基于BLE4.0的智能靠尺測(cè)量方法與實(shí)現(xiàn)

楊顯 王志偉

摘 要：針對(duì)工程項(xiàng)目使用靠尺測(cè)量存在數(shù)據(jù)填寫(xiě)易出錯(cuò)，數(shù)據(jù)可能被篡改、難以保存和追溯的問(wèn)題，提出了一種利用BLE4.0，將智能靠尺測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙通信傳遞給移動(dòng)終端后再上傳至云端服務(wù)器的解決方案，最終達(dá)到數(shù)據(jù)防篡改、流程化測(cè)量的目的，提高了測(cè)量工作準(zhǔn)確性和效率，該方案已在“輕筑”項(xiàng)目中推廣使用。

關(guān)鍵詞：實(shí)測(cè)實(shí)量;智能靠尺;智慧工地;藍(lán)牙

中圖分類(lèi)號(hào)：TH711 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）30-0012-03

Abstract： Aiming at the problems of data filling error， data tampering， saving and tracing difficulty in use of ruler measurement in engineering projects， a method by using BLE4.0 was proposed to transfer the data measured by Smart ruler to the mobile terminal through Bluetooth communication， and upload it to the cloud server， which can achieve the purpose of data temper-proof and process measurement. Meanwhile， it can improve the accuracy and efficiency of measurement work. This method has been widely used in the Qingzhu project.

Keywords： actual measurement; smart ruler; smart construction site; bluetooth

1 引言

信息化是國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中強(qiáng)調(diào)在建筑行業(yè)中，信息化是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提質(zhì)增效的必然要求，提出將增強(qiáng)信息技術(shù)集成應(yīng)用能力、取得數(shù)字化突破性進(jìn)展、提升數(shù)據(jù)資源利用水平和信息服務(wù)能力作為發(fā)展目標(biāo)[1-3]。因此，打造“智慧工地”[4]，更新改造傳統(tǒng)建造方法[5]，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)[6]，對(duì)建筑行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。為滿(mǎn)足智慧工地中質(zhì)量過(guò)程管理需要，項(xiàng)目參與方會(huì)形成一套完善并契合自身實(shí)際需求的實(shí)測(cè)實(shí)量規(guī)則要求。

實(shí)測(cè)實(shí)量是指應(yīng)用測(cè)量工具，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、丈量而得到的能真實(shí)反映產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的一種方法[7-9]。涉及的項(xiàng)目發(fā)展階段主要有主體結(jié)構(gòu)階段、砌筑階段、抹灰階段和精裝修階段，測(cè)量的范圍涵蓋混凝土結(jié)構(gòu)、砌筑工程、抹灰工程等內(nèi)容，指標(biāo)分為表面平整度/垂直度、水平度、開(kāi)間、進(jìn)深等。傳統(tǒng)的測(cè)量方法依靠純手工作業(yè)，填寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)不但容易出錯(cuò)、容易造假，而且停留在紙面上易丟失導(dǎo)致難以追溯，不能形成直觀的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生價(jià)值。因此，如何規(guī)范實(shí)測(cè)實(shí)量過(guò)程中的流程和操作方法[10]，消除人為因素引起的數(shù)據(jù)篡改和偏差來(lái)提高工作效率和管控水平，成為亟待解決的問(wèn)題。本文提出了一種利用智能靠尺進(jìn)行數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)發(fā)送—數(shù)據(jù)上傳的方法，人力成本從2人降為1人，單人操作在3 s內(nèi)測(cè)量一個(gè)點(diǎn)位，合理高效地解決了上述問(wèn)題。

2 智能靠尺總體架構(gòu)

智能靠尺是智慧工地的核心工具之一[11，12]，其外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括1 m/2 m尺長(zhǎng)切換鍵、HOLD發(fā)送鍵、測(cè)量類(lèi)型切換鍵和電源鍵4個(gè)功能操作按鍵。智能靠尺為可展式結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際測(cè)量需要進(jìn)行尺長(zhǎng)選擇;啟動(dòng)電源后，可在垂直度/平整度與坡度之間進(jìn)行測(cè)量類(lèi)型選擇;測(cè)量出數(shù)據(jù)后用HOLD鍵進(jìn)行鎖定并向移動(dòng)終端發(fā)送數(shù)據(jù)。

智能靠尺由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分包括傳感器模塊、MCU和藍(lán)牙控制模塊;軟件部分由移動(dòng)終端（Android/iOS）組成。與傳統(tǒng)藍(lán)牙通信對(duì)比，BLE4.0具備低功耗、低成本、向下兼容和跨廠商的先天優(yōu)勢(shì)，且具備啟動(dòng)快、高可靠性特點(diǎn)，因此在硬件和軟件之間的通信采用該技術(shù)。測(cè)量時(shí)，通過(guò)平整度/垂直度、坡度的傳感器獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，接著將數(shù)據(jù)經(jīng)MCU處理傳送至藍(lán)牙控制模塊，然后數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙控制模塊傳送給移動(dòng)端，最后移動(dòng)端將數(shù)據(jù)格式化后上傳至云端服務(wù)器，功能架構(gòu)如圖2所示。智能靠尺主要由測(cè)量功能單元組成，包括傳感器模塊、MCU、藍(lán)牙控制模塊。移動(dòng)終端負(fù)責(zé)藍(lán)牙的打開(kāi)與關(guān)閉，把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和解析后，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上傳至云端服務(wù)器，同時(shí)根據(jù)需要把存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在前端呈現(xiàn)測(cè)量結(jié)果。圖3展示了智能靠尺測(cè)量時(shí)實(shí)體之間的數(shù)據(jù)流向。

3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

碧得BDE-BLEM201是基于TI CC2541芯片設(shè)計(jì)的兼容BLE4.0低功率模塊，開(kāi)發(fā)者無(wú)須了解協(xié)議內(nèi)容，直接使用類(lèi)似串口通信方式開(kāi)發(fā)支持低功率藍(lán)牙通信的智能產(chǎn)品，4節(jié)5號(hào)電池可支持使用數(shù)月時(shí)間。本文將該透?jìng)髂K集成應(yīng)用到智能靠尺的測(cè)量功能單元中，透?jìng)髂K把來(lái)自MCU串口接收到的傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)信道透?jìng)鹘o移動(dòng)終端。

使用中，先將BDE-BLEM201透?jìng)髂K配置為從設(shè)備，移動(dòng)終端作為主設(shè)備，按照說(shuō)明對(duì)透?jìng)髂K對(duì)參數(shù)配置，包括串口配置、模塊名字、模塊角色、模塊狀態(tài)、廣播間隔、發(fā)射功率等[13]。在透?jìng)髂K與移動(dòng)終端成功建立連接后即可開(kāi)始雙向的數(shù)據(jù)透名傳輸。

操作時(shí)，測(cè)量人員把移動(dòng)終端貼附在智能靠尺上。操作交互的時(shí)序如圖4所示，具體交互步驟如下：

步驟1：初始化智能靠尺。

啟動(dòng)電源后，選擇1 m或2 m的尺長(zhǎng)，然后確認(rèn)測(cè)量類(lèi)型：垂直度/平整度或坡度。

步驟2：初始化移動(dòng)終端應(yīng)用。

移動(dòng)端采用H5與原生頁(yè)面混合開(kāi)發(fā)的方式，靈活高效地實(shí)現(xiàn)了H5與原生應(yīng)用的協(xié)作與交互，保證數(shù)據(jù)的傳遞與完整。

①確保移動(dòng)終端藍(lán)牙打開(kāi)，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好的情況下啟動(dòng)APP進(jìn)入到實(shí)測(cè)實(shí)量模塊，獲取移動(dòng)終端對(duì)藍(lán)牙功能使用的授權(quán)。

②選擇測(cè)量的樓棟及樓層，并在對(duì)應(yīng)的平面圖上點(diǎn)擊位置進(jìn)行測(cè)量點(diǎn)位的新增，最后選擇檢查項(xiàng)和檢查指標(biāo)。其中，檢查項(xiàng)包括混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、抹灰工程等11項(xiàng)，測(cè)量指標(biāo)主要包括垂直度/平整度、坡度。

③選擇測(cè)量錄入模式。提供手動(dòng)和藍(lán)牙兩種錄入模式，錄入模式由后端控制，手動(dòng)錄入是以防異常情況發(fā)生。當(dāng)用戶(hù)不能使用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集填充時(shí)，應(yīng)手動(dòng)填寫(xiě)數(shù)據(jù)。

步驟3：建立藍(lán)牙連接。

移動(dòng)終端掃描設(shè)備，識(shí)別出智能靠尺后建立與移動(dòng)終端的藍(lán)牙連接，同時(shí)停止設(shè)備掃描。給予用戶(hù)連接建立成功提示后，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)進(jìn)入數(shù)據(jù)錄入頁(yè)面。

步驟4：測(cè)量數(shù)據(jù)。

靠尺測(cè)量完數(shù)據(jù)點(diǎn)擊HOLD 按鍵進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。由于同一條數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)會(huì)重復(fù)發(fā)送多次，移動(dòng)終端強(qiáng)制2 s內(nèi)對(duì)相同的數(shù)據(jù)不進(jìn)行重復(fù)處理。數(shù)據(jù)正則校驗(yàn)匹配成功后，自動(dòng)填充在移動(dòng)終端展示給用戶(hù)。

步驟5：錄入數(shù)據(jù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)滿(mǎn)足規(guī)定的條數(shù)后，用戶(hù)通過(guò)移動(dòng)終端調(diào)用接口將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器，上傳成功并給予用戶(hù)提示。

4 分析及結(jié)果

以本文在15個(gè)工程項(xiàng)目推廣使用的智能靠尺測(cè)量為實(shí)例進(jìn)行分析，表1統(tǒng)計(jì)出5個(gè)代表性項(xiàng)目及其使用的靠尺數(shù)量、抽樣測(cè)量點(diǎn)位數(shù)、爆點(diǎn)數(shù)。通過(guò)測(cè)量人員回訪(fǎng)得知：一個(gè)測(cè)量點(diǎn)位從以前的2人下降至1人，測(cè)量時(shí)間從5 s左右下降到3 s左右，效率提高近40%，該測(cè)量方法已在“輕筑”APP中上線(xiàn)并推廣使用。

以上測(cè)量方法能有效防止用戶(hù)篡改數(shù)據(jù)，在測(cè)量出錯(cuò)率下降的同時(shí)測(cè)量效率得到大幅提升，獲得建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方的好評(píng)。同時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端服務(wù)器后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中存在的問(wèn)題可以進(jìn)行追溯和分析，便于工程管控。

5 結(jié)論

本文針對(duì)智慧工地實(shí)測(cè)實(shí)量工作中存在的缺陷與不足，提出了一種利用藍(lán)牙通信對(duì)靠尺測(cè)量到的數(shù)據(jù)傳遞給移動(dòng)終端再上傳至云端服務(wù)器的高效方法和流程，有效地解決了工地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)可能被篡改、填寫(xiě)易錯(cuò)、不易保存、難追溯的問(wèn)題。如何把測(cè)量設(shè)備與移動(dòng)終端結(jié)合并集成更多的測(cè)量維度和方法，是下一步的工作重點(diǎn)。

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