道路曲線測(cè)設(shè)APP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭國平，王建民

(1.大同市勘察測(cè)繪院，山西 太同 037006； 2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

道路曲線測(cè)設(shè)APP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

鄭國平1*，王建民2

(1.大同市勘察測(cè)繪院，山西 太同 037006； 2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024)

基于傳統(tǒng)的曲線測(cè)設(shè)軟件已不適用于日益盛行的Android操作系統(tǒng)，采用Android 2.2以上版本為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了曲線測(cè)設(shè)APP計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)了曲線測(cè)設(shè)、坐標(biāo)變換、高斯正反算的計(jì)算及曲線簡(jiǎn)圖的繪制。結(jié)果表明，此道路曲線測(cè)設(shè)APP搭載平臺(tái)應(yīng)用廣泛，計(jì)算精度較高，操作更加方便、友好，易于升級(jí)和維護(hù)，可以較好地滿足學(xué)習(xí)、生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化，減少作業(yè)工序，提高作業(yè)效率和質(zhì)量。

曲線測(cè)設(shè)；Android；APP；坐標(biāo)變換；高斯正反算

1 引 言

隨著測(cè)繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及移動(dòng)設(shè)備的飛速發(fā)展，開發(fā)基于計(jì)算機(jī)等各種移動(dòng)設(shè)備的道路曲線測(cè)設(shè)軟件已成為測(cè)繪應(yīng)用軟件市場(chǎng)中的一大主流。然而，基于Android操作系統(tǒng)的曲線測(cè)設(shè)測(cè)繪應(yīng)用APP卻很少。吳浩等[1]提出了曲線測(cè)設(shè)中線整體積分?jǐn)?shù)學(xué)模型，極大地提高了工程建設(shè)的效率，但考慮到積分模型在曲線測(cè)設(shè)APP開發(fā)過程中程序運(yùn)算的復(fù)雜性，本文選用了運(yùn)算相對(duì)簡(jiǎn)便的傳統(tǒng)經(jīng)典曲線測(cè)設(shè)中線測(cè)設(shè)的數(shù)學(xué)模型。

道路曲線測(cè)設(shè)APP將充分考慮基于Android操作系統(tǒng)曲線測(cè)設(shè)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀及前景，使用經(jīng)典的曲線測(cè)設(shè)數(shù)學(xué)模型，選擇使用廣泛、操作便捷、開放性好及可擴(kuò)展性強(qiáng)的Android平臺(tái)作為開發(fā)平臺(tái)，利用高效性、通用性、安全性和平臺(tái)移植性卓越的Java編程語言[2]，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以在任何一款A(yù)ndroid操作系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行曲線測(cè)設(shè)相關(guān)計(jì)算、繪制曲線簡(jiǎn)圖及進(jìn)行簡(jiǎn)單坐標(biāo)變換的操作。整個(gè)操作過程靈活簡(jiǎn)單，計(jì)算數(shù)據(jù)迅速精確，可以提高工作效率和質(zhì)量。同時(shí)，也可以作為學(xué)習(xí)驗(yàn)算工具，將受到相關(guān)專業(yè)學(xué)生的青睞。

2 曲線測(cè)設(shè)APP的原理

2.1 曲線測(cè)設(shè)

曲線測(cè)設(shè)的計(jì)算原理及思路為：先將由緩和曲線段、圓曲線段以及直線段構(gòu)成的曲線歸算到統(tǒng)一的導(dǎo)線測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)中，進(jìn)而再計(jì)算放樣要素。

首先計(jì)算某點(diǎn)i在各曲線段切線坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(xi，yi)及i點(diǎn)切線的傾角β。然后調(diào)用坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式，計(jì)算出i點(diǎn)在路線導(dǎo)線測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xi，Yi)和i點(diǎn)切線的方位角Ai，計(jì)算公式如下[2～4]：

(1)

式(1)中：A0、X0、Y0根據(jù)各段的相應(yīng)公式計(jì)算。再根據(jù)上述計(jì)算出的Xi、Yi以及邊樁距d計(jì)算線路左右兩邊線樁的設(shè)計(jì)坐標(biāo)。最后根據(jù)設(shè)站導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)A(XA，XA)、后視導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)B(XB，XB)以及曲線上某點(diǎn)i的設(shè)計(jì)坐標(biāo)I(XI，XI)，即可計(jì)算出曲線上這點(diǎn)極坐標(biāo)放樣數(shù)據(jù)了。計(jì)算公式為[3～5]：

(2)

2.2 坐標(biāo)變換

曲線測(cè)設(shè)工程中給出的坐標(biāo)或計(jì)算的坐標(biāo)往往不能滿足工程需求，需要將其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換[6，7]。在設(shè)計(jì)曲線測(cè)設(shè)APP時(shí)其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程如圖1所：

圖1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換流程

3 道路曲線測(cè)設(shè)APP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 曲線測(cè)設(shè)APP設(shè)計(jì)

(1)APP架構(gòu)設(shè)計(jì)

曲線測(cè)設(shè)APP由主界面、一級(jí)界面和二級(jí)界面組成。APP功能架構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 APP架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

①主界面包含：計(jì)算曲線綜合要素選項(xiàng)按鈕、計(jì)算曲線主點(diǎn)里程選項(xiàng)按鈕、計(jì)算曲線設(shè)計(jì)坐標(biāo)選項(xiàng)按鈕、計(jì)算曲線放樣數(shù)據(jù)選項(xiàng)按鈕、繪制曲線簡(jiǎn)圖選項(xiàng)按鈕等11個(gè)功能按鈕。

②一級(jí)界面是上述主界面內(nèi)功能按鈕內(nèi)容的具體實(shí)現(xiàn)界面。

③二級(jí)界面是11個(gè)二級(jí)界面內(nèi)繪制曲線簡(jiǎn)圖功能模塊的圖像顯示實(shí)現(xiàn)界面。

(2)APP界面設(shè)計(jì)

APP界面設(shè)計(jì)以LinerLayout等各種布局設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，應(yīng)用圖文混排等美化手法進(jìn)行裝飾，力求簡(jiǎn)約美觀，給用戶以操作帶來方便，圖3為APP設(shè)計(jì)的主要界面。

圖3 曲線測(cè)設(shè)APP主要界面

(3)APP計(jì)算程序框圖及流程

下面是實(shí)現(xiàn)曲線測(cè)設(shè)的流程框圖，如圖4所示[8～10]。

圖4 曲線測(cè)設(shè)APP計(jì)算流程圖

3.2 曲線測(cè)設(shè)APP實(shí)現(xiàn)

曲線測(cè)設(shè)部分有曲線綜合要素、各主點(diǎn)里程、設(shè)計(jì)坐標(biāo)和放樣數(shù)據(jù)計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、繪圖等功能。坐標(biāo)變換部分有大地坐標(biāo)與大地空間直角坐標(biāo)的變換、不同大地空間直角坐標(biāo)系間的變換及高斯正反算等。其中有3°帶和6°帶兩種形式，自動(dòng)計(jì)算帶號(hào)[11]。坐標(biāo)系統(tǒng)可自由選擇1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系和CGCS2000國家大地坐標(biāo)系，計(jì)算過程可以完成驗(yàn)證檢查，防止輸入錯(cuò)誤。

(1)APP的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

①曲線測(cè)設(shè)相關(guān)計(jì)算實(shí)現(xiàn)[12，13]

曲線測(cè)設(shè)部分實(shí)現(xiàn)的主要功能為：計(jì)算曲線綜合要素；計(jì)算各主點(diǎn)里程；計(jì)算曲線設(shè)計(jì)坐標(biāo)；計(jì)算曲線放樣數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建一個(gè)曲線測(cè)設(shè)的類，相應(yīng)的計(jì)算內(nèi)容分別為一種方法。計(jì)算時(shí)直接調(diào)用相應(yīng)方法即可。

public class Coorderate {

public double Cal-ways (){

}

}

②坐標(biāo)變換相關(guān)計(jì)算實(shí)現(xiàn)

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換部分實(shí)現(xiàn)的主要功能為：大地坐標(biāo)與大地空間直角之間坐標(biāo)的變換；不同大地空間直角坐標(biāo)系間的坐標(biāo)相互變換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建一個(gè)坐標(biāo)變換的類，相應(yīng)的計(jì)算內(nèi)容分別為一種方法。計(jì)算時(shí)直接調(diào)用相應(yīng)方法即可。

public class CoordinateTransformation {

public void Coorderateways (){

}

}

③曲線簡(jiǎn)圖繪制實(shí)現(xiàn)[14]

曲線簡(jiǎn)圖繪制部分的主要功能為：讀寫文；動(dòng)態(tài)繪制任意點(diǎn)數(shù)的曲線簡(jiǎn)圖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：首先使用數(shù)據(jù)流相關(guān)技術(shù)讀寫文件，然后應(yīng)用正則表達(dá)式分割文件放入動(dòng)態(tài)數(shù)組[15]，最后應(yīng)用Android繪圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)曲線簡(jiǎn)圖繪制。

private void save() {

}

private void read(){

}

XYMultipleSeriesDataset dataset = buildDataset(titles，x，y)；

XYMultipleSeriesRenderer rend = buildRenderer(colors，styles，true)；

protected XYMultipleSeriesDataset buildDataset(){

}

protected XYMultipleSeriesRenderer buildRenderer(int[] colors，PointStyle[] styles，boolean fill){

}

protected void setChartSettings(XYMultipleSeriesRenderer renderer，String title，String xTitle，String yTitle，double xMin，double xMax，double yMin，double yMax，int axesColor，int labelsColor){

{

④高斯投影正反算實(shí)現(xiàn)[16，17]

高斯投影正反算部分主要實(shí)現(xiàn)的功能為：國家2000、西安80及北京54坐標(biāo)系下的高斯投影正反算的相互轉(zhuǎn)換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：創(chuàng)建一個(gè)高斯的類，相應(yīng)的計(jì)算內(nèi)容分別為一種方法。計(jì)算時(shí)直接調(diào)用相應(yīng)方法即可。

public class Gaosi {

public int Code (){

}

public double meridianArcLength()[13]{

return ra*(lat*ff1+0.5*ff2*Math.sin(2.0*lat))；

}

public void Ways(){

}

}

⑤ 軟件的權(quán)限管理和控制

編程過程中，需要開發(fā)者添加一些權(quán)限，從而獲得某種操作權(quán)限或者自己設(shè)置某些操作權(quán)限。

如：是否能在SD卡上寫入、創(chuàng)建與刪除文件等權(quán)限的設(shè)置。

(2)APP界面美化

為滿足用戶的視覺需求，曲線測(cè)設(shè)APP在實(shí)現(xiàn)計(jì)算的功能前提下加入界面美化元素，使用戶可以在煩瑣的計(jì)算工作環(huán)境下得到視覺放松，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高工作質(zhì)量和效率的目的。同時(shí)也讓這款曲線測(cè)設(shè)APP以其簡(jiǎn)約美和人性化設(shè)計(jì)受到用戶的青睞。

主要實(shí)現(xiàn)方法如下：

①自定義標(biāo)題欄

主要使用layout下的titlebar.xml文件來實(shí)現(xiàn)。

② 控件透明化

通過在drawable文件下創(chuàng)建一個(gè)shape.xml文件實(shí)現(xiàn)透明化控件，使其與窗口的底圖可以融合為一體。

③文字跑馬燈效果

Android應(yīng)用中，通過在src下創(chuàng)建一個(gè)MyTextView.java文件來實(shí)現(xiàn)文字跑馬燈效果

④提示性信息顯示

主要實(shí)現(xiàn)方法為：提示不能為空方法及自定義Toast方法。

⑤ 編輯框(EditText)輸入特定字符限制

實(shí)現(xiàn)主要代碼如下：

設(shè)置EditText控件的輸入屬性：

android：inputType="numberSigned|numberDecimal"或者

android：digits=""http://內(nèi)輸入你限定可以輸入的內(nèi)容

⑥按鈕(Button)圖文混排

實(shí)現(xiàn)主要使用如下代碼：

xx.setSpan(is1，0，4，Spannable.SPAN_EXCLUSIVE_EXCLUSIVE)；

⑦下拉菜單(Spinner)開發(fā)

實(shí)現(xiàn)主要代碼如下：

private void initSpinner(){

List> list=new

ArrayList>()；

Map map1=new HashMap()；

map1.put("spinner"，R.drawable.spinner1)；

map1.put("text"，"第一緩和曲線段(ZH～HY)")；

list.add(map1)；

//重復(fù)上述代碼，將下拉菜單中的內(nèi)容依次列出

SimpleAdapter adapter=new SimpleAdapter(this，list，

R.layout.my_spinner，new String[]{"spinner"，"text"}，

new int[]{R.id.iv，R.id.tv})；

sp_quxianduan.setAdapter(adapter)；

sp_quxianduan.setOnItemSelectedListener(new

OnItemSelectedListener()

{

@Override

public void onItemSelected(AdapterView parent，View view，

int position，long id) {

Spinner spinner=(Spinner)parent；

@SuppressWarnings("unchecked")

Map itemObj=(Map)

spinner.getItemAtPosition(position)；

final String sp0=(String) itemObj.get("text")；

}

public void onNothingSelected(AdapterView parent) {

}

})；

}

⑧退出按鈕提示信息

主要通過showTips()方法及onKeyDown事件等代碼來實(shí)現(xiàn)。

⑨動(dòng)畫切換圖片實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)主要代碼如下：

public class Activity_09 extends Activity implements OnClickListener，ViewFactory { }

(3)曲線測(cè)試APP運(yùn)行案例

APP計(jì)算結(jié)果及圖形輸出結(jié)果如圖5所示。

圖5 APP計(jì)算結(jié)果及圖形輸出

經(jīng)實(shí)際案例測(cè)試分析可知：該曲線測(cè)設(shè)APP的計(jì)算結(jié)果精度及效率完全適用于一般線路工程及教學(xué)工作，且結(jié)果精度為 0.1 mm，效率也要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)方法計(jì)算的效率，效率提升率可達(dá)80%以上。限于研究開發(fā)時(shí)間等條件的限制，本軟件只實(shí)現(xiàn)了關(guān)于道路曲線測(cè)設(shè)的初步設(shè)計(jì)與計(jì)算，在未來的研究中將進(jìn)一步提升其工作效率，提高計(jì)算精度，優(yōu)化軟件功能。使用分布式計(jì)算方法及引入國內(nèi)外新型計(jì)算整體模型等開發(fā)支持Android多元平臺(tái)、具備批量處理功能的APP。

4 結(jié)論與展望

(1)通過對(duì)曲線測(cè)設(shè)APP計(jì)算結(jié)果的對(duì)比以及案例分析，曲線測(cè)設(shè)APP的計(jì)算精度對(duì)于一般的工程項(xiàng)目是完全適用的，而且適用于安裝在任何一款A(yù)ndroid操作系統(tǒng)的手機(jī)或移動(dòng)設(shè)備上。曲線測(cè)設(shè)APP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)使復(fù)雜的曲線計(jì)算便捷化、簡(jiǎn)單化，提高野外作業(yè)的效率，為用戶提供了極大的方便。隨著Android操作系統(tǒng)在測(cè)繪領(lǐng)域越來越多的應(yīng)用，曲線測(cè)設(shè)APP將會(huì)以其搭載平臺(tái)廣泛，功能清晰，界面友好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)被人們所接受。

(2)基于Android的曲線測(cè)設(shè)APP可以進(jìn)一步與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，增加一些其他功能模塊，實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)上傳及返回，以達(dá)到遠(yuǎn)程掌控、處理、返回曲線測(cè)設(shè)數(shù)據(jù)的目的。同時(shí)，讓它可以與全站儀連通，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)互輸，動(dòng)態(tài)成圖，根據(jù)放樣數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)指導(dǎo)放樣等功能。相信在不久的將來會(huì)有更多具備現(xiàn)實(shí)意義和使用價(jià)值的測(cè)繪應(yīng)用軟件出現(xiàn)在Android這個(gè)新興的自由平臺(tái)上供廣大用戶使用。

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The Design and Implementation of Road Curve Layout APP

Zheng Guoping1，Wang Jianmin2

(1.Datong Institute of Surveying and Mapping，Datong 037006，China； 2.Taiyuan University of Technology，Taiyuan 030024，China)

Traditional curve software is not suitable for the increasingly prevalent Android operating system. The Android 2.2+ version was utilized as the development platform，designed the APP calculation software，and realized curve layout，coordinate transformation，Gauss direct and inverse solution，and plotted the curve diagram. The results show that the APP platform is widely used，the calculation precision is high，the operation is more convenient and friendly，and is easy to upgrade and maintain，which can meet demand of production and learning，achieve integration of office and field work，reduce operating procedure，and improve working efficiency and quality.

curve layout；android；APP；coordinate transformation；positive and negative gaussian projection operator

1672-8262(2017)02-140-05

P209

B

2016—07—18

鄭國平(1990—)，男，主要從事航空攝影測(cè)量及測(cè)繪數(shù)據(jù)處理工作。