城市軌道測量信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

徐欽國，彭 濤，劉 根，朱傳華

（1.中鐵四局集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230041；2.安徽建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

高速鐵路鋪軌架梁工程、城市軌道交通工程對工程測量業(yè)務(wù)要求很高，不僅測量業(yè)務(wù)內(nèi)容多，項目施工前、施工中以及施工后運營維護(hù)都需要參與；而且精度要求高，責(zé)任重大，錯誤代價高昂。在實際工程項目中，往往面臨測量人員不夠、專業(yè)基礎(chǔ)較弱、計算困難、工作面太多、內(nèi)業(yè)計算忙不過來以及測量復(fù)核落實不到位等問題，迫切需要利用現(xiàn)代計算機(jī)信息技術(shù)對傳統(tǒng)工程測量業(yè)務(wù)進(jìn)行信息化、流程化管理。這種管理方式不僅能降低對一線測量工程技術(shù)人員的專業(yè)基礎(chǔ)要求，而且能提高測量工作效率、提升整個工程測量業(yè)務(wù)的信息化管理水平，更好地為公司工程項目建設(shè)服務(wù)。

近年來，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)發(fā)展迅速，Web端、移動端、Web端與移動端相結(jié)合的應(yīng)用系統(tǒng)逐漸應(yīng)用到各行各業(yè)[1-7]。本文設(shè)計的城市軌道測量信息系統(tǒng)采用Web端與移動端相結(jié)合的方式，將工程項目中的外業(yè)測繪布置在移動端、內(nèi)業(yè)計算布置在Web端，二者通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，既可保證測量工作的效率，又可提高測量業(yè)務(wù)信息化管理水平。該業(yè)務(wù)系統(tǒng)已成功應(yīng)用于城市化軌道測量中，為實際工程項目順利進(jìn)行提供了技術(shù)支撐。

1 總體思路

城市軌道測量信息系統(tǒng)基于云平臺進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，采用面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計，屏蔽了運行平臺和數(shù)據(jù)來源上的差異，統(tǒng)一了系統(tǒng)Web端與移動端的登錄認(rèn)證和訪問權(quán)限服務(wù)。該系統(tǒng)分為主站端和移動端兩個部分，主站端負(fù)責(zé)新建測量項目、確定業(yè)務(wù)流程、分配測量人員和管理測量儀器，確定業(yè)務(wù)流程后，通過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)到移動端；移動端負(fù)責(zé)外業(yè)采集、信息錄入、業(yè)務(wù)流程提醒和業(yè)務(wù)參數(shù)計算，再將結(jié)果信息上傳至主站端云服務(wù)器中。針對城市軌道復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程和繁瑣的參數(shù)計算，主站端實現(xiàn)了項目業(yè)務(wù)管理；與移動端進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)了測量業(yè)務(wù)的實時處理和有效審核，提高了測量業(yè)務(wù)的效率，保證了業(yè)務(wù)的精準(zhǔn)性。

2 系統(tǒng)設(shè)計

城市軌道測量信息系統(tǒng)是基于已有的單機(jī)版本，針對野外工程測量人員工作需求進(jìn)行的擴(kuò)充和升級，包括測量業(yè)務(wù)管理、測量項目管理、測量人員管理、測量儀器管理和系統(tǒng)管理等5大模塊。測量業(yè)務(wù)管理是核心模塊，包括內(nèi)業(yè)會審、導(dǎo)線復(fù)測、水準(zhǔn)復(fù)測、SCP網(wǎng)測量、加密基樁測量、軌道精調(diào)和數(shù)據(jù)分析等功能。系統(tǒng)整體功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體功能架構(gòu)圖

1）數(shù)據(jù)存儲層負(fù)責(zé)存儲系統(tǒng)中各類信息數(shù)據(jù)，包括項目信息、員工信息、項目過程信息等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)以及照片、項目文件等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計存儲在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲在文件管理系統(tǒng)中。

2）基礎(chǔ)服務(wù)層。為了方便主站端和移動端對數(shù)據(jù)存儲層的操作以及屏蔽業(yè)務(wù)邏輯層對數(shù)據(jù)存儲層的依賴，該層對數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)緩存、消息管理、日志管理等進(jìn)行了封裝，供業(yè)務(wù)邏輯層的調(diào)用。

3）業(yè)務(wù)邏輯層通過對城市軌道測量信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)進(jìn)行梳理，響應(yīng)移動終端和主站端用戶的業(yè)務(wù)服務(wù)請求，并將請求分發(fā)到各功能模塊，再根據(jù)業(yè)務(wù)處理流程將處理的結(jié)果返回給用戶。

4）應(yīng)用層包括城市軌道測量移動端信息系統(tǒng)和主站端信息系統(tǒng)。兩個信息系統(tǒng)采用統(tǒng)一的風(fēng)格樣式，主站端信息系統(tǒng)基于J2EE架構(gòu)開發(fā)，頁面采用Angualr8樣式風(fēng)格，符合測量信息系統(tǒng)用戶使用習(xí)慣；移動端信息系統(tǒng)采用 MVP 架構(gòu)，基于Android SDK 原生接口開發(fā)，利用RESTful風(fēng)格接口與服務(wù)端數(shù)據(jù)互操作，為用戶提供流暢友好的交互方式。

3 主要功能設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 流程模板管理

城市軌道測量業(yè)務(wù)復(fù)雜，包括內(nèi)業(yè)會審、導(dǎo)線復(fù)測、水準(zhǔn)復(fù)測、SCP網(wǎng)測量、加密基樁測量等，全程需要公司領(lǐng)導(dǎo)、精測部門和項目部門的參與。公司領(lǐng)導(dǎo)需了解掌握各項目各測量業(yè)務(wù)的進(jìn)度；精測部門需針對各具體測量業(yè)務(wù)，創(chuàng)建項目單元，制定業(yè)務(wù)流程模板，設(shè)定各流程節(jié)點的完成時間；項目部門需根據(jù)精測部門制定的業(yè)務(wù)流程模板，參與具體項目流程，把握業(yè)務(wù)進(jìn)度，以此來規(guī)范業(yè)務(wù)流程管理，追蹤業(yè)務(wù)流程進(jìn)度，落實業(yè)務(wù)執(zhí)行人員職責(zé)，實現(xiàn)對各項目各測量業(yè)務(wù)的流程化管理。

業(yè)務(wù)流程由審核流程和執(zhí)行流程兩部分組成。審核流程是指業(yè)務(wù)流程中需要審核確認(rèn)的操作步驟，目的在于規(guī)范實際業(yè)務(wù)的操作流程、明確操作人員職責(zé)，是系統(tǒng)的必須流程，包括流程步驟數(shù)、步驟名稱等固定參數(shù)以及參與人員、執(zhí)行時間、是否需要審核意見等可調(diào)參數(shù)，固定參數(shù)為系統(tǒng)設(shè)定，用戶無法更改；可調(diào)參數(shù)為系統(tǒng)預(yù)設(shè)，用戶可以根據(jù)實際情況修改。執(zhí)行流程是指審核流程結(jié)束后，后續(xù)的業(yè)務(wù)執(zhí)行流程，目的在于監(jiān)控工作進(jìn)度，參數(shù)類型以及參數(shù)類型的可調(diào)性與審核流程一樣。

根據(jù)業(yè)務(wù)要求，系統(tǒng)提供了系統(tǒng)級流程模板和項目級流程模板，如圖2所示，系統(tǒng)級流程模板由公司精測隊長對模板中的可調(diào)參數(shù)和流程步驟進(jìn)行配置，設(shè)置項目總時長、流程步驟、步驟限制時間和預(yù)警時間等（圖3），一旦配置完成，可重復(fù)使用，模板對系統(tǒng)所有工程項目均適用；各工程項目隊長在系統(tǒng)級流程模板的基礎(chǔ)上，細(xì)化配置適合自身工程項目的項目級流程模板（圖4），確定項目步驟執(zhí)行人，模板適用于當(dāng)前項目對應(yīng)類型的業(yè)務(wù)流程，根據(jù)工程進(jìn)度和項目級流程模板，創(chuàng)建并啟動具體的業(yè)務(wù)流程。根據(jù)具體流程配置，項目測量隊員、項目總工等人員參與到具體的業(yè)務(wù)流程步驟，產(chǎn)生具體流程相關(guān)信息記錄。

圖2 流程模板配置示意圖

圖3 系統(tǒng)級流程模板配置

圖4 項目級流程模板配置

3.2 內(nèi)業(yè)會審模塊

測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性關(guān)系到工程的質(zhì)量，內(nèi)業(yè)計算更是測量工作的核心。內(nèi)業(yè)會審模塊是系統(tǒng)的核心功能，需要測量隊員、測量隊長和項目總工等不同角色的測量人員共同完成，以保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精度。內(nèi)業(yè)會審流程如圖5所示。

圖5 內(nèi)業(yè)會審流程圖

內(nèi)業(yè)會審主要包括數(shù)據(jù)輸入、手工復(fù)核、總工審核和參數(shù)計算4個步驟。在外業(yè)采集處理完成后、進(jìn)行內(nèi)業(yè)參數(shù)計算前，需逐一通過數(shù)據(jù)輸入、手工復(fù)核和總工審核，從而保證數(shù)據(jù)的正確性。首先由兩位測量隊員分別輸入外業(yè)取得的導(dǎo)線點、平曲線、豎曲線、斷鏈等參數(shù)（圖6），輸入方式可采用單個數(shù)據(jù)逐一輸入或直接導(dǎo)入規(guī)定格式的Excel文件，并由系統(tǒng)檢查兩份數(shù)據(jù)是否一致，初步檢查數(shù)據(jù)的一致性；然后由測量隊長手工輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行手工復(fù)核，反向驗證輸入數(shù)據(jù)的有效性（圖7）；最后由項目總工完成總工審核，從數(shù)據(jù)合理性上審核數(shù)據(jù)，給出審核意見。數(shù)據(jù)通過審核，即可計算測量業(yè)務(wù)中需要的參數(shù)，如精調(diào)線型參數(shù)、坐標(biāo)、樁號和高程等，如圖8所示。

圖6 數(shù)據(jù)輸入

圖7 手工復(fù)核

圖8 參數(shù)計算

3.3 移動端數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)的移動端用于現(xiàn)場作業(yè)人員接收測量任務(wù)、獲取測算結(jié)果和一些基礎(chǔ)信息的查詢變更。因此，移動端數(shù)據(jù)處理問題的關(guān)鍵是與服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，包括主動獲取和被動接收兩個方面的數(shù)據(jù)。主動獲取是指用戶在移動端 App上通過 UI操作主動向服務(wù)端發(fā)起數(shù)據(jù)請求。移動信息系統(tǒng)采用MVP架構(gòu)，如圖9所示。用戶操作View層發(fā)起獲取數(shù)據(jù)指令；Presenter層接收View層發(fā)出的事件，并觸發(fā)自身去操作Model層；Model層調(diào)用服務(wù)端開放的接口獲取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回給 Presenter層；在對應(yīng)的 Presenter層中通過接口調(diào)用View層的方法，達(dá)到獲取、更新頁面數(shù)據(jù)的目的。被動接收是指由服務(wù)端發(fā)起的數(shù)據(jù)推送，用戶在移動端無需任何操作即可獲取。本文設(shè)計的移動端信息系統(tǒng)采用基于長鏈接的推送方法實現(xiàn)消息的及時推送。

圖9 MVP架構(gòu)

移動端信息系統(tǒng)包括內(nèi)業(yè)會審、導(dǎo)線復(fù)測、水準(zhǔn)復(fù)測、SCP網(wǎng)測量、基樁加密測量、系統(tǒng)管理等模塊，如圖10所示。

圖10 移動端信息系統(tǒng)功能列表

內(nèi)業(yè)會審是核心模塊，會審?fù)瓿珊?，服?wù)端將成功消息推送給現(xiàn)場測量人員；測量人員被動接收消息后，在移動端App中主動刷新獲取成果數(shù)據(jù)，包括導(dǎo)線點、平曲線、豎曲線等參數(shù)信息，如圖11所示。

圖11 內(nèi)業(yè)會審參數(shù)信息

為了輔助測量人員計算，移動端App還提供了坐標(biāo)、樁號、高程等計算工具。在操作界面中輸入對應(yīng)參數(shù)后，移動端App將調(diào)用服務(wù)端開放的接口主動獲取計算結(jié)果，并進(jìn)行顯示，如圖12所示。

圖12 計算工具

4 結(jié) 語

為滿足提高傳統(tǒng)工程測量業(yè)務(wù)信息化和流程化管理水平以及降低一線測量工程人員技術(shù)要求的需求，本文設(shè)計并實現(xiàn)了城市軌道測量信息系統(tǒng)。系統(tǒng)分為主站端和移動端兩個部分，其中主站端信息系統(tǒng)負(fù)責(zé)軌道測量涉及的平曲線、豎曲線等內(nèi)業(yè)計算，完全在系統(tǒng)內(nèi)部解決，不必借助第三方工具或手工計算，提供了一系列格式化表格或文本文件，以確保圖紙會審、模型建立、坐標(biāo)計算、復(fù)核流程、線型導(dǎo)出、坐標(biāo)導(dǎo)出等內(nèi)業(yè)計算過程和成果輸出的標(biāo)準(zhǔn)化；移動端信息系統(tǒng)能與常用電子全站儀、電子水準(zhǔn)儀相連，所有測量外業(yè)作業(yè)和部分測量計算在系統(tǒng)內(nèi)解決。移動端信息系統(tǒng)與主站端信息系統(tǒng)無縫鏈接，下載前期準(zhǔn)備數(shù)據(jù)，上傳外業(yè)測量數(shù)據(jù)，全程信息化、智能化作業(yè)；同時系統(tǒng)提前設(shè)定了各類測量外業(yè)標(biāo)準(zhǔn)工序，提供了一系列格式化表格或文本文件，確保了外業(yè)測量工作的一致性。該系統(tǒng)通過相關(guān)機(jī)構(gòu)的測試，已成功應(yīng)用于中鐵四局第八工程分公司城市軌道交通工程測量業(yè)務(wù)中，為公司城市地鐵建設(shè)項目提供了強有力的技術(shù)支撐，不僅提高了測量工作效率，而且提升了整個工程測量業(yè)務(wù)的管控水平。