基于PDA 的實時檢測數據處理方法的研究

陳素貞

(上海市建筑科學研究院，上海 200032)

1 概論

PDA(Personal Digital Assistant)，字面翻譯是個人數碼助理，作為一種新興的電子智能產品，是數據采集的理想載體［1］。PDA系統具有便攜、快捷、方便地對現場采集數據并進行計算等特點，在公路測量和橋梁檢測等方面有著廣泛的應用。測繪的行業特點，使得許多的測繪工作需要在野外進行，人工數據處理的速度遠遠達不到工程進度的需要，且紙質手簿記錄數據十分繁瑣，不能提示拼寫錯誤。PDA的開放性，使得用戶可以根據自己的需要，開發適合自己的軟件，在PDA上進行安裝，讓PDA完成特定的功能。工業或工程產品在制造或安裝過程中，經常需要對其制造或安裝精度進行檢測，常用的檢測方法為高精度全站儀極坐標法、前方交會法等。目前，外業觀測數據多采用紙質手簿記錄，由記錄人員現場記錄測量數據，再將數據輸入到計算機內，利用相關測繪軟件進行內業計算。這種外業測量與內業計算分開進行的方法，不能實現現場的實時檢測，甚至會影響到工程進度。本文研究了基于PDA的外業數據處理和實時數據處理的方法，實現外業數據的記錄、現場處理和有關分析，及時報告檢測結果，這樣將極大減少作業量，提高工作效率。

2 坐標轉換模型

以鋼箱梁外形規格檢測為例，在檢測過程中，為了測量的快捷，經常采用自由設站的模式觀測各個角點坐標，然后進行坐標轉換，轉換到統一的坐標系后，將觀測坐標與設計坐標進行比較，判斷產品的合格性。測站的平面坐標通過相似變換進行坐標轉換，轉換過程可分3步進行［2］:

1)坐標系旋轉。

首先將原始坐標系旋轉一個角度a，使旋轉后的坐標系與目標坐標系平行，則［x，y］S在旋轉后的坐標系下的坐標為［x，y］R:

2)坐標系平移。

再將旋轉后的坐標系平移［Δx，Δy］，使平移后的坐標系與目標坐標系的原點重合，則［x，y］R在平移后的坐標系下的坐標為［x，y］M:

3)尺度修正。

最后將平移后的坐標系進行尺度修正，使修正后的坐標系與目標坐標系統尺度一致。設k為尺度因子，則［x，y］M在修正后的坐標系下的坐標為［x，y］T:

綜合上面3步，得:

通過解算轉換參數A，B，C，D來進行坐標轉換。

利用坐標系之間的公共點，建立間接平差誤差方程式:

根據最小二乘原理:

求得轉換參數的平差值:

3 PDA結合全站儀作業模式

“內外業一體化”要求測繪工作者在完成外業采集數據后，能快速、準確地計算出測量結果數據。這種測繪模式，要求數據采集、數據存儲、數據處理、結果輸出的一體化。利用PDA作為平臺，以嵌入式語言編寫測量數據的自動采集、存儲、處理的相關軟件，將PDA作為電子手簿。根據不同的工程需要，可以設計出符合實際測繪工作需要的產品［3］。PDA結合全站儀的測繪模式見圖1。在這個過程中，PDA起到了一個很大的協助作用，是數據采集、數據處理、數據輸出的載體。圖2為基于PDA的數據采集程序的流程圖。

圖1 數據處理流程圖

4 應用實例

本文中采用鄂東長江公路大橋鋼箱梁制造第一輪測量的三組數據為例，一組是固定測量坐標系統中的觀測數據，另外兩組是任意設站數據。利用這三組數據，對基于PDA開發的電子手簿進行了測試，主要分數據采集、數據處理和坐標轉換三個大模塊。

數據采集用于現場記錄觀測數據，用電子手簿代替紙質手簿，實現自動計算測量限差功能，及時發現現場實測中的粗差，減少測量的返工率。數據采集的界面如圖3所示。

采集的數據為觀測的距離和角度值，數據采集后，進入到【坐標計算】界面，先導入之前的【數據采集】界面保存的觀測數據，再計算出每一站的坐標，界面如圖4所示。坐標計算后，要將不在固定測量坐標系中的坐標轉換到固定坐標系中，因為坐標轉換利用的是公共點法，必須保證有足夠的公共點。如果某個任意站不是和基準站有公共點，而是和其他任意站有公共點，要通過公共點進行傳遞，最后傳遞到固定坐標系中。坐標轉換的界面如圖5所示。

圖2 程序流程圖

圖3 測量數據采集

圖4 坐標計算

圖5 坐標轉換

通過坐標轉換后的所有鋼箱梁角點坐標位于相同的坐標系內，即可與實際的設計坐標進行比較，判斷產品的合格性。

5 結語

全站儀觀測速度快，精度高，結合PDA應用程序，可以快速采集現場數據，提高工作效率，達到內外業一體化。利用嵌入該程序的PDA，可以在鋼箱梁檢測現場實現數據的采集、處理，從而省略了檢測外業到內業的作業過程，提高了工作效率。在檢測現場，將測得的幾何控制點坐標與其設計坐標進行比較，必要時進行坐標反算，可以對鋼箱梁的制造精度進行實時分析和評價，為控制鋼箱梁的制造質量提供依據。

［1］宋曉明，馮 曉，唐代華.路基施工檢測數據處理PDA系統［J］.重慶交通大學學報(自然科學版)，2008(27):941.

［2］李 劍.平面坐標轉換計算程序的開發及應用［J］.勘察、測繪與測試技術，2008(3):44-43.

［3］李永隆.Windows CE程序設計實務［M］.北京:中國電力出版社，2002.