精密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試

李明軍

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

精密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試

李明軍*

(中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251)

近些年，隨著無(wú)線傳輸技術(shù)和手機(jī)智能技術(shù)不斷發(fā)展，藍(lán)牙和Android系統(tǒng)被越來(lái)越多的人熟知，智能手機(jī)微系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，逐步成為傳統(tǒng)技術(shù)變更的新潮流。結(jié)合藍(lán)牙技術(shù)和電子水準(zhǔn)儀測(cè)量系統(tǒng)，將Java語(yǔ)言在Eclipse系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)編譯的apk可執(zhí)行文件安裝到Andriod智能手機(jī)上，在精密水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用，以達(dá)到提效節(jié)支的目的，具有很重要的意義。

藍(lán)牙；Android系統(tǒng)；實(shí)時(shí)精密水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)；WiFi

1 引 言

對(duì)于高速鐵路精密水準(zhǔn)工作，尤其高鐵運(yùn)營(yíng)期CPⅢ高程測(cè)量、構(gòu)筑物沉降監(jiān)測(cè)等精密水準(zhǔn)測(cè)量而言，受作業(yè)天窗時(shí)間限制，相較常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量，更注重于相鄰CPⅢ點(diǎn)或監(jiān)測(cè)點(diǎn)間往返測(cè)、原復(fù)測(cè)高差實(shí)時(shí)顯示和各項(xiàng)限差指標(biāo)實(shí)時(shí)對(duì)比核實(shí)，是否滿足限差要求，有異?？杉皶r(shí)檢核避免再次返工，而當(dāng)前電子水準(zhǔn)儀在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

本設(shè)計(jì)依托電子水準(zhǔn)儀、藍(lán)牙適配器和智能手機(jī)為基本固件，利用藍(lán)牙技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在Android系統(tǒng)上構(gòu)建精密水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)時(shí)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)手機(jī)對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)顯示，完成同相鄰測(cè)段間不同線路、作業(yè)或不同周期間數(shù)據(jù)對(duì)比分析、超限預(yù)警和成果遠(yuǎn)程傳輸功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為三個(gè)模塊：①電子水準(zhǔn)儀無(wú)線傳輸模塊，此功能主要是實(shí)現(xiàn)電子水準(zhǔn)儀的藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)功能，使電子水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)采集可直接由手機(jī)控制；②數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，此功能主要是將電子水準(zhǔn)儀及外部獲取的數(shù)據(jù)分類梳理分析，形成過(guò)程數(shù)據(jù)，為將來(lái)數(shù)據(jù)分析和實(shí)時(shí)顯示功能，提供對(duì)比分析依據(jù)；③手機(jī)數(shù)據(jù)精密水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理模塊：本功能主要是對(duì)已同步的精密水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)處理，實(shí)現(xiàn)相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)間原復(fù)測(cè)高或往返測(cè)不符值檢核，實(shí)時(shí)顯示采集的數(shù)據(jù)和測(cè)段間高差對(duì)比情況，并對(duì)超限參數(shù)預(yù)警分析。精密水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 精密水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)

此項(xiàng)功能主要是根據(jù)需求，在手機(jī)APP程序中搜尋和連接電子水準(zhǔn)儀的藍(lán)牙設(shè)備。設(shè)計(jì)的前提是電子水準(zhǔn)儀外置藍(lán)牙適配器驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行，其功能在智能手機(jī)APP程序中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電子水準(zhǔn)儀藍(lán)牙設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序正常運(yùn)行后，則基于手機(jī)程序函數(shù)調(diào)用Andriod系統(tǒng)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)附近藍(lán)牙設(shè)備的搜尋功能，則附近的藍(lán)牙設(shè)備均會(huì)逐條出現(xiàn)在藍(lán)牙連接的界面，手機(jī)系統(tǒng)自帶的藍(lán)牙功能則會(huì)將電子水準(zhǔn)儀連接上，是后續(xù)手機(jī)控制電子水準(zhǔn)儀測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)實(shí)時(shí)顯示電子水準(zhǔn)儀采集數(shù)據(jù)功能最關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3.2 自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)

本系統(tǒng)主要采用的儀器設(shè)備是天寶和徠卡兩種，規(guī)范了數(shù)據(jù)采集記錄格式，僅通過(guò)藍(lán)牙連接識(shí)別功能，可兼容兩個(gè)廠家的電子水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)，共同構(gòu)建精密水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)文件名自動(dòng)區(qū)分采集線路格式數(shù)據(jù)和自編格式基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，匹配調(diào)用分析程序函數(shù)，讓精密水準(zhǔn)測(cè)量在不同儀器，不同周期采集的往返測(cè)或原復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比具有可行性和靈活性。

3.3 全新的界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量步驟，將系統(tǒng)的界面分割成：藍(lán)牙連接、測(cè)量限差設(shè)置、水準(zhǔn)路線相關(guān)參數(shù)設(shè)置和測(cè)量等四個(gè)界面。如圖2、圖3所示。

圖2 藍(lán)牙連接和水準(zhǔn)測(cè)量限差的設(shè)置

圖3 水準(zhǔn)路線相關(guān)參數(shù)設(shè)置和測(cè)量界面

3.4 自動(dòng)匹配分析技術(shù)

本系統(tǒng)以線路對(duì)比數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)比分析是否每一個(gè)相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)段匹配有了重新的定義，同時(shí)對(duì)采用往測(cè)同向還是返測(cè)異向?qū)Ρ冗M(jìn)行了區(qū)分。當(dāng)執(zhí)行相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)段段匹配模式時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，自動(dòng)匹配當(dāng)前測(cè)站點(diǎn)點(diǎn)名。用戶還可以根據(jù)外業(yè)實(shí)際測(cè)量情況，更改默認(rèn)測(cè)站點(diǎn)點(diǎn)名為1號(hào)～199號(hào)數(shù)字，系統(tǒng)將自動(dòng)匹配這些數(shù)字為測(cè)段轉(zhuǎn)點(diǎn)，將相鄰測(cè)段高差對(duì)比分析擴(kuò)展至與此類轉(zhuǎn)點(diǎn)相鄰的非1號(hào)～199號(hào)數(shù)字的相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)間。而且轉(zhuǎn)點(diǎn)測(cè)量完成之后，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)自動(dòng)匹配下一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)名，無(wú)須人工輸入。當(dāng)不執(zhí)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)段段匹配模式，系統(tǒng)則會(huì)根據(jù)當(dāng)前測(cè)量相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)段落自動(dòng)匹配基準(zhǔn)數(shù)據(jù)同名往、返測(cè)段高差進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)同名測(cè)段往、返測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)限差超限預(yù)警功能。

3.5 多功能數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

本系統(tǒng)傳承了傳統(tǒng)電子水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)采集續(xù)接和數(shù)據(jù)線傳輸功能，同時(shí)也增加了數(shù)據(jù)WiFi遠(yuǎn)程傳輸功能，它可以利用WiFi網(wǎng)絡(luò)在QQ、微信或郵箱等多平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，大大拓展了精密水準(zhǔn)測(cè)量傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ奖懔撕笃跀?shù)據(jù)的匯總管理。

3.6 多用戶數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享功能

結(jié)合手機(jī)的WiFi和藍(lán)牙功能，本系統(tǒng)可識(shí)別數(shù)據(jù)可以在不同用戶間實(shí)時(shí)傳輸，交互使用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)精密水準(zhǔn)測(cè)量用戶間無(wú)法交流的技術(shù)短板。

4 系統(tǒng)測(cè)試

以有效、直觀、高效為測(cè)試原則，本程序在試驗(yàn)場(chǎng)設(shè)置了A、B、C、D四個(gè)固定點(diǎn)為參考，電子水準(zhǔn)儀直接采集數(shù)據(jù)為參照依據(jù)，采用不同的觀測(cè)模式對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比分析。主要測(cè)試內(nèi)容如下：

(1)原始數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性對(duì)比及限差報(bào)警程序

同等的觀測(cè)條件下，相同的觀測(cè)順序和模式，對(duì)比前后同測(cè)點(diǎn)兩次測(cè)量模式下的采集數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)獲取的無(wú)縫性。同時(shí)以限差為基準(zhǔn)，在不同測(cè)量模式，同等的觀測(cè)條件下，模擬各種超限情況，檢查超限報(bào)警的完整性和準(zhǔn)確性。

(2)不同測(cè)量順序模式下，數(shù)據(jù)處理函數(shù)運(yùn)算準(zhǔn)確性對(duì)比

同等的觀測(cè)條件下，分別在“aBFFB”、“BFFB”和“BBFF”順序模式下，采用參考數(shù)據(jù)直接對(duì)比檢核數(shù)據(jù)記錄的有效性和準(zhǔn)確性，同時(shí)在不斷增加轉(zhuǎn)點(diǎn)的情況下，間接的利用基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與相鄰監(jiān)測(cè)點(diǎn)間往返、原復(fù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比分析，檢驗(yàn)本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理函數(shù)運(yùn)算的準(zhǔn)確性。

(3)藍(lán)牙連接中斷或測(cè)量干擾中斷，繼續(xù)測(cè)量程序銜接的準(zhǔn)確性

在正常測(cè)量模式下，采用打、接電話、直接退出等多種方式中斷測(cè)量程序，隔 5 min、 10 min、 15 min、 1 h、 1 d，選擇退出前線路，繼續(xù)測(cè)量，結(jié)合對(duì)比數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)記錄前后銜接的連貫性。

(4)測(cè)段匹配過(guò)程中同測(cè)段往返測(cè)、原復(fù)測(cè)限差對(duì)比分析及限差報(bào)警機(jī)制

選中測(cè)段匹配模式，分別以測(cè)段原始數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)整理的自編格式數(shù)據(jù)為對(duì)比數(shù)據(jù)參考依據(jù)，靈活匹配四個(gè)固定點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)，增加數(shù)據(jù)觀測(cè)過(guò)程中測(cè)段間測(cè)站數(shù)的不對(duì)稱性的同時(shí)，不斷模擬較差超限的各種情況，檢驗(yàn)當(dāng)前模式下程序內(nèi)核數(shù)據(jù)分析的完整性和報(bào)警功能的完備性。

(5)非測(cè)段匹配狀態(tài)下，同測(cè)段往返測(cè)、原復(fù)測(cè)限差對(duì)比分析及報(bào)警機(jī)制

當(dāng)測(cè)段匹配模式處于未選中模式，分別以測(cè)段原始數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)整理的自編格式數(shù)據(jù)為對(duì)比數(shù)據(jù)參考依據(jù)，靈活組合四個(gè)固定點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)，在任意組合原往測(cè)相鄰測(cè)段在本次測(cè)量中的順序，增加數(shù)據(jù)觀測(cè)過(guò)程中測(cè)段間測(cè)站數(shù)的不對(duì)稱性的同時(shí)，間斷性的模擬較差超限的各種情況，檢驗(yàn)當(dāng)前模式下程序數(shù)據(jù)分析和報(bào)警功能的靈敏性。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著高鐵事業(yè)的不斷發(fā)展，高鐵測(cè)量技術(shù)日趨完善，為保證高鐵運(yùn)行的平順性和安全性，精密測(cè)量技術(shù)在高鐵勘測(cè)設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)等階段的作用越來(lái)越重要。本系統(tǒng)集成手機(jī)Android系統(tǒng)、藍(lán)牙技術(shù)和電子水準(zhǔn)儀測(cè)量系統(tǒng)為一體，以實(shí)時(shí)測(cè)量顯示為目的，外業(yè)勘測(cè)過(guò)程實(shí)時(shí)預(yù)警提醒為手段，便捷的數(shù)據(jù)傳輸和匯總功能為特色，增加了精密水準(zhǔn)測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，可減少了外業(yè)重測(cè)或返工的次數(shù)，從而達(dá)到節(jié)支增產(chǎn)的目的。

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Real-time Processing System Design And Test of Precise Leveling

Li Mingjun

(China Railway Design Corporation，Tianjin 300251，China)

In recent years，with the development of wireless transmission technology and mobile phone intelligent technology，Bluetooth and Android system are becoming so popular that be known to many people .It is becoming a new trend of traditional technology change of the development of intelligent mobile phone microsystem . Combined with Bluetooth technology and the system of Electronic Digital Levels，using in precision measurement technology，the smart phone is being installed on apk of Executable file which is been developed by Java Scripts on software of Eclipse，to achieve the purpose of saving on expenditure is of great significance.

bluetooth；andriod system；real-time processing system of precise leveling；WiFi

1672-8262(2017)04-127-03

P204

A

2017—02—20

李明軍(1984—)，男，碩士，工程師，研究方向：GPS在3S中的應(yīng)用。

國(guó)家自然科學(xué)基金(41472243)；鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司科技開(kāi)發(fā)課題(921515)