基于智能全站儀外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

楊靖英，程相兵

(1.廣東省食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東廣州 510663;2.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060)

1 前言

目前，數(shù)字化測圖外業(yè)數(shù)據(jù)采集主要分為以下兩種模式:第一種是采用傳統(tǒng)全站儀機(jī)載測量程序，以極坐標(biāo)的方法，在野外直接測量碎部點(diǎn)，并記錄在全站儀內(nèi)存卡上，然后用全站儀連接PC導(dǎo)出數(shù)據(jù)文件，進(jìn)行計算和展繪。這種方法對全站儀的要求不高，不需要特別的程序，只要有足夠的存儲空間。前提是已經(jīng)布設(shè)好控制點(diǎn)，并要求在現(xiàn)場畫好草圖。缺點(diǎn)是傳統(tǒng)全站儀輸入法比較繁瑣，無法快速輸入地物編碼以及其他的一些地物信息，而且外業(yè)畫草圖的效率較低。第二種是利用各種電子手簿，如PC－E500或PDA等，通過串口通訊，驅(qū)動全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。這種模式外業(yè)工作效率比前一種有了很大提高，不但輸入各種信息方便快捷，而且外置設(shè)備存儲空間可以靈活擴(kuò)充，適合大面積測圖。但這種模式也有較大弊端，首先，傳統(tǒng)電子手簿(如Sharp PC－E500)已經(jīng)是幾十年前的淘汰產(chǎn)品，早已停產(chǎn)多年，目前市場上已幾乎絕跡，而PDA(即Personal Digital Assistant，個人數(shù)碼助理)并非為測量工作定制，不適合外業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，受到灰塵、日照、電池等諸多不利因素影響，這就使這種測量模式的可持續(xù)性遇到巨大挑戰(zhàn)。另外，這種模式無論是電子手簿還是PDA，都需要傳輸線與全站儀相連，由于外業(yè)測量環(huán)境復(fù)雜，移動性強(qiáng)，這種“一拖一”的模式不但攜帶麻煩，而且連接線及連接接口容易出現(xiàn)故障。因此，開發(fā)一種新的外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)十分必要。

2 智能全站儀簡介

近年來，市場上出現(xiàn)了越來越多的基于Win CE操作系統(tǒng)的全站儀，也稱之為智能全站儀。如:拓普康、賓得、南方測繪等廠家相繼推出其智能產(chǎn)品。這類全站儀采用微軟的Win CE作為操作系統(tǒng)，具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)自己的需求，基于eVC++、eVB開發(fā)適合自己作業(yè)習(xí)慣的測量應(yīng)用程序，為實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)采集功能提供可能。在硬件方面，智能全站儀既有全面的輸入按鍵(包括字母、數(shù)字及功能鍵)，又有大面積觸摸LCD屏幕，使得信息輸入方便快捷，很好地解決了傳統(tǒng)全站儀信息輸入繁瑣的問題。另外，該種全站儀有多種通訊模式可供選擇，包括串口、USB以及藍(lán)牙模式，數(shù)據(jù)傳送方便快捷。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計與開發(fā)目標(biāo)

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計

外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能有:數(shù)字化測量外業(yè)原始觀測數(shù)據(jù)的記錄，包括圖根導(dǎo)線、三角高程、碎部點(diǎn);地物屬性信息的輸入，像地物類別、房屋層數(shù)等;測量數(shù)據(jù)指標(biāo)的檢核，如圖根導(dǎo)線度盤左右閉合檢核，2C較差檢核，三角高程往返測高差檢核等。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

本系統(tǒng)的設(shè)計功能是外業(yè)數(shù)據(jù)采集時，通過機(jī)載程序記錄測量過程中的屬性數(shù)據(jù)(如設(shè)站點(diǎn)、前視點(diǎn)、后視點(diǎn)、儀器高、棱鏡高)，和各種原始觀測數(shù)據(jù)(導(dǎo)線測量及碎部測量的角度、邊長、地物編碼)等。

系統(tǒng)主界面如圖1所示。

圖1 設(shè)置測站界面

圖2 碎部或者導(dǎo)線測量界面

4 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)組織

數(shù)據(jù)的組織形式對于提高程序的通用性、靈活性及數(shù)據(jù)資料的管理有重要的作用，尤其是在觀測數(shù)據(jù)量較大、作業(yè)緊張、操作需要方便靈活的情況下，數(shù)據(jù)的組織形式就顯得更加重要。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，對數(shù)據(jù)的組織進(jìn)行了充分的研究和精心設(shè)計。例如，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)都按特定的格式存儲，其數(shù)據(jù)格式如下:

如果H1，V1，S1不為0，0，0表示導(dǎo)線測量，需要盤左盤右讀數(shù)。如果H1，V1，S1為0，0，0表示碎部測量。測量點(diǎn)名可以通過簡碼表示不同地物，進(jìn)而將多種外業(yè)測繪信息記錄進(jìn)去，這種數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)具有很大靈活性，可以滿足導(dǎo)線點(diǎn)和碎部點(diǎn)一起記錄。系統(tǒng)在存儲方式上支持?jǐn)?shù)據(jù)控制、碎部測量一體化模式，數(shù)據(jù)記錄與各類限差檢核不需要測繪前錄入已知點(diǎn)。

4.2 系統(tǒng)開發(fā)方法

本系統(tǒng)采用微軟Microsoft eMbedded Visual C++ 4.0 SP2，結(jié)合儀器廠商提供的SDK開發(fā)。使用進(jìn)程間消息通訊技術(shù)，通過與儀器底層測量伺服進(jìn)程間發(fā)送和接收消息以及建立數(shù)據(jù)共享區(qū)，來對儀器進(jìn)行各種模式和參數(shù)的設(shè)定與獲取。通過人機(jī)交互，程序從用戶輸入獲得各種儀器及地物屬性信息，并按需求從消息循環(huán)中實(shí)時測量數(shù)據(jù)，實(shí)時保存在儀器Flash存儲器中。

底層部分，程序首先通過 API函數(shù) CreateToolhelp32Snapshot查找伺服進(jìn)程是否存在，如存在則獲得該進(jìn)程句柄，如不存在，則利用CreateProcess建立。然后利用RegisterWindowMessage函數(shù)注冊與該進(jìn)程的對話消息，再建立數(shù)據(jù)交換區(qū)和互斥時間，以用來數(shù)據(jù)交換。部分代碼如下:

4.3 人機(jī)交互功能

人機(jī)交互功能在外業(yè)采集系統(tǒng)中尤為重要，優(yōu)秀的人機(jī)交互界面能大大提高工作效率。本系統(tǒng)采用智能人機(jī)交互系統(tǒng)，程序主要輸入界面有數(shù)字鍵盤界面和編碼鍵盤界面，程序會根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，自動判斷當(dāng)前需要輸入的內(nèi)容，根據(jù)需要自動切換輸入界面，例如當(dāng)前狀態(tài)為輸入編碼，輸入界面自動切換為編碼鍵盤，當(dāng)用戶輸入完按OK鍵確定后，系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎肽繕?biāo)高，輸入界面自動切換到數(shù)字鍵盤界面，而且系統(tǒng)可以記住上次輸入，如輸入編碼或目標(biāo)高狀態(tài)下，遇到和上次一樣的情況，可以直接按確定鍵，系統(tǒng)將直接按上次內(nèi)容輸入。另外，系統(tǒng)還設(shè)置了一個自定義組合鍵，用于一鍵輸入最常用的碎部點(diǎn)棱鏡高，用戶還可以自定義該數(shù)值，通過這樣的智能界面，可以很大程度減少用戶切換界面和重復(fù)輸入的時間;同時，設(shè)定有棱鏡和無棱鏡測量模式轉(zhuǎn)換快捷鍵，從而大幅提高工作效率。

4.4 數(shù)據(jù)存儲與傳輸

測量數(shù)據(jù)最終以文本方式保存，用戶內(nèi)業(yè)處理時可以通過Microsoft ActiveSync同步軟件導(dǎo)出，也可以通過儀器的USB接口接U盤導(dǎo)出，非常方便，比傳統(tǒng)的通過串口通訊方式又快速又安全。數(shù)據(jù)存儲格式如下:

5 結(jié)語

本系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集模式的各種弊端，提高了數(shù)據(jù)安全性和設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，通過實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的驗證，生產(chǎn)效率得到了很好的提高。相信隨著各種新智能全站儀的出現(xiàn)以及開發(fā)平臺的開放，外業(yè)數(shù)據(jù)采集的手段和方法將不斷改進(jìn)。

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