基于Android平臺(tái)的水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研究

張宏強(qiáng)，劉亞男，徐 峰

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)基礎(chǔ)地理信息中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

水準(zhǔn)測量是一項(xiàng)非常繁瑣的外業(yè)工作，測量人員需要觀測、記錄、計(jì)算、檢核數(shù)據(jù)，稍有差錯(cuò)就可能導(dǎo)致測量返工[1]。近年來，智能手機(jī)移動(dòng)終端已融入人們的生活，開發(fā)基于手機(jī)平臺(tái)的水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有可行性和實(shí)用性。測量信息錄入，數(shù)據(jù)的預(yù)處理、計(jì)算、檢核、儲(chǔ)存以及成果數(shù)據(jù)的形成均可采用手機(jī)終端來完成[2]。

國家測繪地理信息局第三大地測量隊(duì)開發(fā)了水準(zhǔn)測量外業(yè)記錄軟件包，能滿足各種水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)標(biāo)尺對(duì)外業(yè)觀測數(shù)據(jù)采集的要求以及完成水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)標(biāo)尺出測前的檢查工作[3]；但其僅對(duì)數(shù)據(jù)采集過程進(jìn)行檢核，沒有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理和平差，也不能實(shí)時(shí)展現(xiàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

在測繪外業(yè)工作中，為確保獲取數(shù)據(jù)的可靠性，許多計(jì)算工作需在現(xiàn)場同步完成。為了盡可能地減少負(fù)重、保存體力，將精力放在如何保證觀測質(zhì)量上[4]，借助現(xiàn)代科技，結(jié)合Android平臺(tái)良好的發(fā)展趨勢和廣泛的應(yīng)用前景，本文提出了在Android平臺(tái)上進(jìn)行測繪軟件開發(fā)、移植的技術(shù)路線和流程，以期為測繪日常工作提供技術(shù)服務(wù)和保障。

系統(tǒng)主要包括四大模塊：①導(dǎo)入外業(yè)數(shù)據(jù)，建立一、二、三、四等水準(zhǔn)測量原始數(shù)據(jù)文件；②設(shè)置測段信息和觀測條件，對(duì)新建的項(xiàng)目工程進(jìn)行描述；③數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行各限差檢核；④數(shù)據(jù)平差處理，對(duì)通過預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差，顯示往返較差、閉合差、平差結(jié)果等信息。

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，本文采用MyEclipse9.0和Android插件ADT15.0實(shí)現(xiàn)功能模塊，通過主要視圖布局XML文件和系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖（圖1）詳細(xì)指導(dǎo)工作。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

2 水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 開發(fā)環(huán)境與運(yùn)行平臺(tái)

Android平臺(tái)采用了開源性操作系統(tǒng)，越來越多的軟件開發(fā)人員加入開發(fā)隊(duì)伍，使其迅速在各行業(yè)推廣應(yīng)用[5]。根據(jù)生產(chǎn)需要，筆者開發(fā)了一款適用于Android手機(jī)和平板電腦的水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，開發(fā)平臺(tái)為Android2.1～2.3及以上版本。該系統(tǒng)通過Android智能手機(jī)運(yùn)行客戶端程序，采用Java和SQLite內(nèi)嵌式數(shù)據(jù)庫聯(lián)合開發(fā)，安裝包大小為88 KB，操作簡單，使用方便。

2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

1）開始模塊，是系統(tǒng)的主要功能模塊，為使用者提供了新建文件、打開文件、保存文件、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理平差等功能。新建文件功能可創(chuàng)建一、二、三、四等水準(zhǔn)測量工程文件，打開文件功能可讀取GSI、DAT以及平差文件。

2）新建模塊，可創(chuàng)建水準(zhǔn)測量工程，并存儲(chǔ)項(xiàng)目名稱、水準(zhǔn)路線類型、觀測順序、時(shí)間日期、水準(zhǔn)等級(jí)、儀器名稱、儀器編號(hào)、處理者等測量工程信息。信息輸入完成后，確認(rèn)進(jìn)行保存，數(shù)據(jù)寫入創(chuàng)建的工程內(nèi)；同時(shí)還可設(shè)置溫度、天氣、成像、風(fēng)力、土質(zhì)等觀測條件。

3）數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。測站數(shù)據(jù)錄入完成后，點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)預(yù)處理”按鈕，彈出相應(yīng)處理選項(xiàng)，通過設(shè)置數(shù)據(jù)檢核條件（如最大視距長、最低視線高、最高視線高、前后視距差、視線長度、視距累計(jì)差等）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，并顯示檢核結(jié)果，對(duì)不符合要求的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新測量，合格數(shù)據(jù)可生成平差文件，進(jìn)行下一步的平差。

4）數(shù)據(jù)平差模塊。通過選擇平差文件，可計(jì)算往返測較差、高差閉合差和精度評(píng)定，并校核觀測值是否符合要求。若符合要求，即進(jìn)行高程平差計(jì)算，再將高差結(jié)果可視化。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理與檢核

測站信息配置是水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)處理的第一步，如配置觀測方向、水準(zhǔn)等級(jí)信息、水準(zhǔn)路線等[6]。DataCollection 中的類Station File Con 會(huì)自動(dòng)根據(jù)水準(zhǔn)等級(jí)信息進(jìn)行相應(yīng)的測站限差設(shè)置。系統(tǒng)中所用到的一、二、三、四等測站作業(yè)限差符合規(guī)范要求。DataPreprocessing 中的類Station Event 會(huì)根據(jù)當(dāng)前等級(jí)的限差要求對(duì)測站的各限差進(jìn)行檢核，通過檢核的原始數(shù)據(jù)將被保存在相應(yīng)的txt 文件中，否則提示限差不符合，不保存數(shù)據(jù)。

2.4 平差文件生成

當(dāng)外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查合格后，導(dǎo)入外業(yè)觀測數(shù)據(jù)文件即可生成平差文件。平差文件格式采用COSA軟件的標(biāo)準(zhǔn)格式，生成的水準(zhǔn)網(wǎng)平差文件中已知點(diǎn)高程和高差觀測值以m為單位，測段長度以km為單位，水準(zhǔn)網(wǎng)平差文件（.inl）具體格式為：

已知點(diǎn)點(diǎn)名，高程

已知點(diǎn)點(diǎn)名，高程

…

測段起點(diǎn)，測段終點(diǎn)，高差，距離（或權(quán)倒數(shù)）

測段起點(diǎn)，測段終點(diǎn)，高差，距離（或權(quán)倒數(shù)）

…

2.5 往返測較差以及閉合差計(jì)算

往返測較差檢核：先計(jì)算高程待定點(diǎn)間往返測的高差和路線長，并使用數(shù)組存儲(chǔ)，然后在將往返測得的高差逐一進(jìn)行比較，符合限差要求的取其高差平均值[7]。附合路線閉合差檢核：先在Adjustment Caculate M類中的附合路線函數(shù)Line Closure中查找附合路線，得到附合路線的高差和路線長度，再根據(jù)相應(yīng)等級(jí)的限差進(jìn)行檢核。閉合環(huán)路線閉合差檢核：先在Adjustment Caculate M類中的閉合環(huán)路線函數(shù)Loop Closure 中查找獨(dú)立閉合環(huán)，得到閉合環(huán)高差和路線長度，再根據(jù)相應(yīng)等級(jí)的限差進(jìn)行檢核。

3 軟件可靠性測試

3.1 工程實(shí)例

本文以某工程線下二等水準(zhǔn)實(shí)測數(shù)據(jù)為例，通過3 組水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本文采用兩組附合水準(zhǔn)路線往返測和一組支水準(zhǔn)路線往返測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并將本文系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果與COSA系統(tǒng)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證了本文系統(tǒng)的正確性與可靠性。一組附合水準(zhǔn)路線實(shí)測數(shù)據(jù)在本文系統(tǒng)的計(jì)算過程如圖2～4所示。

圖2 生成的平差文件以及數(shù)據(jù)檢核結(jié)果

圖3 往返測較差以及閉合差

圖4 高程網(wǎng)平差結(jié)果

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文開發(fā)的系統(tǒng)能為測量人員提供一整套水準(zhǔn)測量基本功能模塊，能自動(dòng)判斷前后視距差、前后視距累計(jì)差、最低視線高、兩次讀數(shù)差、最高視線高、最大視距長等是否符合要求。若觀測值不滿足規(guī)范要求，系統(tǒng)將會(huì)提示作業(yè)員，及時(shí)進(jìn)行重測。平差計(jì)算包括計(jì)算水準(zhǔn)路線閉合差與往返測較差，在精度允許范圍內(nèi)進(jìn)行平差處理，并評(píng)定結(jié)果精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性較強(qiáng)，節(jié)省了外業(yè)人員的工作強(qiáng)度，并能現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和平差，避免返工，可大大提高工作效率。

實(shí)驗(yàn)過程中選取了3組實(shí)測數(shù)據(jù)，通過COSA系統(tǒng)對(duì)3組實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其中一組數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖5、6所示。

將COSA系統(tǒng)計(jì)算的3組數(shù)據(jù)與本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行比較，第一組測試數(shù)據(jù)高程網(wǎng)平差結(jié)果VTPV分別為0.314和0.321；第二組測試數(shù)據(jù)高程網(wǎng)平差結(jié)果VTPV均為0，因?yàn)樵撀肪€為支水準(zhǔn)路線；第三組測試數(shù)據(jù)高程網(wǎng)平差結(jié)果VTPV分別為0.102和0.116。雖然本文系統(tǒng)的VTPV不如COSA系統(tǒng)的小，但預(yù)期接近并符合相應(yīng)的規(guī)范要求。由表1～3可知，雖然本文系統(tǒng)中誤差比COSA系統(tǒng)大，但兩種軟件平差后得出的高程值以及中誤差相差很小，應(yīng)該是由平差時(shí)數(shù)據(jù)的取舍不同所致，且均在0.01mm范圍內(nèi)，說明本文系統(tǒng)達(dá)到了一定的正確性。由表4、5可知，雖然0.01 mm的統(tǒng)計(jì)率不算很低，但這是由于數(shù)據(jù)量和基數(shù)較小的原因，事實(shí)上二者得出的高程差值約為0.01 mm，較穩(wěn)定，說明本文系統(tǒng)具有一定的可靠性，適用于實(shí)際生產(chǎn)。

圖5 高程網(wǎng)平差結(jié)果

圖6 平差后高程值

表1 測試數(shù)據(jù)1高程值和中誤差對(duì)比表

表2 測試數(shù)據(jù)2高程值和中誤差對(duì)比表

表3 測試數(shù)據(jù)3高程值和中誤差對(duì)比表

表4 兩種軟件平差結(jié)果較差統(tǒng)計(jì)（測試數(shù)據(jù)1）

表5 兩種軟件平差結(jié)果較差統(tǒng)計(jì)（測試數(shù)據(jù)3）

4 結(jié) 語

本文開發(fā)了水準(zhǔn)數(shù)據(jù)成果處理系統(tǒng)，以彌補(bǔ)水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)預(yù)處理、水準(zhǔn)網(wǎng)概算、平差文件生成、平差高程結(jié)果的不足。該系統(tǒng)不僅能有效提高野外數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)概算的效率，而且能避免手動(dòng)數(shù)據(jù)整理過程中錯(cuò)誤和粗差的產(chǎn)生；觀測概算成果可生成目前流行的.inl平差格式文件，與其他電腦平差系統(tǒng)相結(jié)合可實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)處理的互通。軟件界面簡潔、可靠性高、功能完善、操作簡單，可直接在顯示窗口瀏覽處理后的閉合差、觀測較差、平差文件、平差結(jié)果等，并生各種需要的文件。

本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)僅能對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并未實(shí)現(xiàn)對(duì)水準(zhǔn)測量儀器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸、采集等，后續(xù)應(yīng)繼續(xù)完善該系統(tǒng)，滿足內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)一體化的要求。

[1] 曹林林,張恒璟.基于VC6.0平臺(tái)的水準(zhǔn)網(wǎng)平差數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪工程,2014,23(6):71-74

[2] 陳運(yùn)貴,王國輝,張興福.基于Android智能手機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)一體化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑,2013(8):149-151

[3] 茍偉,黃濤.基于J2ME的手機(jī)測量數(shù)據(jù)處理程序的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn):以單一水準(zhǔn)路線近似平差為例[J].地礦測繪,2010,26(3):17-19

[4] 李傳華,賈虎軍.基于手機(jī)平臺(tái)的水準(zhǔn)測量系統(tǒng)開發(fā)[J].測繪通報(bào),2013(10):112-114

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[6] 王海城,何義斌.水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)PDA一體化系統(tǒng)開發(fā)[J].測繪科學(xué),2007,32(3):62-64

[7] 曾振華,凌小勤.三、四等水準(zhǔn)測量記錄、計(jì)算程序的開發(fā)應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013,32(12):96-100