基于安卓系統(tǒng)的全站儀測距檢定功能的開發(fā)

楊 希，胡 穎，朱雯雯，唐國順

（1.湖北省測繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，湖北 武漢 430075）

在測繪儀器檢定工作中，全站儀的測距部分檢定，按相關(guān)規(guī)范要求，檢定項(xiàng)目采用多段基線組合比較法來進(jìn)行[1]，而這些項(xiàng)目指標(biāo)的計(jì)算較復(fù)雜，計(jì)算量也較大。若通過相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，預(yù)先在智能設(shè)備中設(shè)計(jì)好計(jì)算程序，僅通過直接輸入觀測數(shù)據(jù)，程序后臺(tái)自行計(jì)算，最后獲得并輸出各項(xiàng)結(jié)果，就能大大減輕工作量，減少計(jì)算錯(cuò)誤，提高工作效率。本文基于Android的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了全站儀、光電測距儀測距部分檢定指標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算、保存和查詢等功能。

1 Android應(yīng)用軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)

1.1 Android開發(fā)平臺(tái)的選擇與建立

Android作為一個(gè)完全開源的操作系統(tǒng)，通過Android SDK 提供的APT以及相應(yīng)的開發(fā)工具，程序員簡單開發(fā)Android 平臺(tái)上需要的應(yīng)用程序。目前，谷歌推出了一款可以讓用戶更容易為Android智能設(shè)備編寫的應(yīng)用軟件工具——App Inventor。

App Inventor 這款編程軟件不一定非要專業(yè)的研發(fā)人員，甚至根本不需要掌握任何的程序編制知識。它具有友好的用戶界面及完全可視化的操作方式，它摒棄復(fù)雜的程式代碼而使用封裝好的模塊來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的各種行為，即通過拖放圖形化的組件和代碼塊，將這些代碼疊放在一起，產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)用程序（App），從而完成設(shè)計(jì)者需要的Android程序和功能，為一些沒有編程基礎(chǔ)但富有創(chuàng)意的人提供了一個(gè)很好的開發(fā)平臺(tái)[2]。

App Inventor 為全云端的開發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境，所有的建立及操作過程都是在瀏覽器上完成的。建立的過程需要完成3個(gè)步驟：①安裝Google瀏覽器，注冊并登錄Google的帳號；②測試電腦上是否可正確運(yùn)行Java（測試頁面）；③安裝Google App Inventor軟件。

電腦的App Inventor編程環(huán)境建立起來后，就可以使Android手機(jī)與App Inventor通過數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同步，輕松地用Google App Inventor軟件為Android手機(jī)編程。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架流程圖

2 檢定方法與功能實(shí)現(xiàn)

2.1 加常數(shù)C和乘常數(shù)R

全站儀的加、乘常數(shù)是全站儀測距功能中最重要的2個(gè)參數(shù)，在全站儀的應(yīng)用中占有至關(guān)重要的地位，直接影響距離測量的結(jié)果和精度。

測繪儀器生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)測距儀時(shí)，都先要檢定出儀器的加常數(shù)，然后將加常數(shù)預(yù)置到儀器內(nèi)，這樣，儀器最終顯示的是地面兩點(diǎn)間的實(shí)際距離值。但由于加常數(shù)檢定有誤差，以及日后使用中儀器光、電系統(tǒng)的變化等，加常數(shù)不是一個(gè)永久不變的值，會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化，因而儀器還有加常數(shù)（或稱為剩余加常數(shù)）[3]。

全站儀除存在加常數(shù)改正外，還應(yīng)包括比例改正項(xiàng)。大量的實(shí)測數(shù)據(jù)表明，由于儀器發(fā)光管和接收管相位不均勻性以及副相誤差等因素，儀器還存在與測量距離長短相關(guān)的改正項(xiàng)，習(xí)慣上將此類改正項(xiàng)統(tǒng)稱為乘常數(shù)。

為了保證儀器的測距準(zhǔn)確度，必須對剩余加常數(shù)、乘常數(shù)進(jìn)行定期的檢定。檢定儀器加常數(shù)、乘常數(shù)的方法，一般是在長度檢定場（基線場）中，采用多段基線組合比較法進(jìn)行同時(shí)檢定[4]。

按全組合的比較法進(jìn)行測量，將測得的數(shù)據(jù)填入本系統(tǒng)相應(yīng)的輸入欄中，然后設(shè)置軟件系統(tǒng)。

式（1）、（2）中，K0為測距儀加常數(shù)估值；R0為測距儀乘常數(shù)估值；Di為經(jīng)修正后的距離；li為基線值與Di之差值；n為使用的組合基線段數(shù)，i =1，2，3，…，n。

通過對儀器的常數(shù)顯著性檢驗(yàn)，可以對儀器可能存在的4種不同的模型進(jìn)行選擇。

1）當(dāng)K0與R0均顯著時(shí)，所選數(shù)學(xué)模型有效，在使用測距儀時(shí)應(yīng)對儀器進(jìn)行加常數(shù)K、乘常數(shù)R改正：

??? 熊 式 輝 著，洪 朝 輝 編 校: 《海 桑 集: 熊 式 輝 回 憶 錄(1907 ～1949)》，(香港)明鏡出版社2008 年版，第223、401、269、267、396 頁。

2）當(dāng)K0顯著、R0不顯著時(shí)，應(yīng)選用不考慮R影響的數(shù)學(xué)模型，在使用測距儀時(shí)應(yīng)僅對儀器進(jìn)行K改正：

3）當(dāng)K0不顯著、R0顯著時(shí)，應(yīng)選用不考慮K影響的數(shù)學(xué)模型，在使用測距儀時(shí)應(yīng)僅對儀器進(jìn)行R改正：

4）當(dāng)K0與R0均不顯著時(shí)，測距儀不進(jìn)行K、R改正。

其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊如圖2、圖3所示。

圖2 數(shù)組D 數(shù)組l 的建立模塊

圖3 常數(shù)顯著性檢驗(yàn)?zāi)K

2.2 測量的重復(fù)性m0

間隔30 m分別安置測距儀和反射棱鏡，操作儀器一次照準(zhǔn)后測距，連續(xù)測量讀數(shù)30次，將測得的數(shù)據(jù)填入本系統(tǒng)相應(yīng)的輸入欄中，然后設(shè)置軟件根據(jù)式（6）進(jìn)行計(jì)算：

式中，vi為第i次讀數(shù)值與讀數(shù)平均值之差；為第i次讀數(shù)值為n次讀數(shù)的平均值；n為連續(xù)讀數(shù)的次數(shù)；2，3，…，n。

其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊及效果如圖4所示。

圖4 測量的重復(fù)性計(jì)算模塊及效果圖

2.3 測距綜合標(biāo)準(zhǔn)差

設(shè)置軟件根據(jù)修正過后的距離觀測值與相應(yīng)的基線值比較，計(jì)算測距綜合標(biāo)準(zhǔn)差（標(biāo)準(zhǔn)差表達(dá)公式為a+bD）：

式中，li=|D0i-Di|；a為測距儀標(biāo)準(zhǔn)差偏差表達(dá)式固定誤差部分；b為測距儀標(biāo)準(zhǔn)差偏差表達(dá)式比例誤差部分；D0i為基線值；Di為經(jīng)修正后的距離觀測值；n為組合基線的段數(shù)；i =1，2，3，…，n。其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊及效果如圖5所示。

圖5 誤差a、b計(jì)算模塊及效果圖

2.4 查詢輸出功能

當(dāng)該系統(tǒng)測量保存數(shù)據(jù)后，用戶可以通過搜索查詢功能方便快捷地查找之前保存編輯過的數(shù)據(jù)內(nèi)容。通過輸入關(guān)鍵詞作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢方式，為用戶提供一種簡單而友好的界面，在效率和效果上滿足用戶需求。

由于先前保存的文件都有儀器型號、編號、檢定日期等多種信息，這些內(nèi)容都可作為查詢條件。例如想查找所有該軟件測量過的GTS-311系列的全站儀，便可以在查找輸入欄中輸入“GTS-311”，軟件可將所有先前保存的GTS-311信息列出來。其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊及效果如圖6所示。

3 結(jié) 語

圖6 查詢功能模塊及效果圖

本文詳細(xì)地介紹了基于Android的全站儀測距部分檢定項(xiàng)目的計(jì)算查詢等功能的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了整體框架算法的設(shè)計(jì)。結(jié)合相關(guān)檢定規(guī)程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能，羅列出了一些主要設(shè)計(jì)流程圖和功能架構(gòu)模塊，展示了系統(tǒng)運(yùn)行的部分界面和效果。從使用效果來看，該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，提高了檢測工作效率，節(jié)約了記錄紙張，利于及時(shí)現(xiàn)場查找儀器問題，也方便了電子檔案的管理等。Android在測繪儀器檢定方面還處于探索階段，通過對已做工作的思考和總結(jié)可以證明，這種方式對測繪儀器檢定工作具有較好的輔助作用和較高的推廣借鑒價(jià)值。

[1]JJG 703-2003.光電測距儀計(jì)量檢定規(guī)程[S].

[2]王寅峰，許志良.AppInventor實(shí)踐教程[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2013

[3]楊俊志.全站儀的原理及其檢定[M].北京:測繪出版社,2004

[4]楊德麟.紅外測距儀原理及檢測[M].北京:測繪出版社,1996

[5]王向輝.可視化開發(fā)Android應(yīng)用程序——拼圖開發(fā)模式App Inventor[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2013

[6]段定乾.電子速測技術(shù)[M].北京:解放軍出版社,1996

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