李明軍

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300251)

精密水準(zhǔn)數(shù)據(jù)實時處理系統(tǒng)設(shè)計與測試

李明軍*

(中國鐵路設(shè)計集團有限公司，天津 300251)

近些年，隨著無線傳輸技術(shù)和手機智能技術(shù)不斷發(fā)展，藍牙和Android系統(tǒng)被越來越多的人熟知，智能手機微系統(tǒng)的開發(fā)，逐步成為傳統(tǒng)技術(shù)變更的新潮流。結(jié)合藍牙技術(shù)和電子水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)，將Java語言在Eclipse系統(tǒng)平臺開發(fā)編譯的apk可執(zhí)行文件安裝到Andriod智能手機上，在精密水準(zhǔn)測量技術(shù)中應(yīng)用，以達到提效節(jié)支的目的，具有很重要的意義。

藍牙；Android系統(tǒng)；實時精密水準(zhǔn)測量系統(tǒng)；WiFi

1 引 言

對于高速鐵路精密水準(zhǔn)工作，尤其高鐵運營期CPⅢ高程測量、構(gòu)筑物沉降監(jiān)測等精密水準(zhǔn)測量而言，受作業(yè)天窗時間限制，相較常規(guī)水準(zhǔn)測量，更注重于相鄰CPⅢ點或監(jiān)測點間往返測、原復(fù)測高差實時顯示和各項限差指標(biāo)實時對比核實，是否滿足限差要求，有異?？杉皶r檢核避免再次返工，而當(dāng)前電子水準(zhǔn)儀在外業(yè)數(shù)據(jù)采集過程中是無法實現(xiàn)的。

本設(shè)計依托電子水準(zhǔn)儀、藍牙適配器和智能手機為基本固件，利用藍牙技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，在Android系統(tǒng)上構(gòu)建精密水準(zhǔn)測量實時系統(tǒng)，可實現(xiàn)手機對精密水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)采集的實時顯示，完成同相鄰測段間不同線路、作業(yè)或不同周期間數(shù)據(jù)對比分析、超限預(yù)警和成果遠(yuǎn)程傳輸功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計分為三個模塊：①電子水準(zhǔn)儀無線傳輸模塊，此功能主要是實現(xiàn)電子水準(zhǔn)儀的藍牙驅(qū)動功能，使電子水準(zhǔn)儀的數(shù)據(jù)采集可直接由手機控制；②數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，此功能主要是將電子水準(zhǔn)儀及外部獲取的數(shù)據(jù)分類梳理分析，形成過程數(shù)據(jù)，為將來數(shù)據(jù)分析和實時顯示功能，提供對比分析依據(jù)；③手機數(shù)據(jù)精密水準(zhǔn)測量系統(tǒng)實時處理模塊：本功能主要是對已同步的精密水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)現(xiàn)勢處理，實現(xiàn)相鄰監(jiān)測點間原復(fù)測高或往返測不符值檢核，實時顯示采集的數(shù)據(jù)和測段間高差對比情況，并對超限參數(shù)預(yù)警分析。精密水準(zhǔn)測量系統(tǒng)設(shè)計如圖1所示。

圖1 精密水準(zhǔn)測量系統(tǒng)設(shè)計圖

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 藍牙驅(qū)動

此項功能主要是根據(jù)需求，在手機APP程序中搜尋和連接電子水準(zhǔn)儀的藍牙設(shè)備。設(shè)計的前提是電子水準(zhǔn)儀外置藍牙適配器驅(qū)動程序的運行，其功能在智能手機APP程序中實現(xiàn)。當(dāng)電子水準(zhǔn)儀藍牙設(shè)備驅(qū)動程序正常運行后，則基于手機程序函數(shù)調(diào)用Andriod系統(tǒng)函數(shù)，實現(xiàn)對附近藍牙設(shè)備的搜尋功能，則附近的藍牙設(shè)備均會逐條出現(xiàn)在藍牙連接的界面，手機系統(tǒng)自帶的藍牙功能則會將電子水準(zhǔn)儀連接上，是后續(xù)手機控制電子水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)，實現(xiàn)手機實時顯示電子水準(zhǔn)儀采集數(shù)據(jù)功能最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。

3.2 自動化識別技術(shù)

本系統(tǒng)主要采用的儀器設(shè)備是天寶和徠卡兩種，規(guī)范了數(shù)據(jù)采集記錄格式，僅通過藍牙連接識別功能，可兼容兩個廠家的電子水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)，共同構(gòu)建精密水準(zhǔn)測量實時測量系統(tǒng)。本系統(tǒng)根據(jù)文件名自動區(qū)分采集線路格式數(shù)據(jù)和自編格式基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，匹配調(diào)用分析程序函數(shù)，讓精密水準(zhǔn)測量在不同儀器，不同周期采集的往返測或原復(fù)測數(shù)據(jù)對比具有可行性和靈活性。

3.3 全新的界面設(shè)計

本系統(tǒng)根據(jù)水準(zhǔn)測量步驟，將系統(tǒng)的界面分割成：藍牙連接、測量限差設(shè)置、水準(zhǔn)路線相關(guān)參數(shù)設(shè)置和測量等四個界面。如圖2、圖3所示。

圖2 藍牙連接和水準(zhǔn)測量限差的設(shè)置

圖3 水準(zhǔn)路線相關(guān)參數(shù)設(shè)置和測量界面

3.4 自動匹配分析技術(shù)

本系統(tǒng)以線路對比數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)對比分析是否每一個相鄰監(jiān)測點段匹配有了重新的定義，同時對采用往測同向還是返測異向?qū)Ρ冗M行了區(qū)分。當(dāng)執(zhí)行相鄰監(jiān)測點段段匹配模式時，系統(tǒng)會根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，自動匹配當(dāng)前測站點點名。用戶還可以根據(jù)外業(yè)實際測量情況，更改默認(rèn)測站點點名為1號～199號數(shù)字，系統(tǒng)將自動匹配這些數(shù)字為測段轉(zhuǎn)點，將相鄰測段高差對比分析擴展至與此類轉(zhuǎn)點相鄰的非1號～199號數(shù)字的相鄰監(jiān)測點間。而且轉(zhuǎn)點測量完成之后，系統(tǒng)將會根據(jù)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)自動匹配下一個監(jiān)測點點名，無須人工輸入。當(dāng)不執(zhí)行監(jiān)測點段段匹配模式，系統(tǒng)則會根據(jù)當(dāng)前測量相鄰監(jiān)測點段落自動匹配基準(zhǔn)數(shù)據(jù)同名往、返測段高差進行對比分析，實現(xiàn)同名測段往、返測各項指標(biāo)限差超限預(yù)警功能。

3.5 多功能數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

本系統(tǒng)傳承了傳統(tǒng)電子水準(zhǔn)儀數(shù)據(jù)采集續(xù)接和數(shù)據(jù)線傳輸功能，同時也增加了數(shù)據(jù)WiFi遠(yuǎn)程傳輸功能，它可以利用WiFi網(wǎng)絡(luò)在QQ、微信或郵箱等多平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，大大拓展了精密水準(zhǔn)測量傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，方便了后期?shù)據(jù)的匯總管理。

3.6 多用戶數(shù)據(jù)實時共享功能

結(jié)合手機的WiFi和藍牙功能，本系統(tǒng)可識別數(shù)據(jù)可以在不同用戶間實時傳輸，交互使用，彌補了傳統(tǒng)精密水準(zhǔn)測量用戶間無法交流的技術(shù)短板。

4 系統(tǒng)測試

以有效、直觀、高效為測試原則，本程序在試驗場設(shè)置了A、B、C、D四個固定點為參考，電子水準(zhǔn)儀直接采集數(shù)據(jù)為參照依據(jù)，采用不同的觀測模式對過程數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場對比分析。主要測試內(nèi)容如下：

(1)原始數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性對比及限差報警程序

同等的觀測條件下，相同的觀測順序和模式，對比前后同測點兩次測量模式下的采集數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)獲取的無縫性。同時以限差為基準(zhǔn)，在不同測量模式，同等的觀測條件下，模擬各種超限情況，檢查超限報警的完整性和準(zhǔn)確性。

(2)不同測量順序模式下，數(shù)據(jù)處理函數(shù)運算準(zhǔn)確性對比

同等的觀測條件下，分別在“aBFFB”、“BFFB”和“BBFF”順序模式下，采用參考數(shù)據(jù)直接對比檢核數(shù)據(jù)記錄的有效性和準(zhǔn)確性，同時在不斷增加轉(zhuǎn)點的情況下，間接的利用基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與相鄰監(jiān)測點間往返、原復(fù)測進行對比分析，檢驗本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理函數(shù)運算的準(zhǔn)確性。

(3)藍牙連接中斷或測量干擾中斷，繼續(xù)測量程序銜接的準(zhǔn)確性

在正常測量模式下，采用打、接電話、直接退出等多種方式中斷測量程序，隔 5 min、 10 min、 15 min、 1 h、 1 d，選擇退出前線路，繼續(xù)測量，結(jié)合對比數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)記錄前后銜接的連貫性。

(4)測段匹配過程中同測段往返測、原復(fù)測限差對比分析及限差報警機制

選中測段匹配模式，分別以測段原始數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)整理的自編格式數(shù)據(jù)為對比數(shù)據(jù)參考依據(jù)，靈活匹配四個固定點為轉(zhuǎn)點，增加數(shù)據(jù)觀測過程中測段間測站數(shù)的不對稱性的同時，不斷模擬較差超限的各種情況，檢驗當(dāng)前模式下程序內(nèi)核數(shù)據(jù)分析的完整性和報警功能的完備性。

(5)非測段匹配狀態(tài)下，同測段往返測、原復(fù)測限差對比分析及報警機制

當(dāng)測段匹配模式處于未選中模式，分別以測段原始數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)整理的自編格式數(shù)據(jù)為對比數(shù)據(jù)參考依據(jù)，靈活組合四個固定點為轉(zhuǎn)點，在任意組合原往測相鄰測段在本次測量中的順序，增加數(shù)據(jù)觀測過程中測段間測站數(shù)的不對稱性的同時，間斷性的模擬較差超限的各種情況，檢驗當(dāng)前模式下程序數(shù)據(jù)分析和報警功能的靈敏性。

5 結(jié) 語

隨著高鐵事業(yè)的不斷發(fā)展，高鐵測量技術(shù)日趨完善，為保證高鐵運行的平順性和安全性，精密測量技術(shù)在高鐵勘測設(shè)計和運營維護等階段的作用越來越重要。本系統(tǒng)集成手機Android系統(tǒng)、藍牙技術(shù)和電子水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)為一體，以實時測量顯示為目的，外業(yè)勘測過程實時預(yù)警提醒為手段，便捷的數(shù)據(jù)傳輸和匯總功能為特色，增加了精密水準(zhǔn)測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，可減少了外業(yè)重測或返工的次數(shù)，從而達到節(jié)支增產(chǎn)的目的。

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Real-time Processing System Design And Test of Precise Leveling

Li Mingjun

(China Railway Design Corporation，Tianjin 300251，China)

In recent years，with the development of wireless transmission technology and mobile phone intelligent technology，Bluetooth and Android system are becoming so popular that be known to many people .It is becoming a new trend of traditional technology change of the development of intelligent mobile phone microsystem . Combined with Bluetooth technology and the system of Electronic Digital Levels，using in precision measurement technology，the smart phone is being installed on apk of Executable file which is been developed by Java Scripts on software of Eclipse，to achieve the purpose of saving on expenditure is of great significance.

bluetooth；andriod system；real-time processing system of precise leveling；WiFi

1672-8262(2017)04-127-03

P204

A

2017—02—20

李明軍(1984—)，男，碩士，工程師，研究方向：GPS在3S中的應(yīng)用。

國家自然科學(xué)基金(41472243)；鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司科技開發(fā)課題(921515)