韓善鋒,曹鳳海,劉瀟,宋占武,甄建光

(東方地球物理公司,河北 涿州 072750)

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基于Android系統(tǒng)的物探測(cè)量手簿放樣軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

韓善鋒,曹鳳海,劉瀟,宋占武,甄建光

(東方地球物理公司,河北 涿州 072750)

本文從嵌入式操作系統(tǒng)的發(fā)展和石油物探測(cè)量的需求出發(fā),在Android平臺(tái)上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Android系統(tǒng)的物探測(cè)量手簿放樣軟件。該軟件已能替代商業(yè)GNSS接收機(jī)手持終端采集軟件,完全能滿足野外物探測(cè)量作業(yè)的需要。在Android手機(jī)普及的情況下,野外測(cè)量無(wú)需再專門(mén)購(gòu)置設(shè)備,使用成本和維護(hù)成本大大降低。

Android;GNSS;物探測(cè)量手簿放樣軟件

0 引 言

常見(jiàn)的通用型嵌入式操作系統(tǒng)主要有windows mobile(CE) 系統(tǒng)、Linux系統(tǒng)和VXWorks系統(tǒng)等。但是,單片機(jī)功能單一,幾乎無(wú)擴(kuò)展性,無(wú)法支撐第三方軟件;Linux則開(kāi)發(fā)難度較大;而windows mobile(CE)操作性、交互性不高且系統(tǒng)成本較高。Android操作系統(tǒng)是基于Linux 研發(fā)的目前最為火熱的手持設(shè)備嵌入式操作系統(tǒng),它不僅僅是一個(gè)手機(jī)系統(tǒng),更是一整套包含硬件的解決方案,選擇該系統(tǒng),也就意味著選擇了豐富的硬件產(chǎn)品及豐富的研發(fā)資源[1]。目前,在物探生產(chǎn)中應(yīng)用的手持設(shè)備操作系統(tǒng)均為windows mobile系統(tǒng),而微軟公司于2010年10月已經(jīng)終止對(duì)該系統(tǒng)的所有技術(shù)支持。

在物探測(cè)量生產(chǎn)中應(yīng)用的GNSS數(shù)據(jù)采集軟件有Trimble公司的RTK軟件、Leica公司的RTK軟件、Ashtech公司的RTK軟件。上述三個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)采集軟件在功能上已經(jīng)比較完善,它們都能完成測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)的采集的大部分工作,但是它們都有一定程度的不足,它們只能使用自己公司的GNSS接收機(jī)或者全站儀設(shè)備,不支持第三方硬件設(shè)備。另我外，這些公司的RTK測(cè)量軟件沒(méi)有物探施工常用的物理點(diǎn)變觀、SPS網(wǎng)格放樣等功能?；谝陨?，我們開(kāi)發(fā)一款A(yù)ndroid版物探測(cè)量手簿放樣軟件以滿足生產(chǎn)需求。

1 物探測(cè)量手簿放樣軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 物探測(cè)量手簿放樣軟件規(guī)劃設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路是在Android智能手機(jī)上開(kāi)發(fā)物探測(cè)量手簿放樣軟件,運(yùn)行該程序后,物探測(cè)量手簿放樣軟件可以連接Android智能手機(jī)的GPS模塊,應(yīng)用于車輛或者人員導(dǎo)航。同時(shí),物探測(cè)量手簿放樣軟件還可以通過(guò)藍(lán)牙模塊連接GNSS接收機(jī),實(shí)時(shí)接收GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行RTK測(cè)量作業(yè)時(shí)。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)差分模式進(jìn)行RTK作業(yè)時(shí),物探測(cè)量手簿放樣軟件通過(guò)Android手機(jī)的GPRS模塊連接網(wǎng)絡(luò)差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)器,實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)GNSS差分?jǐn)?shù)據(jù),并通過(guò)藍(lán)牙模塊實(shí)時(shí)將差分?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送給GNSS接收機(jī),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK作業(yè)。

如圖1所示,基于Android系統(tǒng)的物探測(cè)量手簿放樣軟件架構(gòu)圖。

1.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

本文的目標(biāo)是針對(duì)GNSS在石油物探測(cè)量方面的應(yīng)用來(lái)設(shè)計(jì)基于Android系統(tǒng)的物探測(cè)量手簿放樣軟件。該軟件設(shè)計(jì)主要圍繞下列幾項(xiàng)用戶需求展開(kāi):物理點(diǎn)的測(cè)量放樣,測(cè)量成果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢查、顯示與更新,GNSS接收機(jī)的設(shè)置等需求。因此基于Android系統(tǒng)的物探測(cè)量手簿放樣軟件主要功能模塊可以劃分為:項(xiàng)目管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、物探測(cè)量放樣模塊、質(zhì)量控制檢查模塊、系統(tǒng)設(shè)置、常用測(cè)量工具。如圖2所示,基于Android系統(tǒng)的物探測(cè)量手簿放樣軟件主界面。

2 物探測(cè)量手簿放樣功能實(shí)現(xiàn)

2.1 項(xiàng)目管理功能

物探測(cè)量手簿放樣軟件對(duì)不同任務(wù)的數(shù)據(jù)實(shí)行項(xiàng)目管理,通過(guò)項(xiàng)目管理功能完成對(duì)測(cè)量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、測(cè)量成果、控制點(diǎn)成果等數(shù)據(jù)的管理。通過(guò)項(xiàng)目間的切換,可以實(shí)現(xiàn)不同測(cè)量任務(wù)間的切換。不同項(xiàng)目的測(cè)量數(shù)據(jù)存放在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中,可以確保數(shù)據(jù)的安全。

2.2 數(shù)據(jù)管理功能

數(shù)據(jù)管理功能模塊主要是對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、測(cè)量成果數(shù)據(jù)、控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織與管理。

2.3 系統(tǒng)設(shè)置功能

系統(tǒng)設(shè)置模塊主要包括對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置、觀測(cè)質(zhì)量設(shè)置、流動(dòng)站設(shè)置、基準(zhǔn)站設(shè)置、天線設(shè)置以及接收機(jī)復(fù)位。

物探測(cè)量手簿放樣軟件的坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與SSOFFICE軟件的坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)完全兼容。觀測(cè)質(zhì)量設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)物理點(diǎn)偏移放樣、歷元采集過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量控制。天線設(shè)置是對(duì)物探測(cè)量手簿放樣軟件中的GNSS天線數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行組織與管理。天線數(shù)據(jù)庫(kù)中包括了東方公司內(nèi)部常用的GNSS接收機(jī)的GNSS天線的幾何參數(shù)和幾何形狀等信息。

2.4 物探測(cè)量放樣功能

1) 靜態(tài)測(cè)量功能

靜態(tài)測(cè)量功能模塊可以實(shí)現(xiàn)地震勘探靜態(tài)采集功能,主要用于建立地震勘探項(xiàng)目工區(qū)的控制網(wǎng)。

在山地、林區(qū)等復(fù)雜地理環(huán)境施工項(xiàng)目中,無(wú)法進(jìn)行RTK作業(yè)時(shí),可以應(yīng)用靜態(tài)測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)快速靜態(tài)觀測(cè)。在進(jìn)行GNSS靜態(tài)測(cè)量時(shí),GNSS接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)該是靜止的。物體測(cè)量手簿放樣軟件可以對(duì)靜態(tài)測(cè)量時(shí)的接收機(jī)天線相位中心進(jìn)行監(jiān)控,當(dāng)相位中心漂移超出一定范圍后就會(huì)發(fā)出警告提示。

2) RTK測(cè)量放樣功能

① RTK測(cè)量放樣功能模塊能夠?qū)崿F(xiàn)地震勘探野外物理點(diǎn)測(cè)量放樣的功能;

② 啟動(dòng)測(cè)量放樣功能時(shí),物探測(cè)量手簿放樣軟件會(huì)自動(dòng)加載工區(qū)地圖、導(dǎo)航點(diǎn)數(shù)據(jù)以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),如圖3所示。工區(qū)地圖可以根據(jù)工區(qū)矢量圖和地物要素踏勘的結(jié)果進(jìn)行及時(shí)更新;操作人員可以根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)、工區(qū)地圖的實(shí)時(shí)顯示,及時(shí)了解當(dāng)前位置、行進(jìn)方位和周邊相關(guān)環(huán)境;

圖3 RTK導(dǎo)航放樣界面

3) 測(cè)量放樣質(zhì)量狀態(tài)欄內(nèi)通過(guò)顏色的顯示,實(shí)現(xiàn)觀測(cè)質(zhì)量提示功能。衛(wèi)星觀測(cè)質(zhì)量差或者GNSS狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)均會(huì)發(fā)出報(bào)警提示,以便及時(shí)復(fù)測(cè)物理點(diǎn),保證其定位精度。物理點(diǎn)放樣測(cè)量在允許范圍內(nèi)進(jìn)行聲音提示,操作人員可以根據(jù)物理點(diǎn)放樣采集的需要對(duì)地圖上的導(dǎo)航點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行加載、更新;

4) 物探測(cè)量手簿放樣軟件支持的RTK測(cè)量作業(yè)模式包括: 內(nèi)置電臺(tái)模式、外置電臺(tái)或者藍(lán)牙電臺(tái)模式、基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的單基站模式、CORS模式;

5) 物探測(cè)量手簿放樣軟件支持SPS網(wǎng)格放樣功能,通過(guò)設(shè)置地震項(xiàng)目的起算點(diǎn)坐標(biāo)以及地震勘探項(xiàng)目的網(wǎng)格參數(shù),物探測(cè)量手簿放樣軟件就會(huì)根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo),自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算出當(dāng)前位置的SPS網(wǎng)格樁號(hào);

6) 在物探測(cè)量手簿放樣軟件的測(cè)量放樣模塊中,支持多媒體數(shù)據(jù)的一體化采集功能,可以將實(shí)地照片、地形圖片與錄音一體化采集、管理和應(yīng)用,見(jiàn)圖4所示；

圖4 物理點(diǎn)采集界面

7) 物探測(cè)量手簿放樣軟件支持在線語(yǔ)音識(shí)別功能。

2.5 質(zhì)量控制檢查功能

質(zhì)量控制是物探測(cè)量工作中極其重要一個(gè)的環(huán)節(jié)。為了提高物探測(cè)量質(zhì)量,物探測(cè)量手簿放樣軟件把質(zhì)量控制手段進(jìn)一步前移,使其在物探測(cè)量的過(guò)程中對(duì)觀測(cè)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

在實(shí)施物理點(diǎn)測(cè)量過(guò)程中,物探測(cè)量手簿放樣軟件會(huì)根據(jù)質(zhì)量控制中的參數(shù)設(shè)置情況進(jìn)行控制測(cè)量精度;對(duì)于超限偏移數(shù)據(jù)會(huì)給予警告提示;對(duì)于超精度的歷元數(shù)據(jù)會(huì)給予剔除,不參與坐標(biāo)平差處理。

同時(shí),物探測(cè)量手簿放樣軟件能夠?qū)?xiàng)目中的測(cè)量成果進(jìn)行按條件檢查,包括偏移檢查、觀測(cè)質(zhì)量檢查、空點(diǎn)檢查以及復(fù)測(cè)檢查等。及時(shí)發(fā)現(xiàn)不合格或者超限數(shù)據(jù)以便及時(shí)返工,降低事后返工的幾率。

2.6 常用測(cè)量工具

常用物探測(cè)量工具模塊主要包括:數(shù)據(jù)無(wú)線上傳下載、坐標(biāo)幾何、WGS84坐標(biāo)與當(dāng)?shù)貦E球坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換、交點(diǎn)計(jì)算、樁號(hào)計(jì)算、坐標(biāo)計(jì)算、GNSS原始數(shù)據(jù)等常用工具。

1) 在無(wú)線上傳下載的工具中,可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量成果數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)線上下裝,自動(dòng)管理,提高效率;

2) 在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的工具中,可以實(shí)現(xiàn)在WGS84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換;

3) 在地震勘探項(xiàng)目的樁號(hào)坐標(biāo)計(jì)算中根據(jù)地震勘探點(diǎn)名與點(diǎn)位的關(guān)系,輸入任一個(gè)點(diǎn)名,物探測(cè)量手簿放樣軟件就會(huì)計(jì)算出該點(diǎn)的網(wǎng)格坐標(biāo);

4) 樁號(hào)計(jì)算時(shí),根據(jù)地震勘探點(diǎn)名與點(diǎn)位的關(guān)系,輸入任意平面坐標(biāo)軟件就會(huì)計(jì)算出該點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)。

3 物探測(cè)量手簿放樣軟件實(shí)現(xiàn)及測(cè)試結(jié)果

本系統(tǒng)是在Java Development Kit(JDK)v7.0,Android SDK3.2以上,在Eclipse集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的。本系統(tǒng)的功能已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn),并初步通過(guò)了測(cè)試。

測(cè)試采用Sony L36h 的Android智能手機(jī)加載本系統(tǒng)程序,TSC3測(cè)量手簿運(yùn)行Trimble Access測(cè)量軟件,GNSS接收機(jī)應(yīng)用Trimble R7接收機(jī),在涿州市某小區(qū)內(nèi)進(jìn)行RTK測(cè)量定位對(duì)比測(cè)試,其 RTK測(cè)量作業(yè)模式采用CORS方式。RTK測(cè)試中,假定Trimble Access測(cè)量軟件測(cè)量定位的結(jié)果的平均值作為真值,物探測(cè)量手簿放樣軟件采集的結(jié)果與真值進(jìn)行對(duì)比分析,定位結(jié)果如圖5所示。

圖5 RTK測(cè)量定位分析結(jié)果

從定位結(jié)果中,可以看出物探測(cè)量手簿放樣軟件測(cè)量得到的北坐標(biāo)和東坐標(biāo)與真值非常接近,而大地高與真值之間存在一個(gè)系統(tǒng)差,其中北坐標(biāo)定位中誤差為0.004 8 m,東坐標(biāo)定位中誤差為0.002 5 m,大地高的定位中誤差為0.044 1 m.物探測(cè)量手簿放樣軟件和Trimble Access軟件測(cè)量得到的大地高存在一個(gè)系統(tǒng)差是因?yàn)閮蓚€(gè)軟件設(shè)置的天線高量取方式存在著差異,Trimble Access設(shè)置的天線高為量取到相位中心高度0.0 m,而物探測(cè)量手簿放樣軟件是量取到天線座底部高度0.0 m,而從天線座底部到相位中心的改正值為0.046 0 m. 如果在定位結(jié)果中消除因天線高量取方式造成系統(tǒng)差影響,大地高的定位精度也是毫米級(jí)。

4 在物探生產(chǎn)中的應(yīng)用

據(jù)統(tǒng)計(jì),在中國(guó)境內(nèi),目前基于Android的物探測(cè)量手簿放樣軟件配合測(cè)量服務(wù)中心自主研發(fā)的GeoNavA系列接收機(jī)參與了西南、西北、華北、東北等地域物探生產(chǎn),累計(jì)使用259套次。實(shí)踐證明,基于Android的物探測(cè)量手簿放樣軟件是針對(duì)物探施工設(shè)計(jì),其數(shù)據(jù)采集、質(zhì)控、現(xiàn)場(chǎng)偏移等功能齊全,與內(nèi)業(yè)處理軟件無(wú)縫兼容,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)采集處理一體化。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文是針對(duì)Android系統(tǒng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Android系統(tǒng)的物探測(cè)量手簿放樣系統(tǒng)。在分析野外物探測(cè)量需求的基礎(chǔ)上,對(duì)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行了劃分;在系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)中,著重討論了物探測(cè)量放樣功能。最后對(duì)本系統(tǒng)與商業(yè)手簿放樣軟件進(jìn)行了測(cè)量對(duì)比,測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)已能替代商業(yè)手持終端,完全能滿足野外物探測(cè)量作業(yè)的需要,在Android手機(jī)普及的情況下,野外測(cè)量無(wú)需再專門(mén)購(gòu)置設(shè)備,使用成本大大降低,且攜帶方便,可隨時(shí)進(jìn)行野外作業(yè)[3]。

本系統(tǒng)下一步計(jì)劃要擴(kuò)展的功能是:

Android是一個(gè)多功能平臺(tái),對(duì)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)都有很好的支持[4]?；贏ndroid的物探測(cè)量手簿放樣軟件可以進(jìn)一步與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)之間更加方便和快捷的雙向數(shù)據(jù)共享,減少往返于內(nèi)業(yè)和外業(yè)之間的時(shí)間,進(jìn)一步縮短測(cè)量工作周期。

[1] 郭蕊.基于Android平臺(tái)的GPS定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,11(2):54-58.

[2] 韓善鋒,曹鳳海,宋占武.物探測(cè)量手簿放樣軟件SSField在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].物探裝備,2015,25(3):190-193.

[3] 秦超,姜良君,蔡永香.基于Android的移動(dòng)終端GPS測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].城市勘測(cè),2011,2(1):64-68.

[4] 公磊,周聰.基于Android的GPS測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].江西:南昌大學(xué),2008:1-14.

Design and Implementation of the Geophysical Survey Software Based on Android

HAN Shanfeng,CAO Fenghai,LIU Xiao,SONG Zhanwu,ZHEN Jianguang

(BGPINC.,ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou072750,China)

This article from the development of embedded operating system and the geophysical prospecting needs, design and Realization of software of the geophysical measurement system based on Android platform. The software has been able to replace the commercial GNSS receiver terminal acquisition software, can fully meet the requirement of field work in geophysical measurement. In the case of Android mobile phone penetration, field measurements without the need to purchase equipment, the use of cost and maintenance costs significantly reduced. This paper introduces the main functions of the geophysical survey software based on Android.

Android; GNSS; the geophysical survey software

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.02.017

2016-08-15

P228.4

A

1008-9268(2017)02-0074-05

韓善鋒 (1983-),男,工程師,現(xiàn)主要從事嵌入式測(cè)量軟件開(kāi)發(fā)工作。

曹鳳海 (1975-),男,高級(jí)工程師,現(xiàn)主要從事GNSS定位技術(shù)開(kāi)發(fā)研究等工作。

劉瀟 (1975-),女,工程師,現(xiàn)主要從事GNSS定位技術(shù)研究及應(yīng)用。

聯(lián)系人: 韓善峰E-mail: hanshanfeng_112@foxmail.com