楊 希，胡 穎，朱雯雯，唐國(guó)順

（1.湖北省測(cè)繪質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站，湖北 武漢 430075）

在測(cè)繪儀器檢定工作中，全站儀的測(cè)距部分檢定，按相關(guān)規(guī)范要求，檢定項(xiàng)目采用多段基線(xiàn)組合比較法來(lái)進(jìn)行[1]，而這些項(xiàng)目指標(biāo)的計(jì)算較復(fù)雜，計(jì)算量也較大。若通過(guò)相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，預(yù)先在智能設(shè)備中設(shè)計(jì)好計(jì)算程序，僅通過(guò)直接輸入觀測(cè)數(shù)據(jù)，程序后臺(tái)自行計(jì)算，最后獲得并輸出各項(xiàng)結(jié)果，就能大大減輕工作量，減少計(jì)算錯(cuò)誤，提高工作效率。本文基于Android的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了全站儀、光電測(cè)距儀測(cè)距部分檢定指標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算、保存和查詢(xún)等功能。

1 Android應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)

1.1 Android開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇與建立

Android作為一個(gè)完全開(kāi)源的操作系統(tǒng)，通過(guò)Android SDK 提供的APT以及相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具，程序員簡(jiǎn)單開(kāi)發(fā)Android 平臺(tái)上需要的應(yīng)用程序。目前，谷歌推出了一款可以讓用戶(hù)更容易為Android智能設(shè)備編寫(xiě)的應(yīng)用軟件工具——App Inventor。

App Inventor 這款編程軟件不一定非要專(zhuān)業(yè)的研發(fā)人員，甚至根本不需要掌握任何的程序編制知識(shí)。它具有友好的用戶(hù)界面及完全可視化的操作方式，它摒棄復(fù)雜的程式代碼而使用封裝好的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的各種行為，即通過(guò)拖放圖形化的組件和代碼塊，將這些代碼疊放在一起，產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)用程序（App），從而完成設(shè)計(jì)者需要的Android程序和功能，為一些沒(méi)有編程基礎(chǔ)但富有創(chuàng)意的人提供了一個(gè)很好的開(kāi)發(fā)平臺(tái)[2]。

App Inventor 為全云端的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境，所有的建立及操作過(guò)程都是在瀏覽器上完成的。建立的過(guò)程需要完成3個(gè)步驟：①安裝Google瀏覽器，注冊(cè)并登錄Google的帳號(hào)；②測(cè)試電腦上是否可正確運(yùn)行Java（測(cè)試頁(yè)面）；③安裝Google App Inventor軟件。

電腦的App Inventor編程環(huán)境建立起來(lái)后，就可以使Android手機(jī)與App Inventor通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)同步，輕松地用Google App Inventor軟件為Android手機(jī)編程。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架流程圖

2 檢定方法與功能實(shí)現(xiàn)

2.1 加常數(shù)C和乘常數(shù)R

全站儀的加、乘常數(shù)是全站儀測(cè)距功能中最重要的2個(gè)參數(shù)，在全站儀的應(yīng)用中占有至關(guān)重要的地位，直接影響距離測(cè)量的結(jié)果和精度。

測(cè)繪儀器生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)測(cè)距儀時(shí)，都先要檢定出儀器的加常數(shù)，然后將加常數(shù)預(yù)置到儀器內(nèi)，這樣，儀器最終顯示的是地面兩點(diǎn)間的實(shí)際距離值。但由于加常數(shù)檢定有誤差，以及日后使用中儀器光、電系統(tǒng)的變化等，加常數(shù)不是一個(gè)永久不變的值，會(huì)隨著時(shí)間的推移發(fā)生變化，因而儀器還有加常數(shù)（或稱(chēng)為剩余加常數(shù)）[3]。

全站儀除存在加常數(shù)改正外，還應(yīng)包括比例改正項(xiàng)。大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，由于儀器發(fā)光管和接收管相位不均勻性以及副相誤差等因素，儀器還存在與測(cè)量距離長(zhǎng)短相關(guān)的改正項(xiàng)，習(xí)慣上將此類(lèi)改正項(xiàng)統(tǒng)稱(chēng)為乘常數(shù)。

為了保證儀器的測(cè)距準(zhǔn)確度，必須對(duì)剩余加常數(shù)、乘常數(shù)進(jìn)行定期的檢定。檢定儀器加常數(shù)、乘常數(shù)的方法，一般是在長(zhǎng)度檢定場(chǎng)（基線(xiàn)場(chǎng)）中，采用多段基線(xiàn)組合比較法進(jìn)行同時(shí)檢定[4]。

按全組合的比較法進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入本系統(tǒng)相應(yīng)的輸入欄中，然后設(shè)置軟件系統(tǒng)。

式（1）、（2）中，K0為測(cè)距儀加常數(shù)估值；R0為測(cè)距儀乘常數(shù)估值；Di為經(jīng)修正后的距離；li為基線(xiàn)值與Di之差值；n為使用的組合基線(xiàn)段數(shù)，i =1，2，3，…，n。

通過(guò)對(duì)儀器的常數(shù)顯著性檢驗(yàn)，可以對(duì)儀器可能存在的4種不同的模型進(jìn)行選擇。

1）當(dāng)K0與R0均顯著時(shí)，所選數(shù)學(xué)模型有效，在使用測(cè)距儀時(shí)應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行加常數(shù)K、乘常數(shù)R改正：

??? 熊 式 輝 著，洪 朝 輝 編 校: 《海 桑 集: 熊 式 輝 回 憶 錄(1907 ～1949)》，(香港)明鏡出版社2008 年版，第223、401、269、267、396 頁(yè)。

2）當(dāng)K0顯著、R0不顯著時(shí)，應(yīng)選用不考慮R影響的數(shù)學(xué)模型，在使用測(cè)距儀時(shí)應(yīng)僅對(duì)儀器進(jìn)行K改正：

3）當(dāng)K0不顯著、R0顯著時(shí)，應(yīng)選用不考慮K影響的數(shù)學(xué)模型，在使用測(cè)距儀時(shí)應(yīng)僅對(duì)儀器進(jìn)行R改正：

4）當(dāng)K0與R0均不顯著時(shí)，測(cè)距儀不進(jìn)行K、R改正。

其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊如圖2、圖3所示。

圖2 數(shù)組D 數(shù)組l 的建立模塊

圖3 常數(shù)顯著性檢驗(yàn)?zāi)K

2.2 測(cè)量的重復(fù)性m0

間隔30 m分別安置測(cè)距儀和反射棱鏡，操作儀器一次照準(zhǔn)后測(cè)距，連續(xù)測(cè)量讀數(shù)30次，將測(cè)得的數(shù)據(jù)填入本系統(tǒng)相應(yīng)的輸入欄中，然后設(shè)置軟件根據(jù)式（6）進(jìn)行計(jì)算：

式中，vi為第i次讀數(shù)值與讀數(shù)平均值之差；為第i次讀數(shù)值為n次讀數(shù)的平均值；n為連續(xù)讀數(shù)的次數(shù)；2，3，…，n。

其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊及效果如圖4所示。

圖4 測(cè)量的重復(fù)性計(jì)算模塊及效果圖

2.3 測(cè)距綜合標(biāo)準(zhǔn)差

設(shè)置軟件根據(jù)修正過(guò)后的距離觀測(cè)值與相應(yīng)的基線(xiàn)值比較，計(jì)算測(cè)距綜合標(biāo)準(zhǔn)差（標(biāo)準(zhǔn)差表達(dá)公式為a+bD）：

式中，li=|D0i-Di|；a為測(cè)距儀標(biāo)準(zhǔn)差偏差表達(dá)式固定誤差部分；b為測(cè)距儀標(biāo)準(zhǔn)差偏差表達(dá)式比例誤差部分；D0i為基線(xiàn)值；Di為經(jīng)修正后的距離觀測(cè)值；n為組合基線(xiàn)的段數(shù)；i =1，2，3，…，n。其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊及效果如圖5所示。

圖5 誤差a、b計(jì)算模塊及效果圖

2.4 查詢(xún)輸出功能

當(dāng)該系統(tǒng)測(cè)量保存數(shù)據(jù)后，用戶(hù)可以通過(guò)搜索查詢(xún)功能方便快捷地查找之前保存編輯過(guò)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。通過(guò)輸入關(guān)鍵詞作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)方式，為用戶(hù)提供一種簡(jiǎn)單而友好的界面，在效率和效果上滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

由于先前保存的文件都有儀器型號(hào)、編號(hào)、檢定日期等多種信息，這些內(nèi)容都可作為查詢(xún)條件。例如想查找所有該軟件測(cè)量過(guò)的GTS-311系列的全站儀，便可以在查找輸入欄中輸入“GTS-311”，軟件可將所有先前保存的GTS-311信息列出來(lái)。其功能實(shí)現(xiàn)的主要模塊及效果如圖6所示。

3 結(jié) 語(yǔ)

圖6 查詢(xún)功能模塊及效果圖

本文詳細(xì)地介紹了基于Android的全站儀測(cè)距部分檢定項(xiàng)目的計(jì)算查詢(xún)等功能的開(kāi)發(fā)與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了整體框架算法的設(shè)計(jì)。結(jié)合相關(guān)檢定規(guī)程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能，羅列出了一些主要設(shè)計(jì)流程圖和功能架構(gòu)模塊，展示了系統(tǒng)運(yùn)行的部分界面和效果。從使用效果來(lái)看，該系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，提高了檢測(cè)工作效率，節(jié)約了記錄紙張，利于及時(shí)現(xiàn)場(chǎng)查找儀器問(wèn)題，也方便了電子檔案的管理等。Android在測(cè)繪儀器檢定方面還處于探索階段，通過(guò)對(duì)已做工作的思考和總結(jié)可以證明，這種方式對(duì)測(cè)繪儀器檢定工作具有較好的輔助作用和較高的推廣借鑒價(jià)值。

[1]JJG 703-2003.光電測(cè)距儀計(jì)量檢定規(guī)程[S].

[2]王寅峰，許志良.AppInventor實(shí)踐教程[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2013

[3]楊俊志.全站儀的原理及其檢定[M].北京:測(cè)繪出版社,2004

[4]楊德麟.紅外測(cè)距儀原理及檢測(cè)[M].北京:測(cè)繪出版社,1996

[5]王向輝.可視化開(kāi)發(fā)Android應(yīng)用程序——拼圖開(kāi)發(fā)模式App Inventor[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2013

[6]段定乾.電子速測(cè)技術(shù)[M].北京:解放軍出版社,1996

[7]葉曉明,凌模.全站儀原理誤差[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2004