鄧清軍，王 盼，許邦鑫

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥230601；2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

基于GeoCom接口遠(yuǎn)程控制軟件研究與設(shè)計(jì)

鄧清軍1，王 盼2，許邦鑫1

（1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥230601；2.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

研究GeoCom接口通信協(xié)議，將PC與測(cè)量機(jī)器人通過串口數(shù)據(jù)線建立連接，并在VS2010平臺(tái)下調(diào)用GeoCom動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，開發(fā)一套PC版測(cè)量控制系統(tǒng)?；赟ocket網(wǎng)絡(luò)通信原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制，并建立友好的遠(yuǎn)程客戶端功能界面、設(shè)計(jì)了快捷鍵控制儀器轉(zhuǎn)動(dòng)和模擬顯示實(shí)時(shí)測(cè)量狀態(tài)的功能；結(jié)合SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)完成了本系統(tǒng)的開發(fā)，并在最后做了測(cè)試，結(jié)果顯示本系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，可用于實(shí)際測(cè)量工作中，實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化。

測(cè)量機(jī)器人；GeoCom；自動(dòng)化觀測(cè)；Socket

測(cè)量機(jī)器人具有數(shù)據(jù)通信、CCD成像技術(shù)、自動(dòng)目標(biāo)搜索、目標(biāo)鎖定、自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)記錄等功能，被廣泛應(yīng)用于高精度變形監(jiān)測(cè)工程中。利用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)觀測(cè)，對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度減少和工作效率提高的作用很小，沒有充分發(fā)揮其智能的特點(diǎn)。Leica公司針對(duì)TPS系列全站儀向用戶提供了GeoCom地理數(shù)據(jù)通信接口，一方面，本文利用GeoCom接口完成外部控制軟件開發(fā)，對(duì)研究過程中的問題和解決方法進(jìn)行闡述；另一方面，利用Socket網(wǎng)絡(luò)通信原理，設(shè)計(jì)了對(duì)全站儀實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的客戶端。

1 GeoCom接口技術(shù)開發(fā)平臺(tái)

1.1 GeoCom接口介紹

GeoCom是Leica測(cè)量機(jī)器人的串行通信接口，按點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行通信[1]。圖1是GeoCom的基本通信流程，客戶端和服務(wù)器為相互通信的兩部分。GeoCom串口通信一般由請(qǐng)求和應(yīng)答組成，從客戶端發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求給服務(wù)器到客戶端接收到服務(wù)器返回的應(yīng)答為止為一次完整的通信過程。

圖1 GeoCom基本通信流程示意圖

GeoCom有兩種接口協(xié)議：低級(jí)的ASCII協(xié)議和高級(jí)函數(shù)協(xié)議。ASCII協(xié)議一般用在不支持MSWindows的平臺(tái)上，所以本次研究使用高級(jí)函數(shù)協(xié)議。高級(jí)函數(shù)協(xié)議只需要簡(jiǎn)單的函數(shù)調(diào)用，它們都封裝在GeoCom的函數(shù)中，而使用ASCII協(xié)議需要重新編寫串口函數(shù)來實(shí)現(xiàn)命令的發(fā)送以及數(shù)據(jù)的接收。本軟件使用C++高級(jí)編程語言進(jìn)行軟件開發(fā)，用戶可在VC編程時(shí)引入GeoCom32．lib庫(kù)文件并在項(xiàng)目中添加com_pub．hpp函數(shù)聲明文件，即可像調(diào)用本地函數(shù)一樣調(diào)用GeoCom函數(shù)[2,3]。GeoCom按照功能可分為12 個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)下包含對(duì)應(yīng)的功能函數(shù)[4]。如表1為12個(gè)子系統(tǒng)的功能說明。

表1 GeoCom子系統(tǒng)的組成

1.2 GeoCom函數(shù)具體實(shí)現(xiàn)

在熟悉GeoCOM基本原理與結(jié)構(gòu)后，本研究主要利用COM、AUT和TMC 3個(gè)主要模塊進(jìn)行軟件開發(fā)，PC控制軟件系統(tǒng)組成如圖2所示。

該系統(tǒng)由項(xiàng)目管理、配置、測(cè)量 3個(gè)模塊組成。項(xiàng)目管理主要完成項(xiàng)目創(chuàng)建和打開的操作，直接由計(jì)算機(jī)控制的軟件基礎(chǔ)功能。置中的串口設(shè)置對(duì)儀器通信進(jìn)行串口、波特率、數(shù)據(jù)位等通信設(shè)置，然后調(diào)用GeoCOM的COM子系統(tǒng)與儀器建立通信；限差是對(duì)測(cè)量時(shí)的歸零差、2C互差、測(cè)回差進(jìn)行設(shè)置，保證數(shù)據(jù)的正確性[5,6]。測(cè)量模塊中的設(shè)站、學(xué)習(xí)測(cè)量、記憶測(cè)量3個(gè)功能都需要調(diào)用GeoCOM的AUT和TMC子系統(tǒng)來協(xié)同完成儀器的測(cè)量任務(wù)。學(xué)習(xí)測(cè)量是人工進(jìn)行目標(biāo)照準(zhǔn)，輸入點(diǎn)名和棱鏡高，確認(rèn)后測(cè)量，得到學(xué)習(xí)點(diǎn)的豎直角和水平角。記憶測(cè)量是在學(xué)習(xí)測(cè)量完成之后，儀器根據(jù)學(xué)習(xí)點(diǎn)的豎直角和水平角，自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)棱鏡方向并自動(dòng)照準(zhǔn)、測(cè)量、記錄的功能。

圖2 PC控制軟件系統(tǒng)

下面以編寫的“學(xué)習(xí)測(cè)量”功能的測(cè)量動(dòng)作在Visual C++的具體實(shí)現(xiàn)為例，展示調(diào)用GeoCom完成測(cè)量作業(yè)任務(wù)的一般步驟：

1）初始化GeoCOM：rc = COM_Init()；

2）打開通信端口：rc=COM_OpenConnection（eComPort，eBaudRate，1）；其中 eComPort、eBaudRate分別為與儀器對(duì)應(yīng)的端口和波特率；

3）將望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)指定方向：rc = AUT_MakePositioning（Hz，V，POSMODE，AUT_POSITION，F(xiàn)ALSE）；其中Hz、V為指定轉(zhuǎn)動(dòng)到的水平角和豎直角。在完成此操作后需要用Sleep函數(shù)讓程序暫停一會(huì)再發(fā)送其他命令，以保證儀器處于穩(wěn)定狀態(tài)，防止出現(xiàn)意外錯(cuò)誤；

4）精密照準(zhǔn)目標(biāo)：rc = AUT_FineAdjust (dHzSearch Range，dVSearchRange，F(xiàn)ALSE)；這 個(gè) 函 數(shù) 的 會(huì)利用儀器ATR功能，在定義的dHzSearchRange，dVSearchRange水平角和豎直角范圍內(nèi)搜索棱鏡并將望遠(yuǎn)鏡十字絲中心精確照準(zhǔn)棱鏡中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)的功能；

5）執(zhí)行測(cè)距動(dòng)作：rc = TMC_DoMeasure (TMC_DEF_DIST，TMC_AUTO_INC)；TMC_MEA_INC感器補(bǔ)償模式，這是通過精密測(cè)量?jī)A斜傳感器的值來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)囊环N模式，其特點(diǎn)是補(bǔ)償精度高，但測(cè)量所需的時(shí)間大大增加；TMC_PLANE_INC計(jì)算補(bǔ)償模式，這是通過計(jì)算的方式來獲取補(bǔ)償信息，大大提高了測(cè)量的速度，但因?yàn)槭怯?jì)算得出的補(bǔ)償值，實(shí)時(shí)性較TMC_MEA_INC差一些，精度得不到滿足；TMC_AUTO_INC是自動(dòng)補(bǔ)償模式，這是以上兩種模式的一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，即讓儀器自己來判斷何時(shí)用傳感器補(bǔ)償模式，既能保證精度又能提高測(cè)量速度；

6）獲取角度和距離的測(cè)量數(shù)據(jù)：rc = TMC_GetSimpleMea （3 000，Angles，dSlopeDist，TMC_AUTO_INC）；該函數(shù)不會(huì)執(zhí)行一個(gè)新的距離測(cè)量動(dòng)作，所以要獲得目前的距離和角度，必須要先執(zhí)行TMC_DoMeasure()距離測(cè)量命令；

7）清空測(cè)距結(jié)果：TMC_DoMeasure(TMC_CLEAR)；即清空儀器上數(shù)據(jù)池。至此，可完成“學(xué)習(xí)測(cè)量”的全部功能，程序可執(zhí)行其他操作；

8）關(guān)閉通信端口， 退出GeoCOM：

rc=COM_CloseConnection()；

rc= COM_End ()；

在上述步驟中，rc為GeoCOM返回碼，可以根據(jù)返回碼分析儀器是否成功執(zhí)行發(fā)送指令并獲取數(shù)據(jù)。

2 遠(yuǎn)程控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以上闡述的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集軟件是在以RS232電纜線為通信基礎(chǔ)的前提下完成的。由于RS232電纜線自身提供的可用距離非常短（1．5 m），無法將觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)、有效地送達(dá)遠(yuǎn)程的操作人員[7,8]。本次研究還對(duì)拓展其通信距離進(jìn)行了分析、設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程控制通信結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程控制通信結(jié)構(gòu)為：將原先研究的自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)看作一個(gè)整體并且作為服務(wù)器，PC監(jiān)控端為客戶端，服務(wù)器端的設(shè)備與全站儀通信可通過RS232、藍(lán)牙等方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同需求采用不同方式連接儀器，以提高采集效率。服務(wù)器與PC監(jiān)控端通信可以通過TCP/IP或者GPRS的互聯(lián)網(wǎng)方式，服務(wù)器將采集數(shù)據(jù)發(fā)送給PC端并接受PC端發(fā)送的指令。

3 遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)

在完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)后，利用．net框架開發(fā)網(wǎng)絡(luò)通信模塊和PC控制端數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.1 建立通信

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的問題，提出采用Socket通信方式。當(dāng)服務(wù)器端采集到數(shù)據(jù)或者發(fā)生異常情況時(shí)，通過Socket將相應(yīng)信息傳給客戶端，一個(gè)Socket對(duì)應(yīng)于通信的一端。Socket（又稱WinSock 或Windows Sockets）是Windows 基于 ISO 模型的網(wǎng)絡(luò)連接規(guī)范，它是應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)之間的標(biāo)準(zhǔn)接口[9]。本文采用的是Socket流式套接字（Stream Socket），它是一種面向連接的Socket，針對(duì)面向連接的TCP服務(wù)應(yīng)用。Socket的工作過程及利用Socket實(shí)現(xiàn)的通信連接如圖4所示。

圖4 Socket工作流程及客戶端通信連接的實(shí)現(xiàn)

從圖中可以看出，建立網(wǎng)絡(luò)通信流程為：

1）首先啟動(dòng)服務(wù)器，服務(wù)器調(diào)用bind()將套接字與一個(gè)本地網(wǎng)絡(luò)地址（IP 地址“114．213．247．73”和端口號(hào)“1035”）捆綁在一起，再調(diào)用listen()使套接字處于等待連接的狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

2）在客戶端設(shè)置連接服務(wù)的地址“114．213．247．73”和端口號(hào)“1035”，點(diǎn)擊“連接”后即向服務(wù)器請(qǐng)求連接。

3）服務(wù)器調(diào)用accept()來建立網(wǎng)絡(luò)連接，服務(wù)器就可以將端口、波特率、通信協(xié)議這些設(shè)置參數(shù)發(fā)送給服務(wù)端與儀器連接的設(shè)備，建立完整通信。

4）連接一旦建立，客戶端可通過客戶端write()來向服務(wù)器發(fā)送各種指令，讓儀器完成指定的測(cè)量任務(wù)，并通過read()來接收儀器返回的測(cè)量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

3.1.2 藍(lán)牙通信的實(shí)現(xiàn)

藍(lán)牙通信主要應(yīng)用在移動(dòng)端設(shè)備上，如PDA和手機(jī)，且藍(lán)牙功能的使用方法與手機(jī)通用藍(lán)牙一致。在建立藍(lán)牙連接時(shí)，通過Android自帶的BluetoothAdapter來進(jìn)行獲取設(shè)備信息，連接設(shè)備：

Method m = device．getClass()．getMethod("createRfcommSocket", new Class[] {int．class});

socket = (BluetoothSocket) m．invoke(device, port);通信建立后再建立線程收發(fā)信息即可完成數(shù)據(jù)的傳輸。

3.2 數(shù)據(jù)處理模塊的實(shí)現(xiàn)

3.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

開發(fā)本系統(tǒng)軟件總體任務(wù)之一就是建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的添加、刪除、查詢功能[10]。本數(shù)據(jù)系統(tǒng)的功能劃分如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能劃分示意圖

本次建立的數(shù)據(jù)庫(kù)分為數(shù)據(jù)庫(kù)管理和數(shù)據(jù)庫(kù)查詢兩個(gè)模塊。在數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊中建立有用戶和測(cè)量數(shù)據(jù)的管理，在數(shù)據(jù)查詢模塊中設(shè)計(jì)有點(diǎn)號(hào)查詢和日期查詢兩種查詢方式。

為了保證高質(zhì)量、高效、便捷地完成測(cè)量任務(wù)，且測(cè)量成果滿足國(guó)家測(cè)量規(guī)范，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)管理設(shè)計(jì)有盤左測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表dbo．LANGLE和盤右測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表dbo．RANGLE。LANGLE與RANGLE表結(jié)構(gòu)完全一致，這里以表RANGLE結(jié)構(gòu)為例，如表2所示。從表中可以看出，除了日期和時(shí)間的數(shù)據(jù)類型為指定的外，其他字段的數(shù)據(jù)類型統(tǒng)一為字符型，方便了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及在數(shù)據(jù)處理時(shí)的轉(zhuǎn)換。

表2 RANGLE表結(jié)構(gòu)

3.2.2 模擬測(cè)量狀態(tài)動(dòng)畫

考慮到測(cè)量機(jī)器人的作業(yè)效率，采用事件激發(fā)方式安排指令的發(fā)送次序和時(shí)機(jī)，即計(jì)算機(jī)在發(fā)送指令過程中考慮測(cè)量機(jī)器人的當(dāng)前狀態(tài)，根據(jù)儀器的不同狀態(tài)發(fā)送相應(yīng)指令，增強(qiáng)指令的可執(zhí)行性。由此可見，儀器狀態(tài)查詢也是測(cè)量機(jī)器人不可或缺的功能，本軟件是通過開發(fā)模擬測(cè)量狀態(tài)動(dòng)畫來實(shí)現(xiàn)觀測(cè)儀器狀態(tài)的。

模擬測(cè)量狀態(tài)的動(dòng)畫界面是利用C#雙緩存技術(shù)開發(fā)的，如圖6所示。通過“學(xué)習(xí)測(cè)量”將所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)按實(shí)際的方位模擬顯示在軟件上。在多測(cè)回測(cè)角狀態(tài)，軟件會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)照準(zhǔn)點(diǎn)的情況，模擬測(cè)量動(dòng)畫。并且在目標(biāo)丟失后，在鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)圖標(biāo)時(shí)，程序會(huì)計(jì)算出鼠標(biāo)點(diǎn)擊焦點(diǎn)圖標(biāo)的距離關(guān)系、判斷選中的目標(biāo)點(diǎn)號(hào)并觸發(fā)測(cè)量事件重新照準(zhǔn)該點(diǎn)。

圖6 模擬測(cè)量

3.3 遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)

在完成遠(yuǎn)程控制的開發(fā)后，為驗(yàn)證該系統(tǒng)的實(shí)用性和穩(wěn)定性，對(duì)軟件進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，架設(shè)6個(gè)棱鏡作為目標(biāo)點(diǎn)，服務(wù)器端和遠(yuǎn)程PC監(jiān)控端都通過實(shí)驗(yàn)室WIFI聯(lián)網(wǎng)。先手動(dòng)利用TS30全站儀對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行3個(gè)測(cè)回觀測(cè)，再利用軟件遠(yuǎn)程控制直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)兩次觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩次采集結(jié)果相當(dāng)，滿足精度要求，利用網(wǎng)絡(luò)通信控制遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集可用于實(shí)際測(cè)量工作中。

表3 觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

4 結(jié) 語

研究表明，在掌握GeoCom接口技術(shù)后，可根據(jù)具體監(jiān)測(cè)方案，有針對(duì)性地進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集軟件開發(fā)，設(shè)計(jì)合理的觀測(cè)程序以及記錄格式完成不同工程任務(wù)。Socket技術(shù)在遠(yuǎn)程控制中有著良好的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)引入多線程，將有效地提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，并實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，GeoCom接口技術(shù)結(jié)合各類通信技術(shù)有可觀的開發(fā)前景，例如利用藍(lán)牙可實(shí)現(xiàn)放樣、控制測(cè)量等工程的電子記錄功能。

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TP311；P258

B

1672-4623（2017）10-0040-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.10.012

2016-08-04。

項(xiàng)目來源：安徽省國(guó)土資源科技項(xiàng)目（2014-k-13）；皖江城市帶長(zhǎng)江河勢(shì)變化與洲灘綜合利用研究資助項(xiàng)目（201401063-02）。

鄧清軍，碩士研究生，注冊(cè)測(cè)繪師，主要從事精密工程測(cè)量應(yīng)用研究及電力工程勘測(cè)設(shè)計(jì)工作。