基于多期区域似大地水准面的自动化正常高转换方法及应用研究.pdf

第25卷第1期2023年3月测绘技术装备Geo ma tic s Tec h n o l o gy a n d Eq u ipmen tVo l.25 No.1Ma r.2023基于多期区域似大地水准面的自动化正常高 转换方法及应用研究武瑞宏武瑞宏1，靳鑫洋靳鑫洋2，张占忠张占忠1，刘晓云刘晓云2，郭鑫伟郭鑫伟2，齐文齐文2（1.中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043&2.自然资源部大地测量数据处理中心，陕西西安710054）摘要：为了提高正常高转换的效率，减少人为因素对转换结果的影响，降低质量风险，本文提出一 种基于多期区域似大地水准面的自动化正常高转换方法。首先，将多期区域似大地水准面模型进 行拼接，实现水准面模型自动化选取;其次，提出一种文本格式泛化识别思路，实现多种源文件的数 据格式统一。实际应用表明，该方法功能全面，可实现自动化监控式作业，既能大幅提高工作效率，又能确保质量，可在生产中推广应用。关键词：正常高转换;似大地水准面;水准面拼接;泛化识别中图分类号：P223DOI：10.20006/j.c n k i.61-1363/P.2023.01.001Aut omat ic normal height c onversion met hod based on mul t i-period regional q uasi-geoidWU Ru ih ong1,JIN Xinyang2,ZHANG Zh anzh ong1,LIU Xiaoyu n2,GUO Xinwei,QI Wen2(1.Ch in a Ra il wa y Fir st Su r v ey a n d Design In stitu te Gr o u p Co.,Ltd.,Xia n,Sh a a n x i 710043,Ch in a；2.Geo d etic Da te Pr o c essin g Cen tes o f tie Min istiy o f Na tu r a l Reso u r c es,Xia n,Sh a a n x i 710054,Ch in a)Abst rac t:In o r d es te impr o v e th e eeic ien c y o f n o r ma.h eigh t c o n v er sio n,r ed u c e tie in fl u en c e o f h u ma n fa c to r s o n tie c o n v er sio n r esu l ts a n d r ed u c e th e q u a l ity a sk,a n ew meth o d o f a u to ma tie n o r ma.h eigh t c o n v er sio n ba sed o n mu l ti-per io d r eeio n a l q u a si-geo id is pr o po sed Oi th is pa pec.Fir stl y,th e mu l ti-per io d r eeio n a l q u a si-yeo ig m mer sed t a u to ma tic el l y sel ec e th e q u a si-yeo id mo d el.Th en,a n ew meth o d o f tex t fo r ma t yen er a l iza tio n is pr o po sed U)u n ity Uio fo r ma t o f mu l tipl e so u r c e d a ti.Th ea ppl ic a tio n sh o ws th a t th ii meth o d c en a c h pv v a u to ma tie mo n ito o n y o per a tio n,wh ic h c en n o t o n l y yr ea tl y impr o v e th e wo r k in y effic ien c e,bu t Cso en su r e th e q u a l ity,a n d c en be wid el y u sed in th e pr o d u c tio n.Keywords:n o r ma l h eigh t c o n v er sio n；q u a si-yeo ip;yeo id mer gin y；yen er a l ized(曲口1引言目前，我国很多省、市已经建立或正在建设现代 测绘基准，确定区域似大地水准面是其中一项重要 内容（1-2 o全球导航卫星系统（Gl o ba l Na v iga tio n Sa tel l ite System,GNSS）定位技术具有无需通视、精 度高、速度快、操作简便等特点（3，正逐渐替代传统 大地测量方法。因此,可利用GNSS技术结合高精 度、高分辨率的似大地水准面取代常规几何水准测 量确定正常高（4打正常高转换技术难度低,只需将待转换点坐标 信息转化为固定形式,选取合适的似大地水准面模收稿日期：2022-05-11项目来源：国家自然科学基金项目（41774004、41904040）,2021年度中铁第一勘察设计院集团有限公司重点专项科研开发项 目（2021KY73ZD（ZDZX）-01）。第一作者简介:武瑞宏,正高级工程师，主要从事铁路测绘技术研究与管理工作。2测绘技术装备第25卷型，就可以利用似大地水准面应用软件插值完成，但 实际生产中，项目数量多、频次高,需消耗大量人力、物力。传统正常高转换时需人工选取合适的似大地 水准面模型，因为似大地水准面都是区域模型,部分 区域有多期成果，所以模型选取有出错的可能。同 时，甲方提供的数据文件格式多种多样，需作业人员 进行标准化处理后，才可使用常规插值软件进行处 理。上述因素都会影响生产效率，且存在质量隐患。针对以上情况，迫切需要开发更加自动化、便捷化的 正常高转换软件，降低正常高转换质量风险，大幅提 升作业效率，解放人力（5打2自动化正常高转换方法核心问题 介绍为了实现基于多期区域似大地水准面的自动化 正常高转换，有两大核心问题需要解决:一是似大地 水准面模型的自动化选取，需通过水准面拼接6-7 来实现；二是甲方提供的数据文件格式多种多样，需 通过多格式泛化识别实现数据格式统一2.1水准面拼接水准面拼接目前，正常高转换使用的似大地水准面模型主 要有四类，包括省级水准面、多个国家重大生产项目 的大区域水准面、海域水准面和全国似大地水准面。其中，全国似大地水准面年代较为久远，精度不高。为了便于程序自动化选取合适的似大地水准面 模型，需要对上述水准面进行整合聚化，若有区域模 型更新或增加，则重新整合聚化，得到新的全国拼接 水准面。2.1.1 水准面拼接原则及方法水准面:1）以全国似大地水准面为底，使用新的区域水准面 对其 行；2）对于存在多个水准面模型的区域，使用其中 最新且精度最高的水准面模型基于以上两项拼接原则，使用重叠带加权平均 法和直接叠加法对水准面模型整合聚化。重叠带加 权平均法可以在一定程度上消除不同区域水准面拼 接时在边界处产生的断层效应。利用区域水准面对 全国似大地水准面进行更新时，为防止全国似大地 水准面对区域水准面产生影响，采用直接叠加法进 行拼接2.1.2 水准面拼接流程水准面拼接时采用以下流程：1）将多个国家重大生产项目的大区域水准面 模型加权融合，得到“水准面1+，包括北京、天津、河 北、山东、湖北、安徽等多个省、市水准面。2）从“水准面1”中去掉新的省级水准面，得到“水准面2”。3）由某国家重大生产项目得到中国海域水准面。4）以保留海域及空白陆域为原则,将“海域水准 面”中与*水准面2”重叠的部分剔除，得到*水准面3+%5）将“水准面2”“水准面3”与“省级水准面”一次性加权融合,得到“水准面4+%6）以“全国似大地水准面”做底，将“水准面4”直接叠加，即优先取后者值,得到“全国拼接水准 面”，如图1所示全国 水准面后，自动化正常高转换 对待转换点进行转换，这样既能保证转换精度，又能 避免选取水准面模型时因人为因素而出错2.2数据格式统一数据格式统一目前，需要提取正常高的文件主要分为两类:一 类是单位内部解算得到的标准GNSS网成果表（Word）,格式固定，可用程序自动转为标准格式，无 需人工介入;另一类是甲方提供的待转换文件（I文 本、Word、Excel等），格式繁杂，不能完全自动化转换,需要作业人员将点名和坐标信息复制到文本中，但不 用处理分隔符与坐标形式复制得到的文本文件格 式多样，存在坐标形式的差异，例如有些是大地坐标,有些是高斯投影坐标，纵横坐标先后顺序也不统一;还存在分隔符号方面的差异，例如逗号、TAB键、空 格、冒号、N E等,且同一个文件中还存在多种 格式混合出现以下列举了部分数据格式：1）A001,*53 123.00,*8 123.00,250.00；2）A002,*75 123.00,*4 123.00,550.00；3）A003,*6 712.00,*79 123.00,150.00；4）A004,*。1234.00,*1234.00,350.00；5）A005,0*：12：34.560 0N,*：12：34.560E,950.00；6）A006,*：12：34.560 0,*：12：34.560,150.00；7）A007,*.123 456 0,*.123 456 0,2 300.00%第1期武瑞宏,等:基于多期区域似大地水准面的自动化正常高转换方法及应用研究3利用文本格式泛化识别编程思路进行数据格式 统一。首先,将各类分 用空格替换;然 后,根据每行数据空格数目将其划分为八%八 为度分秒格式的大地坐标，四能是大地坐标（需判断是度分秒还是度小数），也可 能是高斯投影坐标,需根据数值大小 步分析判 断。无论哪种形式都需要 步判断横、纵坐标先 后顺序 数据格式统一流程 2所海口海口海南岛海南岛图例省级水准面I I水准面2I I水准面3勿全国似大地水准面西沙群岛西沙群岛 水兴岛水兴岛中沙群岛中沙群岛|黄岩岛黄岩岛1：60 000 000图1全国拼接水准面Fig.1 Merged q uasi-geoid of China图2数据格式统一流程Fig.2 Fl ow c hart of dat a format st andardizat ion4测绘技术装备第25卷3自动化正常高转换方法实现及应用3.1监控式作业监控式作业为了提高正常高转换效率，避免工序之间交接 的烦琐，本文开发了监控式程序只要指定路径中 出现新的待插值文件或者GNSS网成果表文件,监 控程序就会监测到,并自动调用正常高转换模块,完 成正常高转换。转换完成后将成果复制到固定文件 夹中，并在当前工作路径下删除已完成成果,避免监 控程序下次运行时重复作业。监控程序每5 min执 行一次,如时间超过18：00,程序将停止监控%3.2自动化正常高转换软件实现自动化正常高转换软件实现该软件基于C#、VBA和Ma pBa sie开发实现 其中,VBA主要用于从Wo r d格式标准GNSS网成 果表中提取点位大地坐标,并制作Ex c d格式的正 常高转换成果表；Ma pBa sie用于绘制点位图，基于 地图对象自动判断待转换点所在区域，以便选取合 适的似大地水准面模型软件主要有4项功能：1)自动化提取正常高只需要将待提取正常 高的GNSS网成果表或文本文件放入固定路径，点 击此按钮就可生成标准ExcoI正常高成果表%2)正常高成果表坐标转换部分项目要求提 供的成果表中坐标形式为高斯平面坐标,选择上一 个功能生成的ExcI成果表,就可以将大地坐标转 换为高 面坐标%3)绘制点位分布图选择ExI正常高成果 表，可自动使用Ma pl n l o绘制点位分布图，便于作业 人员查看点位分布情况4)项目统计本软件具有一定项目管理能力，将已完成的项目自动按天整理存放使用此功能可 统计出本月所做项目的名称和转换点数该软件已于2021年在生产中推广应用，完成了 600多批次正常高转换任务4结束语本文提出一种基于多期区域似大地水准面的自 动化正常高转换方法，开发了自动化正常高转换软 件，解决了以往生产中模型选取和格式统一两大痛 点问题，无需人工选择水准面模型和进行坐标格式 标准化处理，可同时批量完成Wo r d格式的GNSS网 成果表和文本格式文件的正常高转换,并具备简单 的项目管理功能，大幅提高了工作效率下一步将尝试应用人工智能(Ar tific a l In tel ii-yen c o,AI)技术的自然语言理解模块，使软件可以“读懂”甲方提供文件，从而把现阶段由作业人员完 成的文件粗加工交给计算机去做，这样就有望实现 全面的监控式作业，最大程度地解放人力，也将为 AI技术赋能测绘行业,实现跨学科技术深度融合积 累实践经验和落地场景参考文献1郭春喜，聂建亮，王斌，等.区域似大地水准面拟合方 法及适用性分析J.大地测量与地球动力学,2013,33(1)：103-107,2 章传银，马旭，章磊，等.基于GNSS水准和重力场误差 特性的大地水准面精度评估方法J.测绘学报,2021,50(1)：12-17.3 王笑德.浅议区域似大地水准面精化成果的外部检核J.测绘技术装备,2014,16(3):43-45.4 王勇，黄强，徐义平，等.高分辨率高精度区域似大地 水准面建立方法J.现代测绘,2020,43(6)：55-57.5 陈骏，刘小强.基于A0的高效DEM智能化生产软件 研发J.测绘标准化,2014,30(3):31-33.6 蒋光伟，郭春喜，王斌，等.顾及区域属性的不规则似 大地水准面的移动窗口拼接方法J.测绘工程，2017,26(3)：19-22.7 聂 亮,郭春喜,等.似大地水准面：限制条件平差法J.测绘科学与工程,2015,35(6)：17-20.