GPS控制网数据处理可视化管理的实现_黄张裕

ＧＰＳ控制网数据处理可视化管理的实现
黄张裕，李得海，刘明波，刘同生
（河海大学测绘工程系，江苏南京２１００９８）
摘要：针对ＧＰＳ控制网的应用特点，结合传统控制网的经典平差处理模型，建立大型工程复测控制网的静态滤波处理模型和变形监测控制网的拟稳平差处理模型，在编制ＧＰＳ控制网数据处理软件的基础上，建立测量数据库和相应的信息处理文件，实现数据的可视化管理，以满足ＧＰＳ控制网的工程应用要求。

关键词：ＧＰＳ控制网；数据处理；数据库；可视化
中图分类号：Ｐ２２８文献标识码：Ａ文章编号：１００６－７９４９（２００５）０３－００３０－０３ＧＰＳｃｏｎｔｒｏｌｎｅｔｗｏｒｋｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｖｉｓｕａｌｉｚｅｃｏｎｓｕｌｔ
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０引言
随着ＧＰＳ定位技术的深入发展，其在导航、测绘、安全监测等领域的作用已突显出无可比拟的优势，实际应用对ＧＰＳ定位的性能和定位精度不断提出新的要求。

为了处理ＧＰＳ基线向量中存在的偶然误差，解决多期ＧＰＳ控制网观测成果的有效使用，如何将ＧＰＳ控制网用于具有高精度要求和拟稳性质的安全监测中，以及实现测量成果的可视化管理，将成果中的空间信息和多种精度信息制作成一个系统有效地表达出来，有必要研究开发一套ＧＰＳ控制网数据处理、管理软件，以使上述问题在计算机的辅助下高效地解决。

１数据处理模型
传统的ＧＰＳ控制网数据处理通常采用经典的最小二乘处理方法，使用间接平差模型。

该方法认为基线中存在的偶然误差服从正态分布，进而为每一个观测量引入改正数，列误差方程式，根据观测量的信息进行平差和精度估算，得到控制网中点位的最佳估值、精度指标及观测量的可靠性因子，使被处理的基线观测量在整个网中的相互关系取得几何一致性。

对于大型工程ＧＰＳ复测控制网的多期观测数据，先采用经典平差的方法分期独立处理，将本期观测的点位成果及精度指标与前一期观测的成果进行统计检验，依据所给定的显著性水平和检验功效，判断两者是否相容。

若不相容，则说明网点已经发生变动，应使用当前的观测成果指导实际工程建设；若相容，则说明控制网在允许的统计假设检验水平下未发生明显变动，这时需采用静态逐次滤波的方法进行处理，即认为不但网中各观测量统计相关，而且各待定点参数（点位坐标）也统计相关，通过前一期得到的点位成果和本期的观测数据联合处理，获得滤波结果。

这样不仅实现了观测数据的充分利用，而且降低了待估参数（点位坐标）的方差，提高了数据处理精度。

第１４卷第３期测绘工程Ｖｏｌ．１４1Ｎｏ．３２００５年９月ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＯＦＳＵＲＶＥＹＩＮＧＡＮＤＭＡＰＰＩＮＧＳＥＰ．1２００５
收稿日期：２００５－０３－１６
作者简介：黄张裕（１９６９～），男，河海大学测绘工程系副教授。

第３期黄张裕等!ＧＰＳ控制网数据处理可视化管理的实现
对于高精度、高灵敏度的安全监测ＧＰＳ控制网的基线处理，当无法判定点位是否发生移动时，可以假定控制网的坐标重心位置不会改变，因而采用全网秩亏或局部拟稳的平差处理模型。

通过对待估参数设定拟稳条件，与观测量一起参与平差计算，以确定其点位坐标的最佳估值和定位精度信息，进一步对控制网观测数据和成果进行分析，获得有益的变形监测信息。

２系统开发
ＧＰＳ控制网数据处理系统开发必须充分利用计算机、多媒体等先进的软硬件应用技术，系统应具有先进性、实用性、可靠性，界面友好、便于操作以及可扩充、可兼容等特性。

２．１系统设计目标
１）功能全面。

系统不但要求有平差数据处理的基本功能，而且应具有数据传输、数据分流、格式转换等应用工具。

２）整体性好。

编辑器、文档、图形、数据处理等模块全部集成在统一的环境下，并采用多文档可同时处理多项任务，实现工程管理模式，方便操作。

３）系统可视化。

具有优良的菜单系统和图形功能等人机界面，观测数据的直观显示，信息文件、处理结果输出等实现可视化。

４）可扩充性和兼容性。

在满足功能要求的前提下，充分考虑现代技术的快速发展，系统应能随时加入必要的功能模块、应用系统，并支持设备扩充能力，以扩充和完善系统功能。

２．２系统开发原则
１）结合ＧＰＳ控制网数据处理理论，应用国内外数据处理软件的先进经验，充分利用计算机多媒体技术进行系统开发，做到功能完善、操作简便，保证系统的完整、安全和可靠性。

２）按照全面规划的原则进行系统的开发，在保证ＧＰＳ数据多种平差处理的基础上，对观测数据进行统计、分析，形成相应的信息文件，实现可视化查询、管理。

３）系统具有完整的信息传输接口功能，具有良好的视图设计和绘图功能，可迅速形成有条理的、系统化的屏幕图形和文字信息，支持用户清晰、直观地了解数据处理的过程和结果。

４）系统中各数据处理单元相互独立，并行工作，并采用开放式模块结构，便于增加、更新、扩充和维护。

５）在保证先进、可靠、自动化程度高的前提下，采取各种有效方法，力求功效高、成本低。

２．３系统关键技术
１）可视化技术。

可视化是计算机图形学的一个新的应用领域，其实质是采用图形或图像方式对计算过程进行跟踪、驾驭和对结果的有效处理，同时实现仿真软件界面的可视化。

ＧＰＳ控制网数据处理可视化技术主要利用表格、曲线图形等对观测数据和数据处理过程进行可视化，并对处理结果进行可视化管理。

设计友好、直观的图形操作界面，实现用户操作界面的可视化；在系统运行期间实现数据计算和处理的可视化，把数据和信息以图形、图像、表格的形式更直观的显示给用户。

２）容错技术。

系统的可靠性指系统在特定的运行环境、特定的时间内，无故障运行的概率，抵抗异常（人为或机器的故障）的干扰，保证系统正常工作的能力。

在ＧＰＳ控制网数据处理系统设计时充分考虑模块之间的独立性，利用模块化设计技术和面向对象的技术，大大降低了系统的复杂性，提高了系统的鲁棒性、可重用性、可维护性和可扩展性。

３系统总体结构
根据ＧＰＳ控制网特点和所采用的平差方法，构建ＧＰＳ控制网观测数据预处理和数据后处理模型，并对观测数据和计算成果进行统计分析，进而分析观测数据的可靠性，分离出有益的观测信息，实现数据的自动化处理和成果可视化查询，具体设计软件处理框图如图
１所示。

３．１系统功能
根据ＧＰＳ控制网数据处理特点和系统要实现
图１系统总体设计框图
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测绘工程第１４卷
的目标，并结合ＧＰＳ数据处理理论、计算机应用技术和可视化技术，实现以下主要功能：
１）系统总控建立系统各部分的联系，提供系统主菜单及选单功能，控制系统各部分的协调运行。

包括编制系统选单、控制系统输入输出流程，系统与外部的通讯，协调系统内各模块的传输和提供完善的人机交互界面等。

２）控制网信息和观测数据实现自动化传输、文本文件读入、手工输入等多种输入方式，并建立观测数据库；
３）实现自动化的控制网数据处理，包括进行数据预处理系统、控制网的经典平差、静态滤波、拟稳平差以及精度评定等；
４）建立完整的控制网处理数据库，对控制网信息、观测数据和处理成果进行统计、分类和存储；
５）建立管理信息库，实现观测、计算等成果的可视化管理，如查询点位坐标、误差参数，最弱点的点位中误差、观测量的最小可靠因子等，用屏幕图形或文字信息直观显示；
６）建立结果输出系统，实现成果的可视化输出，对计算、分析的结果以图形或表格的形式进行可视化输出，用户可以根据图形界面，更直观的了解数据处理的过程和结果，包括浏览、查询、定位、量距、地图缩放、数据统计、图表显示等功能。

３．２功能实现
１）在控制网数据预处理过程中，控制网的信息和观测数据按完整的数据格式以文本文件输入，也可先按照控制网的信息，设置相关的ＭｓＦｌｅｘＧｒｉｄ表格，供用户手工输入，还可以使用ＤＡＯ库中相应的方法，将数据从库中直接读入。

２）在数据平差处理过程中，按模块化设计编写数据运算子程序，将相应的平差处理模型做成功能相互独立的模块，供主程序调用，实现相应的数据处理功能。

３）在数据建库时，采用ＤＡＯ对象库中的方法建立ＡＣＣＥＳＳ数据库，并定义相应的数据表。

４）在数据管理、查询和输出时，使用ＡＤＯ对象库中的对象和方法，将用户的查询变为ＳＱＬ语句来执行，将查询结果用ＤａｔａＧｒｉｄ控件显示，并进行相应的统计分析。

使用Ｍａｐｘ控件将处理成果制作成一个Ｍａｐｉｎｆｏ中的Ｔａｂ文件，作为成果库中的观测成果表、点位成果表等，建立观测成果图层、点位分布图层。

将控制点分布和观测基线绘制在不同图层上，并为每个图层对象附加上其观测量和精度信息。

另外，再加一个误差椭圆层，将控制点的误差椭圆和点间的相对误差椭圆绘制在这一层上，同样加上椭圆参数信息，以供进一步分析和应用。

将三个图层叠置，构成处理成果；将两期的处理成果图叠置，即可直观地分析点位的变动情况。

这样就生成了一个Ｍａｐｉｎｆｏ软件下的ＧＩＳ文件，再用Ｍａｐｘ提供的对象和方法创建一些ＧＩＳ的基本功能，如浏览、由图元查询属性、由属性搜索图元信息等功能，实现ＧＰＳ数据处理和ＧＩＳ的有效结合，升华成功能丰富的ＧＰＳ／ＧＩＳ组合系统。

４结束语
１）结合ＧＰＳ控制网的应用特点，从传统控制网的经典平差处理模型出发，建立复测控制网静态滤波处理模型和变形监测网拟稳平差处理模型，在编制ＧＰＳ数据处理软件基础上，建立数据库，实现数据的可视化管理，这是一种在计算机的辅助下高效地解决问题的方法。

２）为实现ＧＰＳ控制网数据处理系统的开发，设置系统目标、原则和关键技术，根据系统设计的具体要求选择所必需的开发环境，提出数据处理的总体结构，并进行模块化编程实现。

３）根据ＧＰＳ控制网所采用的平差方法，构建ＧＰＳ控制网观测数据平差处理模型，同时分析观测成果的可靠性和计算成果的合理性，并实现数据的自动化处理，在输出系统中实现成果文本、可视化等多种形式输出，满足工程实际管理需要。

参考文献
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［责任编校：张德福］
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