測量機(jī)器人與Android 通信控制及內(nèi)外業(yè)協(xié)同研究

高建偉

（1.廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060；2.廣東省城市感知與監(jiān)測預(yù)警企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510060）

隨著國家機(jī)構(gòu)改革和優(yōu)化營商環(huán)境等政策要求，測繪市場的多元化需求越來越大，這就需要不斷更新技術(shù)設(shè)備，優(yōu)化作業(yè)方法，提升技術(shù)實(shí)力來應(yīng)對(duì)機(jī)遇和挑戰(zhàn)。常規(guī)測量作業(yè)為外業(yè)數(shù)據(jù)采集及草圖繪制、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算及成圖、外業(yè)核查等過程，需要多次進(jìn)入測區(qū)，內(nèi)業(yè)也需外業(yè)完成后進(jìn)行，作業(yè)效率不高。此外，在超高層建筑、地鐵、橋梁及滑坡體變形監(jiān)測領(lǐng)域，大型設(shè)備安裝等工程建造領(lǐng)域，對(duì)測量儀器遠(yuǎn)程控制、測量工作的自動(dòng)化作業(yè)要求越來越高[1]。

測量機(jī)器人以其自動(dòng)化、全天候等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種測繪項(xiàng)目，再與能夠制訂測量計(jì)劃、控制測量過程、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析的軟件相結(jié)合，可以代替人完成許多測量任務(wù)[2]。Android 智能設(shè)備具有藍(lán)牙、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、GPS等傳感器，Android程序具有很好的兼容性和實(shí)用性。二者結(jié)合，既能實(shí)現(xiàn)測量機(jī)器人與Android 遠(yuǎn)程通信控制，進(jìn)行自動(dòng)化測量作業(yè)，又能在此基礎(chǔ)上，將獲取的測量數(shù)據(jù)通過5G 等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸給內(nèi)業(yè)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算及成圖，成果同步傳回外業(yè)Android 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)協(xié)同作業(yè)，極大的提高作業(yè)效率。

1 測量機(jī)器人與Android通信控制實(shí)現(xiàn)

1.1 測量機(jī)器人與Android通信控制原理

1）測量機(jī)器人控制的基本原理。GeoCOM是Leica測量機(jī)器人提供的數(shù)據(jù)接口，用來完成控制全站儀動(dòng)作、獲取數(shù)據(jù)等操作。GeoCOM 通過2 種模式進(jìn)行通信：ASCⅡ模式和函數(shù)調(diào)控模式，函數(shù)調(diào)控模式僅適用于PC 平臺(tái)，Android 平臺(tái)上使用ASCⅡ模式進(jìn)行通信。GeoCOM 的ASCⅡ模式控制過程由請(qǐng)求和應(yīng)答構(gòu)成。程序通過藍(lán)牙（或串口線）發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求指令到測量機(jī)器人，接收應(yīng)答并對(duì)應(yīng)答進(jìn)行解碼來實(shí)現(xiàn)儀器的控制及測量數(shù)據(jù)的獲取[3-4]。

2）測量機(jī)器人與Android藍(lán)牙通信原理。測量機(jī)器人自身具備或外接藍(lán)牙適配器與Android 進(jìn)行藍(lán)牙無線通信，藍(lán)牙適配器通過串行線性仿真協(xié)議將有線的串口連接轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線的藍(lán)牙串口連接，從而取代傳統(tǒng)的串口通信線纜，實(shí)現(xiàn)無線通信，并通過Android程序調(diào)用GeoCOM 接口發(fā)送ASCⅡ指令進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)測量機(jī)器人的控制。

1.2 測量機(jī)器人與Android通信控制實(shí)現(xiàn)

1）軟硬件環(huán)境。開發(fā)的硬件環(huán)境采用具備藍(lán)牙模塊的leica TM30測量機(jī)器人和搭載Android系統(tǒng)并且具備藍(lán)牙功能的設(shè)備。軟件開發(fā)平臺(tái)選擇Android Studio，并采用Java作為開發(fā)語言。

2）關(guān)鍵技術(shù)。①Android 藍(lán)牙通信技術(shù)：Android 軟件通過藍(lán)牙API 訪問藍(lán)牙功能，并與其他設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接[5]。表1 說明了測量機(jī)器人與Android 藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)的主要過程及開發(fā)函數(shù)。②Android 多線程及消息機(jī)制：測量機(jī)器人與Android 藍(lán)牙通信及控制工作過程中涉及程序界面操作、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、儀器的觀測和轉(zhuǎn)動(dòng)等操作，不使用多線程機(jī)制，整個(gè)系統(tǒng)必須逐個(gè)任務(wù)的完成，不僅是耗時(shí)的操作，而且無法暫?；蚪K止[6-7]。

表1 藍(lán)牙通信實(shí)現(xiàn)的主要過程及開發(fā)函數(shù)

Android 軟件創(chuàng)建子線程序，在后臺(tái)執(zhí)行特定的耗時(shí)任務(wù)，而且在這項(xiàng)任務(wù)的進(jìn)行過程中，需要不斷地將測量機(jī)器人的進(jìn)度或者測量結(jié)果展現(xiàn)在軟件界面中，Android 提供消息處理傳遞機(jī)制來進(jìn)行此類操作[6-7]。

3）具體實(shí)現(xiàn)。編制了測量機(jī)器人與Android通信控制軟件，并取得了軟件著作權(quán)。實(shí)現(xiàn)了Android 設(shè)備通過藍(lán)牙與Leica 系列測量機(jī)器人遠(yuǎn)程無線連接，通過發(fā)送Leica GeoCom指令控制測量機(jī)器人，接收返回值（測量數(shù)據(jù)等）并以文檔的形式存儲(chǔ)在Android設(shè)備內(nèi)存中。

2 內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制研究

2.1 內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)的一般過程及關(guān)鍵技術(shù)

內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制是在實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙遠(yuǎn)程無線連接及控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)外業(yè)測量、數(shù)據(jù)計(jì)算及傳輸、圖形繪制、信息反饋、成果制作等工作的多終端同步。此種機(jī)制能應(yīng)用在超高層建筑、地鐵、橋梁及滑坡體變形監(jiān)測，大型設(shè)備安裝，工程建造，大型油罐體積測量等諸多領(lǐng)域（圖1）。主要過程如下：

圖1 內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制一般過程

1）Android 外業(yè)設(shè)備利用開發(fā)的測量程序通過藍(lán)牙與測量機(jī)器人進(jìn)行無線通信及控制，獲取的測量數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙實(shí)時(shí)傳回Android 設(shè)備并儲(chǔ)存為內(nèi)業(yè)設(shè)備軟件可讀取的文件。

2）Android外業(yè)設(shè)備通過5G等數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將測量數(shù)據(jù)文件傳給內(nèi)業(yè)設(shè)備，內(nèi)業(yè)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取檢查、數(shù)據(jù)計(jì)算、結(jié)果分析、指標(biāo)核查等。

3）內(nèi)業(yè)設(shè)備將坐標(biāo)成果文件、指標(biāo)核查情況、數(shù)據(jù)分析報(bào)告、變形預(yù)警信息、設(shè)備安裝動(dòng)態(tài)等通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳給Android外業(yè)設(shè)備。

4）Android 外業(yè)設(shè)備可共享內(nèi)業(yè)成果，同步進(jìn)行草圖繪制、核查、預(yù)警及動(dòng)態(tài)信息反饋等[8]，內(nèi)業(yè)設(shè)備可同步進(jìn)行圖形繪制及成果整理等工作。

根據(jù)上述過程，內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)需有3 種關(guān)鍵技術(shù)的支持，第一種關(guān)鍵技術(shù)是測量機(jī)器人應(yīng)同步采集控制及碎部數(shù)據(jù)供內(nèi)業(yè)計(jì)算。第二種是測量機(jī)器人采集的數(shù)據(jù)需通過藍(lán)牙無線傳輸至Android 設(shè)備并通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至內(nèi)業(yè)設(shè)備。第三種是Android 設(shè)備接收展示內(nèi)業(yè)成果，并能進(jìn)行草圖編繪等操作。

2.2 內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制已在規(guī)劃測量領(lǐng)域得到了較好的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用，圖2是主要的作業(yè)過程。

圖2 內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制應(yīng)用于規(guī)劃測量示意圖

1）Android 設(shè)備利用編制的測量軟件實(shí)現(xiàn)與測量機(jī)器人藍(lán)牙遠(yuǎn)程連接及控制，并發(fā)送GeoCom 控制指令采用改進(jìn)的一步測量法[9]同步采集控制及碎部原始數(shù)據(jù)，其中涉及規(guī)劃核查的角點(diǎn)進(jìn)行特殊點(diǎn)名標(biāo)識(shí)。然后通過藍(lán)牙傳回Android 設(shè)備儲(chǔ)存為內(nèi)業(yè)軟件可讀取格式的文件。

2）Android 設(shè)備通過即時(shí)通信軟件將測量數(shù)據(jù)文件傳給內(nèi)業(yè)設(shè)備，內(nèi)業(yè)設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取檢查、數(shù)據(jù)計(jì)算，繪制涉及規(guī)劃核查的建筑邊線并標(biāo)注退距等情況，并將坐標(biāo)成果及核查情況傳輸給外業(yè)Android設(shè)備。

3）外業(yè)人員將規(guī)劃核查信息反饋給建設(shè)方，Android 設(shè)備測量軟件展繪坐標(biāo)同步進(jìn)行草圖繪制等工作。

內(nèi)外業(yè)協(xié)同機(jī)制在規(guī)劃測量的應(yīng)用改變了常規(guī)逐步實(shí)施的作業(yè)方式，并能及時(shí)反饋建設(shè)工程的規(guī)劃符合情況，提高了工作效率，取得了良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

基于測量機(jī)器人與Android 通信控制實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出了外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)成圖、外業(yè)核查的協(xié)同作業(yè)機(jī)制。在規(guī)劃測量領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用，并能推廣在變形監(jiān)測、設(shè)備安裝等領(lǐng)域，極大的提高了作業(yè)效率，同時(shí)為測量機(jī)器人與Android 通信控制、遠(yuǎn)程或自動(dòng)測量技術(shù)研究、Android 測量程序開發(fā)提供了參考。研究成果若與Android GIS 類地圖應(yīng)用等結(jié)合，并利用移動(dòng)設(shè)備搭載的GPS等實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目路線規(guī)劃、作業(yè)監(jiān)測及應(yīng)急救援、現(xiàn)場情況調(diào)查及上傳等，能進(jìn)一步提升項(xiàng)目管理能力。