(wǎng)圖、水準路線圖、點之記等；③圖像數(shù)據(jù)，如點位照片等；④技術總結資料及文字說明等屬性信息。這些數(shù)據(jù)是煤田地質(zhì)勘探測繪工作的基礎性資料，也是煤礦建設及各項測繪工程的作業(yè)依據(jù)，其保存、共享、查詢、更新與管理等在一定程度上實現(xiàn)了數(shù)字化管理，但是由于該類數(shù)據(jù)具有空間特征和應用的針對性，具有空間背景的數(shù)據(jù)信息化管理還沒有得到廣泛應用。

在測繪成果數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，控制點的符號類型較多，樣式復雜，在成果入庫過程中，需要實時繪制顯示在相應的空間位置，符號庫的設計與實現(xiàn)顯得異常重要。

本文結合河南中煤測繪公司控制測量成果信息管理系統(tǒng)，介紹了各類控制點的繪制流程和基于GIS的煤田大地測量控制點成果信息管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。

二、數(shù)據(jù)庫要求與系統(tǒng)架構

根據(jù)數(shù)據(jù)類型及應用需求，該系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫應滿足以下要求：①地理信息系統(tǒng)開發(fā)組件與大型數(shù)據(jù)庫結合，解決大地測量數(shù)據(jù)庫中多種類型、多尺度空間數(shù)據(jù)集成化管理；②將多個獨立分散的空間數(shù)據(jù)，采用完全整合和邏輯整合相結合的方法，形成一個集中的、有整體感的數(shù)據(jù)庫；③實現(xiàn)煤田大地測量控制點數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理等，保證數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢、顯示等，并能對查詢結果進行統(tǒng)計、打印、輸出等。

系統(tǒng)架構主要有3部分：客戶機、應用服務器和數(shù)據(jù)庫服務器(分別指表示層、應用層和數(shù)據(jù)層)，如圖1所示。系統(tǒng)采用MapInfo平臺，通過MapInfo Professional連接本地及服務器端的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)地圖對象與數(shù)據(jù)庫中記錄的自動連接。使用MapX的數(shù)據(jù)綁定功能，采用ODBC綁定方式實現(xiàn)MapInfo空間地圖與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的連接，建立地圖對象與關系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)項的對應關系。結合MapBasic和MapX進行二次開發(fā)，實現(xiàn)系統(tǒng)地圖功能和數(shù)據(jù)維護工作。利用EasyLoad將MapInfo的文件數(shù)據(jù)上載到SQL Server空間數(shù)據(jù)庫中，通過SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲和管理空間數(shù)據(jù)。

三、關鍵技術——控制點符號的繪制

河南中煤測繪公司控制測量成果信息管理系統(tǒng)中涉及的控制點類型主要有三角點、導線點、水準點和GPS點4種類型，每種點類型都有互不相同的符號樣式，如圖2所示。在GIS系統(tǒng)中完成控制點成果入庫過程中，控制點符號的設置方式主要有兩種：一是利用GIS平臺的符號編輯器功能，將控制點類型符號編輯到GIS符號庫中，如常見的CASS軟件平臺；二是利用GIS的繪圖和二次開發(fā)功能，動態(tài)構建控制點類型符號。前者存在一定的弊端：①控制點符號隨視圖變化而大小不變，導致控制點只能在一定視野內(nèi)進行查看；②控制點的相關屬性信息(點號、高程數(shù)據(jù))需要二次維護。后者能很好地解決上述問題，具體實現(xiàn)過程如圖3所示。

在上述符號繪制過程中，坐標變換是重點。系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)采用WGS-84坐標系，在動態(tài)繪制控制點符號時，控制點坐標系統(tǒng)若與當前坐標系統(tǒng)不一致，需要進行坐標變換。該坐標轉換對精度沒有太高要求，只是由此作為基準計算子類符號和文本符號的位置，通常采用三參數(shù)法進行轉換即可。在計算子類符號位置數(shù)據(jù)時，需要將當前視野數(shù)據(jù)納入計算。

圖1　系統(tǒng)體系結構

圖2　控制點類型符號(三角點、導線點、水準點、GPS點)

圖3　控制點符號繪制流程

四、功能模塊設計與實現(xiàn)

系統(tǒng)主要功能模塊如圖4所示[3-6]，主要包含GIS功能操作模塊、控制網(wǎng)成果數(shù)據(jù)管理模塊及安全管理模塊。

1. GIS功能操作部分

系統(tǒng)GIS功能操作部分包含基礎數(shù)據(jù)維護模塊和GIS功能模塊。

(1) 基礎數(shù)據(jù)維護模塊

由于地圖數(shù)據(jù)格式雜亂，首先需要維護基礎地圖數(shù)據(jù)。處理完畢后得到MapInfo地圖數(shù)據(jù)格式，將需要進行數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)據(jù)通過EasyLoad上傳到SQL Server中，不需要的數(shù)據(jù)以MapInfo Table表文件方式存儲，并將其保存在文件服務器上。數(shù)據(jù)處理主要流程如圖5所示。

(2) GIS功能操作模塊

GIS功能模塊包含基本和高級功能模塊?；竟δ苣K主要指GIS系統(tǒng)的一般功能，主要有[7-8]：地圖裝載；鷹眼功能；地圖放大、縮小、漫游與全圖顯示；屬性查看，屬性信息和圖形信息的交互瀏覽；返回上一范圍(兩圖層間的相互切換)；距離量算；多邊形區(qū)域選擇；清除選擇集合。高級功能模塊主要指GIS系統(tǒng)中關于控制網(wǎng)信息的操作，包括計算方位角、緩沖區(qū)分析、打印輸出和圖例顯示、專題圖統(tǒng)計分析等。

圖4　系統(tǒng)基本功能

圖5　基礎地圖數(shù)據(jù)處理流程

2. 控制網(wǎng)成果庫建立模塊

控制網(wǎng)成果內(nèi)容分為三角測量、水準測量、GPS測量、重力測量資料4個獨立、分散的數(shù)據(jù)，成果庫的內(nèi)容有點之記、基線和水準網(wǎng)的數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)采用完全整合和邏輯整合相結合的方法，按統(tǒng)一的信息編碼、數(shù)據(jù)結構、規(guī)范化無冗余地對數(shù)據(jù)進行增加、刪除、修改，形成一個集中的、有整體感的控制網(wǎng)成果數(shù)據(jù)庫。

(1) 控制點成果入庫

指各種大地數(shù)據(jù)信息的入庫、維護，如控制點數(shù)據(jù)包括點名、點號、坐標等屬性數(shù)據(jù)，以及點之記、控制點近景圖片等相關圖形數(shù)據(jù)。根據(jù)系統(tǒng)提供的權限，對系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)進行添加、刪除、修改并記入歷史記錄，可進行歷史記錄的恢復功能。

主要有測區(qū)名/路線名、點名與點號、外業(yè)標志名、點類型、標石說明、舊點名、相鄰點、所在地、交通路線、所在圖幅號、土質(zhì)、坐標、記錄日期、記錄者、繪圖者、校對者、審核者、審核通過時間、略圖、是否在線提供、備注等，成果表與索引表間通過網(wǎng)區(qū)名/路線名關聯(lián)?？刂凭W(wǎng)成果入庫如圖6、圖7所示。

(2) 控制點成果數(shù)據(jù)審核

控制點成果數(shù)據(jù)錄入之后，由具有審核權限的人員進行數(shù)據(jù)合格性審核，審核通過后才能進入成果庫；否則，根據(jù)審核意見重新維護數(shù)據(jù)，直至通過審核。同時，利用GIS統(tǒng)計分析，可迅速瀏覽未能通過的數(shù)據(jù)，審核流程如圖8所示。

圖6　控制網(wǎng)入庫

圖7　控制點入庫

圖8　數(shù)據(jù)審核流程

(3) 成果數(shù)據(jù)檢索模塊

成果數(shù)據(jù)檢索模塊是系統(tǒng)的核心，提供兩種檢索方式：基本信息檢索和電子地圖交互式檢索。數(shù)據(jù)基本信息檢索條件包括：點名、點號、道路名、區(qū)域名、等級、通視條件、行政區(qū)、經(jīng)緯度、坐標、圖幅、路線等，并且可任意組合條件檢索。與電子地圖的交互式檢索是通過一些地圖操作功能進行檢索，如單選、多邊形選擇等，對檢索后的結果進行統(tǒng)計，并生成相應的報表，包含圖形信息和屬性信息。點位信息的索引表通過點名與數(shù)據(jù)庫關聯(lián)；相關文檔的索引表通過測區(qū)名或路線名與數(shù)據(jù)表關聯(lián)。

(4) 成果數(shù)據(jù)輸出及打印

成果數(shù)據(jù)輸出及打印包含控制點成果報表、圖形打印輸出兩種方式。用戶檢索、查詢信息提供報表、圖形等多種形式的大地測量成果及相關成果信息，按照國家標準進行存儲、打印輸出，輸出格式采用Word或Excel方式。對每個控制點的信息(包含圖形信息和屬性信息)生成控制點成果表打印輸出，還提供控制網(wǎng)圖形打印。

(5) 文檔管理

文檔管理主要有兩方面內(nèi)容：①數(shù)據(jù)庫中的圖形信息和地圖數(shù)據(jù)的查詢和打印輸出、存儲采用“索引表+數(shù)據(jù)文件”的方式；②對測量規(guī)范和技術指標進行管理，方便以后查找，如1954北京坐標系及1980西安坐標系相關文檔信息、歷年來使用的測量細則或規(guī)范名稱及主要技術指標。

(6) 輔助功能

輔助功能包含坐標換算功能和控制點方位角計算等。坐標換算功能主要包含外接大地計算功能，實現(xiàn)統(tǒng)一坐標下XYZ、BLH、BLR之間的相互轉換；統(tǒng)一參考框架下不同參考歷元的相互轉換；同一參考歷元下不同參考框架的相互轉換。

根據(jù)上述設計，建立河南中煤大地測量控制點成果管理系統(tǒng)，圖9所示為河南省某市煤礦控制網(wǎng)略圖和統(tǒng)計表。

圖9　控制網(wǎng)略圖與統(tǒng)計表

五、結束語

通過開發(fā)基于GIS的煤田大地測量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，用戶可以方便、快捷地查詢、檢索和使用權限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，最大限度地實現(xiàn)資源共享；同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新維護、統(tǒng)計匯總等功能。利用地圖上的熱點、熱區(qū)查詢分局轄區(qū)內(nèi)的控制點的基本信息、圖形信息、圖像信息，統(tǒng)計熱區(qū)內(nèi)控制點的情況，實現(xiàn)多維控制點數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)中的有效管理，有效地實現(xiàn)測繪數(shù)據(jù)數(shù)字化管理，以及表、圖、文檔等數(shù)據(jù)的查詢。

此外，系統(tǒng)還存在一定的不足，功能上需要進一步擴充，如在控制點選取的適宜性評價方面還有待完善?？刂泣c在使用過程中，煤礦測區(qū)需要選取控制點，需考慮精度(等級)、空間分布、費用(成本)等因素的影響，如何選擇最恰當?shù)目刂泣c，以建立合適的空間分析模型；另外，煤礦建設中經(jīng)常需要鉆孔分析，建立一定范圍內(nèi)的緩沖區(qū)區(qū)域，選擇影響范圍內(nèi)的控制點以滿足建設需要，也是值得研究的內(nèi)容。

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