野外信息采集系统设计论文

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1系统设计

1.1系统目标

该系统针对工程地质自身特点，立足于现有的摄影地质编录系统，实现地质编录辅助数据野外采集的数字化，采集数据的有效管理，以及采集数据与桌面摄影测量系统的无缝衔接。

1.2系统总体设计

本系统由PDA端野外地质信息采集软件和PC端影像地质编录辅助处理软件两部分组成。系统总体框架结构。

1.3数据库设计

系统数据库设计的目标是建立科学、高效的数据组织与管理体系，以实现工程地质编录数据的有效统一管理，提高系统载入、记录、查询、编辑等的工作效率。系统数据类型包括影像数据、图形数据和属性数据，对应影像、图形、属性数据库。数据库设计主要内容包括数据编码体系的建立和数据表设计。系统采用Acess和SQLServer数据库来存储和管理编录数据及成果。并基于ADO(ActiveXDataObjects)组件技术，实现对数据库的查询和统计。

1.3.1数据编码体系

为了实现数据的有效管理，需对数据进行统一编码，建立空间数据与属性数据的唯一对应关系，提高数据管理效率。系统的编码体系如下:

(1)编录底图影像数据编码

主标识码次标识码XXXXXXXXXXXXX+XXXX工程名称工程部位平台高程坡段代码+采集影像序列号如:SKY04132250044+05其中:主标识码作为影像数据管理的基本单位，用于单项工程(或桩号)内影像数据的管理，为影像拼接提供依据。次标识码为影像序列号，用于标识单张影像。将两级标识连接，则构成单张影像的标识。由此可见，通过数据编码可以保证编录底图的唯一性，便于与其中的空间数据形成一一对应的映射关系。

(2)图形数据编码

野外影像地质编录图的图形数据单位为地质构造点、线、面数据，对应实体属性构成的属性表。地层、风化分带、结构面(线)、节理裂隙、影像控制点、监测点等均为地质实体单位，是图形数据库的最小实体单位。图形数据标识码为:一级标识+地质类(面、线)序列号(分类编号)。

1.3.2数据库表设计

系统数据表包括影像数据表、图形成果数据表和地质实体属性表。地质实体数据表主要有地层数据表、结构面数据表、节理裂隙数据表、风化分带数据表、监测点数据表、影像控制点测量成果数据表。由于野外编录环境一般比较恶劣，因此在保证对地质要素描述详尽、准确以及与桌面摄影地质编录衔接的基础上，对桌面摄影地质编录系统的实体属性表进行了一定的简化，减少了一些非主要字段，并根据工程实践经验，设置缺省值与可选项，从而提高野外编录的效率。

1.4系统功能模块设计系统包括PDA端野外地质信息采集系统和PC端影像地质编录辅助处理系统两部分。

1.4.1PDA野外地质信息采集系统模块设计

(1)地质底图载入模块

该模块主要用于将野外拍摄的工程高分辨率影像载入工作区，作为地质要素添加标记的底图。该模块包括影像压缩和影像拼接两个子模块。考虑到现场信息采集对影像分辨率要求不高及PDA硬件限制，采用金字塔技术对影像进行压缩，克服了由影像尺寸过大带来的运行速度过慢的问题。实际工程应用中，编录的对象是工程地质边坡等连续大场景，但普通相机视场角较小，所获得的单张影像仅为工程的一部分。因此，需要对所获得的单张影像进行拼接，获取目标场景连续的大视场影像作为编录底图，从而完整、准确地编录整个工程的地质要素。该模块采用仿射不变量技术实现多视点宽基线平面边坡影像自动拼接，对于拍摄角度变化不大的竖直坡面影像，采用附加双向匹配几何一致性约束的SIFT算法进行处理;对于拍摄角度变化较大的非竖直坡面影像，采用基于几何纠正的SIFT算法处理，拼接结果较好。通过影像自动拼接提高了编录信息的准确性及编录工作效率。

(2)地质要素添加模块

该模块主要用于添加各类地质要素，采用选单方式进行设计，操作简单。考虑到用户对地质属性的未来扩展及采集数据与PC机摄影编录系统的无缝衔接，定义了代码属性库的概念。各种点、线状地物的特性均受代码库控制(代码库向用户开放)，用户可根据自身需要设置代码，用代码控制其图层、颜色、线形、线宽等实体特性，进行删除、转换等编辑操作。方便地物信息提取和相互转换，为地质信息入库创造了有利条件。

(3)地质要素浏览及编辑模块

该模块主要包括对已录入的地质要素实体的编辑，如修改、删减多段线节点，移动点状、线状地物的空间位置等;还包括对地质要素的属性的修改，如修改一条节理裂隙线的节理室内编号、节理性质、起伏差、填充状况等。

(4)系统数据维护模块

用户可通过该模块中对数据表、数据字段进行设置，如添加新数据表、在已有数据表中添加新字段等。

1.4.2PC端影像地质编录辅助处理系统模块设计

现场编录完成后，在室内将PDA中的工作区传入PC端，通过PC端影像地质编录辅助处理软件对野外编录数据进行查询、浏览及编辑，将数据无缝汇入摄影地质编录系统工作环境中，避免传统图纸作业方式因人工汇整、重新输入而产生的错误，提高编录速度。

(1)地质信息编录模块

该模块可将PDA采集的地质编录文件载入PC端处理软件，在室内以工程桩段为单位进行多张影像地质要素的集中检查、合并、补充、删除等处理。

(2)CAD编辑模块

该模块主要功能是将编录结果导入CAD中，在CAD环境下对编录结果进行编辑、整饰，添加地质符号及说明文字，输出编录图等编录结果数据。

2系统实现系

统PDA端采集软件以EVC＆MapX为开发平台，充分利用了MapXMobile的技术优势，确保系统界面的美观实用以及用户操作的灵活方便。PC端辅助处理软件以VB为开发平台，集成MapInfo的开发环境进行开发。同时，利用AutoCAD的二次开发VBA编程，开发系统的图形输出子系统，并建立地质编录图形、图像、属性数据库，开发数据库查询、维护、输出系统。

3系统工程应用实例

本系统在向家坝等大型水电工程中得到全面应用。在进行野外数据采集时，首先利用数码相机或PDA拍摄工程现场影像资料，并在PDA上完成条带单张影像拼接，获得大视场整幅影像作为影像地质编录底图。然后进行地质编录辅助信息采集，用工程实践证明，本系统可快速、精确地在工程现场获取地质信息，实用性强。且系统所获取的数据内业处理时能与地质编录数字摄影测量系统无缝衔接，有效提高了数据管理效率，辅助完成摄影地质编录工作。

4结语

影像地质编录野外信息采集系统不仅实现了施工现场地质编录辅助数据的现场快速信息化采集和采集数据的有效管理，而且实现了采集数据与PC端影像地质编录辅助处理软件的无缝连接。系统协同摄影地质编录系统，解决了由现有手工地质编录方法的不足所带来的劳动强度高、作业周期长、信息反馈慢、编录几何精度低以及操作不便等多种难题。系统可广泛PDA在底图上标注构造线等地质信息，在工程现场以数字化方式完成露头、岩层填充物等信息采集工作，并将相关的属性数据保存到数据库内，为室内影像地质编录提供参考依据。最后进行内业数据处理，直接将这些数据导入到桌面的摄影地质编录系统，通过一定的整理，生成编录成果图，如图4所示，同时可对整个与边坡相关的数据进行统一管理。用于高边坡、硐室、基坑等工程的现场信息采集，为地质编录野外信息采集提供了新的手段。

作者：刘庆群 李浩 杨彪 毛羽丰 单位：河海大学地球科学与工程学院