精密水準數據實時處理系統設計與測試

李明軍

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

精密水準數據實時處理系統設計與測試

李明軍*

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251)

近些年，隨著無線傳輸技術和手機智能技術不斷發展，藍牙和Android系統被越來越多的人熟知，智能手機微系統的開發，逐步成為傳統技術變更的新潮流。結合藍牙技術和電子水準儀測量系統，將Java語言在Eclipse系統平臺開發編譯的apk可執行文件安裝到Andriod智能手機上，在精密水準測量技術中應用，以達到提效節支的目的，具有很重要的意義。

藍牙；Android系統；實時精密水準測量系統；WiFi

1 引 言

對于高速鐵路精密水準工作，尤其高鐵運營期CPⅢ高程測量、構筑物沉降監測等精密水準測量而言，受作業天窗時間限制，相較常規水準測量，更注重于相鄰CPⅢ點或監測點間往返測、原復測高差實時顯示和各項限差指標實時對比核實，是否滿足限差要求，有異?？杉皶r檢核避免再次返工，而當前電子水準儀在外業數據采集過程中是無法實現的。

本設計依托電子水準儀、藍牙適配器和智能手機為基本固件，利用藍牙技術和無線網絡傳輸技術，在Android系統上構建精密水準測量實時系統，可實現手機對精密水準測量數據采集的實時顯示，完成同相鄰測段間不同線路、作業或不同周期間數據對比分析、超限預警和成果遠程傳輸功能。

2 系統設計

本系統設計分為三個模塊：①電子水準儀無線傳輸模塊，此功能主要是實現電子水準儀的藍牙驅動功能，使電子水準儀的數據采集可直接由手機控制；②數據預處理模塊，此功能主要是將電子水準儀及外部獲取的數據分類梳理分析，形成過程數據，為將來數據分析和實時顯示功能，提供對比分析依據；③手機數據精密水準測量系統實時處理模塊：本功能主要是對已同步的精密水準測量數據現勢處理，實現相鄰監測點間原復測高或往返測不符值檢核，實時顯示采集的數據和測段間高差對比情況，并對超限參數預警分析。精密水準測量系統設計如圖1所示。

圖1 精密水準測量系統設計圖

3 系統關鍵技術

3.1 藍牙驅動

此項功能主要是根據需求，在手機APP程序中搜尋和連接電子水準儀的藍牙設備。設計的前提是電子水準儀外置藍牙適配器驅動程序的運行，其功能在智能手機APP程序中實現。當電子水準儀藍牙設備驅動程序正常運行后，則基于手機程序函數調用Andriod系統函數，實現對附近藍牙設備的搜尋功能，則附近的藍牙設備均會逐條出現在藍牙連接的界面，手機系統自帶的藍牙功能則會將電子水準儀連接上，是后續手機控制電子水準儀測量系統，實現手機實時顯示電子水準儀采集數據功能最關鍵的一個環節。

3.2 自動化識別技術

本系統主要采用的儀器設備是天寶和徠卡兩種，規范了數據采集記錄格式，僅通過藍牙連接識別功能，可兼容兩個廠家的電子水準儀數據，共同構建精密水準測量實時測量系統。本系統根據文件名自動區分采集線路格式數據和自編格式基準數據，匹配調用分析程序函數，讓精密水準測量在不同儀器，不同周期采集的往返測或原復測數據對比具有可行性和靈活性。

3.3 全新的界面設計

本系統根據水準測量步驟，將系統的界面分割成：藍牙連接、測量限差設置、水準路線相關參數設置和測量等四個界面。如圖2、圖3所示。

圖2 藍牙連接和水準測量限差的設置

圖3 水準路線相關參數設置和測量界面

3.4 自動匹配分析技術

本系統以線路對比數據為基準，對數據對比分析是否每一個相鄰監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對比進行了區分。當執行相鄰監測點段段匹配模式時，系統會根據基準數據，自動匹配當前測站點點名。用戶還可以根據外業實際測量情況，更改默認測站點點名為1號～199號數字，系統將自動匹配這些數字為測段轉點，將相鄰測段高差對比分析擴展至與此類轉點相鄰的非1號～199號數字的相鄰監測點間。而且轉點測量完成之后，系統將會根據基準數據自動匹配下一個監測點點名，無須人工輸入。當不執行監測點段段匹配模式，系統則會根據當前測量相鄰監測點段落自動匹配基準數據同名往、返測段高差進行對比分析，實現同名測段往、返測各項指標限差超限預警功能。

3.5 多功能數據傳輸技術

本系統傳承了傳統電子水準儀數據采集續接和數據線傳輸功能，同時也增加了數據WiFi遠程傳輸功能，它可以利用WiFi網絡在QQ、微信或郵箱等多平臺實現數據的傳輸，大大拓展了精密水準測量傳統數據傳輸的方法，方便了后期數據的匯總管理。

3.6 多用戶數據實時共享功能

結合手機的WiFi和藍牙功能，本系統可識別數據可以在不同用戶間實時傳輸，交互使用，彌補了傳統精密水準測量用戶間無法交流的技術短板。

4 系統測試

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

(1)原始數據采集準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據，以保證數據獲取的無縫性。同時以限差為基準，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確性。

(2)不同測量順序模式下，數據處理函數運算準確性對比

同等的觀測條件下，分別在“aBFFB”、“BFFB”和“BBFF”順序模式下，采用參考數據直接對比檢核數據記錄的有效性和準確性，同時在不斷增加轉點的情況下，間接的利用基準數據與相鄰監測點間往返、原復測進行對比分析，檢驗本系統數據處理函數運算的準確性。

(3)藍牙連接中斷或測量干擾中斷，繼續測量程序銜接的準確性

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，繼續測量，結合對比數據，分析數據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，分別以測段原始數據和原始數據整理的自編格式數據為對比數據參考依據，靈活匹配四個固定點為轉點，增加數據觀測過程中測段間測站數的不對稱性的同時，不斷模擬較差超限的各種情況，檢驗當前模式下程序內核數據分析的完整性和報警功能的完備性。

(5)非測段匹配狀態下，同測段往返測、原復測限差對比分析及報警機制

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

5 結 語

隨著高鐵事業的不斷發展，高鐵測量技術日趨完善，為保證高鐵運行的平順性和安全性，精密測量技術在高鐵勘測設計和運營維護等階段的作用越來越重要。本系統集成手機Android系統、藍牙技術和電子水準儀測量系統為一體，以實時測量顯示為目的，外業勘測過程實時預警提醒為手段，便捷的數據傳輸和匯總功能為特色，增加了精密水準測量外業數據采集的準確性，可減少了外業重測或返工的次數，從而達到節支增產的目的。

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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中的應用。

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