野外信息采集系統設計論文
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1系統設計
1.1系統目標
該系統針對工程地質自身特點，立足于現有的攝影地質編錄系統，實現地質編錄輔助數據野外采集的數字化，采集數據的有效管理，以及采集數據與桌面攝影測量系統的無縫銜接。
1.2系統總體設計
本系統由PDA端野外地質信息采集軟件和PC端影像地質編錄輔助處理軟件兩部分組成。系統總體框架結構。
1.3數據庫設計
系統數據庫設計的目標是建立科學、高效的數據組織與管理體系，以實現工程地質編錄數據的有效統一管理，提高系統載入、記錄、查詢、編輯等的工作效率。系統數據類型包括影像數據、圖形數據和屬性數據，對應影像、圖形、屬性數據庫。數據庫設計主要內容包括數據編碼體系的建立和數據表設計。系統采用Acess和SQLServer數據庫來存儲和管理編錄數據及成果。并基于ADO(ActiveXDataObjects)組件技術，實現對數據庫的查詢和統計。
1.3.1數據編碼體系
為了實現數據的有效管理，需對數據進行統一編碼，建立空間數據與屬性數據的唯一對應關系，提高數據管理效率。系統的編碼體系如下:
(1)編錄底圖影像數據編碼
主標識碼次標識碼XXXXXXXXXXXXX+XXXX工程名稱工程部位平臺高程坡段代碼+采集影像序列號如:SKY04132250044+05其中:主標識碼作為影像數據管理的基本單位，用于單項工程(或樁號)內影像數據的管理，為影像拼接提供依據。次標識碼為影像序列號，用于標識單張影像。將兩級標識連接，則構成單張影像的標識。由此可見，通過數據編碼可以保證編錄底圖的唯一性，便于與其中的空間數據形成一一對應的映射關系。
(2)圖形數據編碼
野外影像地質編錄圖的圖形數據單位為地質構造點、線、面數據，對應實體屬性構成的屬性表。地層、風化分帶、結構面(線)、節理裂隙、影像控制點、監測點等均為地質實體單位，是圖形數據庫的最小實體單位。圖形數據標識碼為:一級標識+地質類(面、線)序列號(分類編號)。
1.3.2數據庫表設計
系統數據表包括影像數據表、圖形成果數據表和地質實體屬性表。地質實體數據表主要有地層數據表、結構面數據表、節理裂隙數據表、風化分帶數據表、監測點數據表、影像控制點測量成果數據表。由于野外編錄環境一般比較惡劣，因此在保證對地質要素描述詳盡、準確以及與桌面攝影地質編錄銜接的基礎上，對桌面攝影地質編錄系統的實體屬性表進行了一定的簡化，減少了一些非主要字段，并根據工程實踐經驗，設置缺省值與可選項，從而提高野外編錄的效率。
1.4系統功能模塊設計系統包括PDA端野外地質信息采集系統和PC端影像地質編錄輔助處理系統兩部分。
1.4.1PDA野外地質信息采集系統模塊設計
(1)地質底圖載入模塊
該模塊主要用于將野外拍攝的工程高分辨率影像載入工作區，作為地質要素添加標記的底圖。該模塊包括影像壓縮和影像拼接兩個子模塊。考慮到現場信息采集對影像分辨率要求不高及PDA硬件限制，采用金字塔技術對影像進行壓縮，克服了由影像尺寸過大帶來的運行速度過慢的問題。實際工程應用中，編錄的對象是工程地質邊坡等連續大場景，但普通相機視場角較小，所獲得的單張影像僅為工程的一部分。因此，需要對所獲得的單張影像進行拼接，獲取目標場景連續的大視場影像作為編錄底圖，從而完整、準確地編錄整個工程的地質要素。該模塊采用仿射不變量技術實現多視點寬基線平面邊坡影像自動拼接，對于拍攝角度變化不大的豎直坡面影像，采用附加雙向匹配幾何一致性約束的SIFT算法進行處理;對于拍攝角度變化較大的非豎直坡面影像，采用基于幾何糾正的SIFT算法處理，拼接結果較好。通過影像自動拼接提高了編錄信息的準確性及編錄工作效率。
(2)地質要素添加模塊
該模塊主要用于添加各類地質要素，采用選單方式進行設計，操作簡單。考慮到用戶對地質屬性的未來擴展及采集數據與PC機攝影編錄系統的無縫銜接，定義了代碼屬性庫的概念。各種點、線狀地物的特性均受代碼庫控制(代碼庫向用戶開放)，用戶可根據自身需要設置代碼，用代碼控制其圖層、顏色、線形、線寬等實體特性，進行刪除、轉換等編輯操作。方便地物信息提取和相互轉換，為地質信息入庫創造了有利條件。
(3)地質要素瀏覽及編輯模塊
該模塊主要包括對已錄入的地質要素實體的編輯，如修改、刪減多段線節點，移動點狀、線狀地物的空間位置等;還包括對地質要素的屬性的修改，如修改一條節理裂隙線的節理室內編號、節理性質、起伏差、填充狀況等。
(4)系統數據維護模塊
用戶可通過該模塊中對數據表、數據字段進行設置，如添加新數據表、在已有數據表中添加新字段等。
1.4.2PC端影像地質編錄輔助處理系統模塊設計
現場編錄完成后，在室內將PDA中的工作區傳入PC端，通過PC端影像地質編錄輔助處理軟件對野外編錄數據進行查詢、瀏覽及編輯，將數據無縫匯入攝影地質編錄系統工作環境中，避免傳統圖紙作業方式因人工匯整、重新輸入而產生的錯誤，提高編錄速度。
(1)地質信息編錄模塊
該模塊可將PDA采集的地質編錄文件載入PC端處理軟件，在室內以工程樁段為單位進行多張影像地質要素的集中檢查、合并、補充、刪除等處理。
(2)CAD編輯模塊
該模塊主要功能是將編錄結果導入CAD中，在CAD環境下對編錄結果進行編輯、整飾，添加地質符號及說明文字，輸出編錄圖等編錄結果數據。
2系統實現系
統PDA端采集軟件以EVC＆MapX為開發平臺，充分利用了MapXMobile的技術優勢，確保系統界面的美觀實用以及用戶操作的靈活方便。PC端輔助處理軟件以VB為開發平臺，集成MapInfo的開發環境進行開發。同時，利用AutoCAD的二次開發VBA編程，開發系統的圖形輸出子系統，并建立地質編錄圖形、圖像、屬性數據庫，開發數據庫查詢、維護、輸出系統。
3系統工程應用實例
本系統在向家壩等大型水電工程中得到全面應用。在進行野外數據采集時，首先利用數碼相機或PDA拍攝工程現場影像資料，并在PDA上完成條帶單張影像拼接，獲得大視場整幅影像作為影像地質編錄底圖。然后進行地質編錄輔助信息采集，用工程實踐證明，本系統可快速、精確地在工程現場獲取地質信息，實用性強。且系統所獲取的數據內業處理時能與地質編錄數字攝影測量系統無縫銜接，有效提高了數據管理效率，輔助完成攝影地質編錄工作。
4結語
影像地質編錄野外信息采集系統不僅實現了施工現場地質編錄輔助數據的現場快速信息化采集和采集數據的有效管理，而且實現了采集數據與PC端影像地質編錄輔助處理軟件的無縫連接。系統協同攝影地質編錄系統，解決了由現有手工地質編錄方法的不足所帶來的勞動強度高、作業周期長、信息反饋慢、編錄幾何精度低以及操作不便等多種難題。系統可廣泛PDA在底圖上標注構造線等地質信息，在工程現場以數字化方式完成露頭、巖層填充物等信息采集工作，并將相關的屬性數據保存到數據庫內，為室內影像地質編錄提供參考依據。最后進行內業數據處理，直接將這些數據導入到桌面的攝影地質編錄系統，通過一定的整理，生成編錄成果圖，如圖4所示，同時可對整個與邊坡相關的數據進行統一管理。用于高邊坡、硐室、基坑等工程的現場信息采集，為地質編錄野外信息采集提供了新的手段。
作者：劉慶群 李浩 楊彪 毛羽豐 單位：河海大學地球科學與工程學院