基于Flash的陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點定向教學(xué)模擬平臺實現(xiàn)

陳國良，顧和和，汪云甲，陳小偉，張書畢

(中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

CHEN Guoliang，GU Hehe，WANG Yunjia，CHEN Xiaowei，ZHANG Shubi

基于Flash的陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點定向教學(xué)模擬平臺實現(xiàn)

陳國良，顧和和，汪云甲，陳小偉，張書畢

(中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

Simulation Platform Implementation for Gyrotheodolite Reversal Points Surveying Based on Flash Software

CHEN Guoliang，GU Hehe，WANG Yunjia，CHEN Xiaowei，ZHANG Shubi

摘要：礦山測量陀螺經(jīng)緯儀定向?qū)嶒灲虒W(xué)時由于儀器昂貴和極易損壞，不利于在實際的教學(xué)中大范圍推廣使用。針對以上弊端，本文應(yīng)用 Flash腳本編譯環(huán)境，開發(fā)了交互功能靈活、符合測繪專業(yè)大學(xué)生認識學(xué)習(xí)規(guī)律的陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點定向模擬系統(tǒng)，為初學(xué)者提供了很好的實驗平臺。

引文格式： 陳國良，顧和和，汪云甲，等. 基于Flash的陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點定向教學(xué)模擬平臺實現(xiàn)[J].測繪通報，2015(9)：128-130.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0298

關(guān)鍵詞：Flash；陀螺經(jīng)緯儀；逆轉(zhuǎn)點定向

中圖分類號：G64

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)09-0128-03

收稿日期：2014-02-17

基金項目：國家自然科學(xué)基金(41371423)；教育部-歐特克公司產(chǎn)學(xué)合作專業(yè)綜合改革項目(測繪工程)；江蘇省高等教育教學(xué)改革研究項目(2013JSJG272)

作者簡介：陳國良(1977—)，男，博士，副教授，主要從事數(shù)字測繪、室內(nèi)外無縫定位方面的教學(xué)和科研工作。E-mail:chglcumt@163.com

一、 引言

陀螺經(jīng)緯儀是將陀螺特性與地球自轉(zhuǎn)有機結(jié)合并安裝在經(jīng)緯儀上，實現(xiàn)測定真北方向，它不受時間和環(huán)境的限制，同時觀測方法簡單、效率高、精度高，克服了傳統(tǒng)幾何定向法需占用井筒，造成停產(chǎn)、耗費大量人力物力和時間的弊端，目前被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大礦山。然而，陀螺經(jīng)緯儀由于造價非常高且極易損壞，生命周期短，往往令礦山企業(yè)特別是高校大學(xué)生無法高效應(yīng)用。由于受經(jīng)費的制約，各高校測繪實驗室陀螺經(jīng)緯儀的擁有量約5臺左右，而測繪專業(yè)年均學(xué)生人數(shù)約60人，這就導(dǎo)致學(xué)生實際操作陀螺經(jīng)緯儀儀器的時間得不到保障，難以滿足陀螺經(jīng)緯儀定向?qū)嶒炚n的需求，實驗實習(xí)效果不理想。

Flash作為當(dāng)今因特網(wǎng)上最流行的動畫作品制作工具，具有交互性、動畫性等優(yōu)點，形式多樣，可以將影像、音樂、視頻與聲效等多媒體融合在一起，矢量圖形使得地圖畫面質(zhì)量高，不會隨著縮放而改變清晰度，通過其ActionScript腳本和內(nèi)置組件還可以非常方便地實現(xiàn)用戶與動畫的交互[1]。因此，利用Flash技術(shù)來模擬陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點定向是完全可行的。

二、逆轉(zhuǎn)點法精密定向的原理[2-3]

1) 嚴(yán)格整置經(jīng)緯儀，架上陀螺儀，以一個測回測定待定或已知測線的方向值，然后將儀器大致對正北方。

2) 鎖緊擺動系統(tǒng)，啟動陀螺馬達，待達到額定轉(zhuǎn)速后，下放陀螺靈敏部，進行粗略定向。制動陀螺并托起鎖緊，將望遠鏡視準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)到近似北方位置，固定照準(zhǔn)部。把水平微動螺旋調(diào)整到行程范圍的中間位置。

3) 打開陀螺照明，下放陀螺靈敏部，進行測前懸待零位觀測，同時用秒表記錄自擺周期T3。零位觀測完畢，托起并鎖緊靈敏部。

4) 啟動陀螺馬達，達到額定轉(zhuǎn)速后，緩慢地下放靈敏部到半脫離位置，稍停數(shù)秒鐘，再全部下放。如果光標(biāo)像移動過快，再使用半脫離阻尼限幅，使擺幅在1°~ 3°范圍為宜。用水平微動螺旋微動照準(zhǔn)部，讓光標(biāo)像與分劃板零刻劃線隨時重合，即跟蹤。

5) 測后零位觀測，方法同測前零位觀測。

6) 以一測回測定待定或已知測線的方向值，取測前測后兩測回的平均值作為測線方向值，如圖1所示。

圖1　JT-15型陀螺經(jīng)緯儀的反射光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

三、Flash模擬逆轉(zhuǎn)點精密定向方法

Flash中采用了矢量作圖技術(shù)，各元素均為矢量，因此只用少量的數(shù)據(jù)就可以描述一個復(fù)雜的對象，從而大大減少動畫文件的大小。Flash動畫的最大優(yōu)點是具有交互性，用戶可以通過使用鍵盤、鼠標(biāo)等工具，對圖像各個部分元件協(xié)同操作。

1. 測前零位

對測前零位的模擬只需控制擺線在陀螺視窗中運動(如圖2所示)，擺線在窗口中擺動應(yīng)滿足由a—c速度漸快，而由c—b速度漸慢，在c點速度達到最大。對于擺線的移動可在Flash中先為擺線設(shè)置運動引導(dǎo)層，定制擺線移動的軌跡，在不同的時間軸為擺線添加關(guān)鍵幀。由于在關(guān)鍵幀上改變擺線位置的同時需要為關(guān)鍵幀添加運動漸變，因此，在插入關(guān)鍵幀的過程中時間軸間隔應(yīng)是不同的，如在圖2所示的a—c區(qū)間中，時間軸的間隔應(yīng)越來越小，這樣可以實現(xiàn)擺線速度的逐漸增大，模擬陀螺經(jīng)緯儀測前零位擺線的實際運動現(xiàn)象。Flash中實現(xiàn)測前零位效果如圖3所示。

圖2　擺線設(shè)計

圖3　Flash測前零位觀測窗口

2. 逆轉(zhuǎn)點讀數(shù)

逆轉(zhuǎn)點讀數(shù)是用水平微動螺旋微調(diào)照準(zhǔn)部，讓光標(biāo)像與分劃板零刻度線重合。在用Flash模擬逆轉(zhuǎn)點讀數(shù)的過程中，需要響應(yīng)計算機鍵盤事件，用鍵盤的左右鍵分別來模擬調(diào)節(jié)水平微動螺旋的左右旋轉(zhuǎn)。在響應(yīng)鍵盤事件的同時，陀螺儀視窗與經(jīng)緯儀讀數(shù)窗口都應(yīng)隨著水平微動螺旋的旋轉(zhuǎn)而變化。為了使模擬更具真實性，在Flash中加入陀螺儀圖片，并在微動螺旋上繪制手形，當(dāng)左右鍵盤按下時，圖中的手形可根據(jù)按鍵的不同向左或向右旋轉(zhuǎn)，使模擬效果更加逼真，如圖4所示。

圖4　Flash模擬逆轉(zhuǎn)點定向

3. 測后零位

測后零位同測前零位，如圖5所示。

圖5　測后零位觀測

四、關(guān)鍵技術(shù)

在使用Flash模擬精密定向過程中，為了使模擬能最大限度與實際情況一致，需要解決以下幾個方面的問題。

1. 陀螺擺線的設(shè)計

擺線在模擬過程中作為單獨一個元件來設(shè)計，在擺線的擺動過程中，如果跟蹤不及時就可能導(dǎo)致擺線在陀螺視窗中丟失。為了模擬陀螺視窗擺線擺動過程，可以在Flash ActionScript腳本中判斷擺線實例的位置與陀螺視窗實例的位置關(guān)系，當(dāng)擺線位置超出陀螺儀視窗的位置則應(yīng)使擺線隱藏，當(dāng)擺線重新進入陀螺儀窗口時再使擺線重新顯示。同時為了跟蹤更加及時，可以在擺線到達擺幅最高點運動停止時給出提示，這樣可以方便學(xué)員使用。具體實現(xiàn)方法是在Flash中設(shè)置一個動態(tài)文本框，為文本框設(shè)置變量，根據(jù)擺線的位置文本框顯示不同的內(nèi)容，這樣可以使跟蹤更加人性化，使教學(xué)更有效果(如圖3和圖5中的數(shù)字文本框)。實現(xiàn)代碼如下：

onClipEvent(enterFrame){

if(this._x<=_parent.window._x-125 || this._x>=_parent.window._x+125){

this._visible=false;

_parent.waring="注意：丟失對擺線的跟蹤??！"

}

if(this._x>_parent.window._x-125 && this._x<_parent.window._x+125){

this._visible=true;

_parent.waring=""

}

}

其中，this._x為擺線的位置；_parent.window._x為陀螺儀視窗的中心位置。

2. 鍵盤事件

在實現(xiàn)響應(yīng)鍵盤事件時，應(yīng)當(dāng)為陀螺視窗、經(jīng)緯儀讀數(shù)窗同時添加響應(yīng)鍵盤的事件，使得按下計算機鍵盤后陀螺窗口的零刻度線跟蹤擺線，同時經(jīng)緯儀的讀數(shù)也隨之不斷改變。此處的難點在于如何確定陀螺儀窗口與經(jīng)緯儀讀數(shù)窗刻度的移動，使其與實際情況符合，這需要在制作過程中不斷地進行模擬試驗，確定較好的移動步長。實現(xiàn)代碼如下：

onClipEvent(enterFrame){

if(this._x>=290.1)

{

step=0;

sleep++;

_parent.direction="擺線轉(zhuǎn)向，請向左跟蹤";

if((sleep %50)-47>1)

{

step=-0.1;

sleep=0;

}

}

if(this._x<=180.5){

step=0;

sleep++;

_parent.direction="擺線轉(zhuǎn)向，請向右跟蹤";

if((sleep %50)-47>1)

{

step=0.1;

sleep=0;

}

this._x=this._x+step;

}

}

3. 讀數(shù)精度

經(jīng)緯儀是比較精密的儀器，其讀數(shù)精度要求到秒級，因此在Flash模擬定向過程中精度是一個很大的問題，在陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點定向Flash模擬實現(xiàn)過程中誤差主要來自以下幾個方面。

(1) 經(jīng)緯儀刻度誤差

經(jīng)緯儀的刻度是十分精密的，F(xiàn)lash制作經(jīng)緯儀刻度時一定要保證相鄰刻度之間是等距的，從而保證模擬定向的精度。

(2) 分化板誤差

對于Flash制作經(jīng)緯儀的分化板來說，它直接影響讀數(shù)的精度，因此在制作過程中應(yīng)保持分化刻度的準(zhǔn)確性，保證分化的均勻性，才能提高讀數(shù)精度。

(3) 擺線跟蹤時產(chǎn)生的誤差

由于在Flash模擬過程中擺線移動的實際單位距離小于一個像素，導(dǎo)致在計算機屏幕上顯示的位置不一定是擺線的真實位置，從而給跟蹤帶來誤差。

五、結(jié)束語

隨著我國測繪行業(yè)的快速發(fā)展，陀螺經(jīng)緯儀的使用越來越廣泛,如何使初學(xué)者快速且熟練地掌握陀螺經(jīng)緯儀的定向方法越來越受到高校的重視?；贔lash的陀螺經(jīng)緯儀定向模擬平臺不僅使學(xué)生通過計算機就可以模擬操作陀螺經(jīng)緯儀定向，而且解決了昂貴設(shè)備損壞與學(xué)生操作鍛煉的矛盾及昂貴儀器設(shè)備實習(xí)使用與損壞的難題。實踐表明該試驗平臺大幅提高了陀螺經(jīng)緯儀定向試驗開出率和學(xué)生操作水平。

參考文獻：

[1]劉歡. Flash ActionScript 3.0全站互動設(shè)計[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[2]張國良，顧和和.礦山測量學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[3]萬朋.下架式陀螺經(jīng)緯儀逆轉(zhuǎn)點觀測方法探討[J].測繪通報，2006(9)：31-33.