周 冰，徐 輝，程正逢，裴良臣

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基于Windows Mobile的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)

周 冰，徐 輝，程正逢，裴良臣

(中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430000)

為改進(jìn)當(dāng)前電力行業(yè)工程測(cè)量中測(cè)圖工作內(nèi)外業(yè)分離的處理模式，提升內(nèi)外業(yè)工作效率，本文以使用Windows Mobile操作系統(tǒng)的手簿、GPS接收機(jī)及全站儀為硬件基礎(chǔ)，開發(fā)了一套移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集的同時(shí)完成基礎(chǔ)的地形圖繪制工作，并能與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)接，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)處理一體化。經(jīng)過一系列開發(fā)與調(diào)試，完成了該系統(tǒng)的開發(fā)，并得出了該系統(tǒng)能夠滿足項(xiàng)目預(yù)期的內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)一體化的結(jié)論。

測(cè)量移動(dòng)數(shù)據(jù)采集；Windows Mobile；GPS；超圖Mobile移動(dòng)組件

(CentralSouthernChinaElectricPowerDesignInstituteCo.Ltd,WuhanHubei430000,China)

1 引 言

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展，先進(jìn)的測(cè)量手段層出不窮，并應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)[1,2]。當(dāng)前的電力工程測(cè)量中，數(shù)據(jù)采集和處理方式主要有兩種：一是利用GPS、全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集，利用測(cè)量專業(yè)成圖軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、編輯和成圖；二是基于衛(wèi)星、航天飛機(jī)、低空無人機(jī)的遙感影像數(shù)據(jù)采集與處理。在大比例尺數(shù)字地形圖測(cè)量中，仍以第一種方式為主,此方式在數(shù)據(jù)屬性化的過程中，數(shù)據(jù)處理人員只能憑借記憶和記錄草圖進(jìn)行處理，容易出現(xiàn)處理錯(cuò)誤和遺漏的情況，而且人工數(shù)據(jù)處理效率低下。

為了解決此問題并提高工作效率，并考慮到目前移動(dòng)GIS和手持式設(shè)備的不斷發(fā)展，中南電力設(shè)計(jì)院有限公司提出了外業(yè)采集數(shù)據(jù)與內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理一體化的科研項(xiàng)目，希望通過開發(fā)一套基于Windows Mobile的移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，解決此問題。本文分別從研究背景、技術(shù)基礎(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)與結(jié)論這幾個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。

2 研究背景

目前基于Windows Mobile操作系統(tǒng)移動(dòng)端的軟件開發(fā)已有一定規(guī)模：駱社周等[3]基于Windows Mobile 5.0開發(fā)了無線移動(dòng)辦公系統(tǒng)；王崇倡等[4]開發(fā)了簡單易用的移動(dòng)測(cè)量設(shè)備數(shù)據(jù)采集與處理軟件，并對(duì)常用的數(shù)據(jù)采集處理軟件進(jìn)行了分析；龍明等[5]開發(fā)了一套簡單的基于Windows Mobile的移動(dòng)GIS系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了基本GIS功能。杜若[6]與謝煜峰[7]分別對(duì)電力現(xiàn)場監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與移動(dòng)端結(jié)合的方法進(jìn)行了詳細(xì)的討論與研究。在將GIS與移動(dòng)端集成的相關(guān)研究與系統(tǒng)開發(fā)中，使用現(xiàn)有SDK進(jìn)行二次開發(fā)是較為常用的方式，其中較為成熟且使用較多的是eSuperMap SDK。喻克松[8]開發(fā)了一套基于eSuperMap的特種設(shè)備巡檢GIS系統(tǒng)并在杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局試運(yùn)行。陳竹安等[9]開發(fā)了基于eSuperMap的校園移動(dòng)GIS系統(tǒng)；郭振[10]也通過eSuperMap將GIS功能集成到移動(dòng)終端中。

綜合目前研究現(xiàn)狀與電力勘測(cè)的需求，最終決定基于eSuperMap開發(fā)一套在Windows Mobile系統(tǒng)移動(dòng)終端上運(yùn)行的勘測(cè)外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有針對(duì)性地解決電力勘測(cè)中的內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)一體化問題。

3 技術(shù)基礎(chǔ)

3.1 串口通訊

該移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要通過藍(lán)牙連接與GPS接收機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通過串口數(shù)據(jù)線與全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，這兩種通訊方式均采用RS232串行通信技術(shù)。

RS232串行通信根據(jù)工作模式的不同，可以分為2種形式:同步通信模式和異步通信模式。由于同步通信要求有時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端的同步，硬件復(fù)雜，通常采用異步通信模式。異步通信由一個(gè)起始位表示字符的開始，字符編碼為7位(ASCII碼)，第8位是奇、偶檢校位，停止位一般也占用1位表示字符的結(jié)束。由于沒有硬件控制發(fā)送端與接收端的同步，因此，要保證數(shù)據(jù)的正確性就要依靠通訊參數(shù)的一致性，否則無法正確通訊。

該系統(tǒng)采用Visual Studio 2010平臺(tái)，使用C#語言開發(fā)，其通過使用平臺(tái)中的SerialPort控件的相應(yīng)方法實(shí)現(xiàn)串口參數(shù)設(shè)置，并通過SerialPort控件的Data_Receive響應(yīng)事件實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的接入與發(fā)送。

3.2 NMEA-0183數(shù)據(jù)解碼

該系統(tǒng)從南方GPS接收機(jī)獲取到的定位信息是通過標(biāo)準(zhǔn)的NMEA-0183格式數(shù)據(jù)傳遞的。NMEA-0183是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式。目前已成了GPS導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式。NMEA-0183協(xié)議是GNSS接收機(jī)應(yīng)當(dāng)遵守的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是目前GPS接收機(jī)上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的GNSS接收機(jī)、GNSS數(shù)據(jù)處理軟件、導(dǎo)航軟件都遵守或者至少兼容這個(gè)協(xié)議。該協(xié)議中最常用的格式為“GGA”，它包含了定位時(shí)間、緯度、經(jīng)度、高度、定位所用的衛(wèi)星數(shù)、DOP值、差分狀態(tài)和校正時(shí)段等，還有速度、跟蹤，日期等。

本系統(tǒng)需要獲取的定位信息也主要在“GGA”格式的數(shù)據(jù)中。該數(shù)據(jù)以ASCII碼的形式通過串口傳遞，需要根據(jù)NMEA-0183數(shù)據(jù)格式說明對(duì)該ASCII數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，該數(shù)據(jù)格式說明如下所示：

GGA數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式為：$GPGGA,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),M,10),M,(11),(12)*hh(CR)(LF)

數(shù)據(jù)實(shí)例：$GPGGA,080507.00,3959.46517,N,11620.98999,E,1,05,2.43,59.8,M,-6.4,M,,*76

各部分所對(duì)應(yīng)的含義為：

(1)定位UTC時(shí)間：08時(shí)05分07秒，即08∶05∶07；

(2)緯度(格式 ddmm.mmmm: 即dd°，mm.mmmm′)；

(3)N/S(北緯或南緯)：北緯39°59.46517′；

(4)經(jīng)度(格式dddmm.mmmm：即ddd°，mm.mmmm′)；

(5)E/W(東經(jīng)或西經(jīng))：東經(jīng)116°20.98999′；

(6)質(zhì)量因子(0=沒有定位，1=實(shí)時(shí)GPS，2=差分GPS)：1=實(shí)時(shí)GPS；

(7)可使用的衛(wèi)星數(shù)(0～8)：可使用的衛(wèi)星數(shù)=05；

(8)水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=2.43；

(9)天線高程(海平面，-9999.9～99999.9，單位：m)；天線高程=59.8);

(10)大地橢球面相對(duì)海平面的高度(-999.9～9999.9，單位：m):-6.4m;

(11)差分GPS數(shù)據(jù)年齡，實(shí)時(shí)GPS時(shí)無:無;

(12)差分基準(zhǔn)站號(hào)(0000～1023)，實(shí)時(shí)GPS時(shí)無:無;

*總和校驗(yàn)域；

hh總和校驗(yàn)數(shù):76；

(CR)(LF)回車，換行。

3.3 eSuperMap二次開發(fā)

本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端的繪圖功能，為保證系統(tǒng)開發(fā)在期限內(nèi)完成，并具有可靠的系統(tǒng)性能，考慮使用基于Windows Mobile的eSuperMap SDK進(jìn)行二次開發(fā)。

eSuperMap SDK為北京超圖軟件公司開發(fā)的基于Windows Mobile操作系統(tǒng)的移動(dòng)GIS開發(fā)工具，可以基于eSuperMap SDK開發(fā)基于Mobile操作系統(tǒng)的移動(dòng)版GIS系統(tǒng)，該SDK由四個(gè)部分組成，分別為數(shù)據(jù)層、顯示層、連接層及外部工具。

數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)組織和訪問，除了包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、幾何對(duì)象、地圖投影三個(gè)模塊以外，還提供了兩個(gè)數(shù)據(jù)引擎(PMR和PM2)。顯示層實(shí)現(xiàn)地圖可視化，包括地圖組織、地圖編輯、符號(hào)化、專題圖以及地圖渲染參數(shù)等模塊。連接層主要實(shí)現(xiàn)在線數(shù)據(jù)傳輸，連接層支持的傳輸協(xié)議包括FTP、UDP、WFS和WMS。另外eSuperMap還配備了地圖配圖工具Viewer、以及數(shù)據(jù)處理工具Translator。安裝該SDK后，可以在Visual Studio中使用C#編程語言調(diào)用。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)軟件需求說明的功能要求，本軟件分為5個(gè)功能模塊，分別是：串口通訊模塊、采集數(shù)據(jù)處理模塊、采集數(shù)據(jù)管理模塊、地物代碼管理模塊以及地圖顯示與編輯模塊。如圖1所示。

串口通訊模塊主要實(shí)現(xiàn)便攜式一體機(jī)與測(cè)量儀器之間數(shù)據(jù)通訊的問題。該模塊主要功能包括：串口參數(shù)設(shè)置、打開與關(guān)閉串口、讀取NM-EA-0183格式數(shù)據(jù)、讀取TOPCON(拓普康)全站儀數(shù)據(jù)、串口數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與保存。

采集數(shù)據(jù)處理模塊為串口獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備了一系列的數(shù)據(jù)處理方法，能使串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程中方便使用的數(shù)據(jù)形式，同時(shí)該模塊提供了數(shù)據(jù)文件讀寫的功能，為內(nèi)業(yè)采用PowerMap等軟件對(duì)外業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理提供了文件接口。該模塊主要功能有：保存最近一次測(cè)量數(shù)據(jù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、投影變換、GNSS/全站儀原始數(shù)據(jù)解碼、讀寫txt/pmex(與PowerMap接口的數(shù)據(jù)文件)格式數(shù)據(jù)文件。

采集數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)了將采集到的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)符號(hào)化，并將符號(hào)化后的數(shù)據(jù)加入eSuperMap的相應(yīng)數(shù)據(jù)集中。主要功能包括：地物符號(hào)化、eSuperMap地物StyleID與PowerMap地物FeatureCode相互轉(zhuǎn)化、符號(hào)化后的地物加入工作空間數(shù)據(jù)集中、MapControl空間跟蹤層實(shí)時(shí)顯示與更新。

地物代碼管理模塊用于管理為PowerMap設(shè)計(jì)的地物代碼，并通過在顯示界面的選擇為移動(dòng)端測(cè)量的地物提供相應(yīng)的地物代碼。模塊的主要功能有：地物代碼的分類、地物代碼的選擇、讀寫地物代碼文件、設(shè)置常用代碼、設(shè)置普通代碼。

圖1 軟件總體框架Fig.1 Software total frame diagram

地圖顯示與編輯模塊是該軟件的最外層，實(shí)現(xiàn)地圖的顯示和與用戶的交互。其涉及到的主要功能包括：工程各參數(shù)的設(shè)置、地圖顯示、地圖操作、測(cè)量點(diǎn)、創(chuàng)建地物、地物選擇、地物查詢、地物編輯、圖層管理。

本系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 軟件總體數(shù)據(jù)流程Fig.2 Software total data flow diagram

4.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)如上設(shè)計(jì)，完成的系統(tǒng)主界面(圖3)。

使用“設(shè)置”菜單中進(jìn)行儀器連接與基本參數(shù)設(shè)置后即可實(shí)時(shí)從測(cè)量儀器獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)。通過顯示屏左上角的下拉菜單可以選擇繪制的地物類型。繪制好的地物會(huì)在屏幕中央的eSuperMap控件中顯示?！拔募辈藛慰梢詫?shí)現(xiàn)文件讀取與保存等操作。該系統(tǒng)部分其他界面如圖4和圖5所示。

圖3 系統(tǒng)主界面Fig.3 System main interface

圖4 地物代碼選擇界面Fig.4 Object code selection interface

圖5 圖層管理界面Fig.5 Layer control interface

5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

程序功能列表如表1所示。

對(duì)該列表中的所有功能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試主要從三個(gè)方面入手：模塊功能、數(shù)據(jù)存取時(shí)間以及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。經(jīng)測(cè)試得出如下結(jié)論：

1)系統(tǒng)各個(gè)模塊工作正常，功能與性能均以達(dá)到項(xiàng)目需求，滿足目前條件下用戶使用的需求。

表1 軟件功能列表

2)系統(tǒng)運(yùn)行正常，能夠?qū)崿F(xiàn)接口數(shù)據(jù)文件輸出，輸出成果符合規(guī)程規(guī)范要求。

3)系統(tǒng)能夠滿足用戶的基本操作，但仍有優(yōu)化空間，提升用戶體驗(yàn)。

4)系統(tǒng)在讀取或儲(chǔ)存大數(shù)據(jù)量的文件時(shí)，運(yùn)行緩慢，這是由于使用Windows Mobile系統(tǒng)移動(dòng)終端配置不夠高造成的，可以在后續(xù)的開發(fā)中考慮將此系統(tǒng)移植到Android平臺(tái)。

[1]史來亮，張璐，楊忠友，等.基于Google Earth平臺(tái)的地理信息技術(shù)在地震勘探中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2015,12(4):530-534.

[2]薛小平，張小永，魯會(huì)，等.現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在界樁測(cè)設(shè)中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2015,12(5):704-707.

[3]駱社周，劉威，趙新，等.基于Windows Mobile 5.0無線移動(dòng)辦公系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研發(fā)[J].北京城市學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(2):79-82.

[4]王崇倡，孫尚宇，宋偉東.基于Windows Mobile的測(cè)量軟件的開發(fā)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011(S1):18-21.

[5]龍明，王青山.基于Windows Mobile的移動(dòng)GIS研究[J].測(cè)繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2007，24(6):458-461.

[6]杜若.基于Android的電力現(xiàn)場試驗(yàn)移動(dòng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)研究[D].上海：華北電力大學(xué)，2014.

[7]謝煜峰.電力現(xiàn)場監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集和移動(dòng)數(shù)據(jù)同步技術(shù)[D].杭州：浙江大學(xué)，2010.

[8]喻克松.基于eSuperMap的特種設(shè)備巡檢GIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué)，2008.

[9]陳竹安，曾令權(quán)，張立亭，等.基于eSuperMap的校園移動(dòng)GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011,24(2):188-192.

[10]郭振，譚偉.基于eSuperMap的移動(dòng)嵌入式地理信息系統(tǒng)研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2008,3(7):1 569-1 573.

Development of Mobile Data Collecting System Based on Windows Mobile

Zhou Bing，Xu Hui，Cheng Zhengfeng，Pei Liangchen

In order to improve the survey data separation processing mode in the current electric power engineering survey mapping and to promote work efficiency, this paper discusses the software development on survey mobile data acquisition using the Windows Mobile operating system handbook, GPS receiver and total station. The goal of the system is to complete the basic topographic map drawing work during the period of field data acquisition. So the field data can be imported into the data processing software directly and survey data processing integration can be realized. After developing and debugging, the system was completed. It is concluded that the system can satisfy the requirement of integration of field data acquisition and data process.

survey mobile data acquisition; Windows Mobile; GPS; eSuperMap

1672—7940(2016)05—0684—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.021

周 冰(1989-)，男，助理工程師，主要研究方向?yàn)殡娏こ虦y(cè)量。E-mail：823529172@qq.com

徐 輝(1979-)，男，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娏こ虦y(cè)量。E-mail：xuhui@csepdi.com

P631.3

A

2016-03-08