Android平臺下的水準測量電子手簿在實踐教學中的應用

袁德寶，楊春宇，陳耀輝,蔣金豹，孫文彬

(1. 中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京 100083； 2. 北京市地質(zhì)工程設計研究院，北京 101500)

Android平臺下的水準測量電子手簿在實踐教學中的應用

袁德寶1，楊春宇2，陳耀輝1,蔣金豹1，孫文彬1

(1. 中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京 100083； 2. 北京市地質(zhì)工程設計研究院，北京 101500)

在傳統(tǒng)的水準測量實踐教學中，使用記錄紙記錄并計算水準數(shù)據(jù)具有很強的局限性，并且易出錯，將電子手簿應用于水準測量的實踐教學便可打破這一瓶頸。本文通過研究四等水準測量規(guī)范與要求，設計出了使用Java語言開發(fā)的電子手簿，可方便地在手機移動端及平板電腦上使用，極大地提高了測量效率，并減小了觀測過程中計算出錯的問題；最后以某礦區(qū)的水準測量數(shù)據(jù)驗證了該電子手簿的良好效果。

水準測量；實踐教學；Android；電子手簿

測量技術(shù)自發(fā)展以來經(jīng)歷了多次革命，由之前的手工測量發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字化測繪，勞動強度的降低很大程度上歸功于科技的發(fā)展?，F(xiàn)階段測繪高校在進行水準測量實習時，絕大多數(shù)采用的是傳統(tǒng)的光學水準儀和水準記錄紙，在紙質(zhì)版的記錄手簿上進行觀測數(shù)據(jù)的記錄和計算。這種方法在一定程度上雖然可以提高學生對于觀測限差的掌握，但其觀測效率卻非常低下，有時臨結(jié)束時發(fā)現(xiàn)最開始的某一站記錄和計算錯誤，導致整個測量過程作廢從而打擊了學生的自信心。本文擬在移動手機上設計可以記錄和計算水準觀測數(shù)據(jù)的電子手簿，以適應測繪發(fā)展及學生的需求。

1 系統(tǒng)的設計

1.1 執(zhí)行標準與原則

執(zhí)行標準為《城市測量規(guī)范》(CJJ/T 8—2011)、《國家三、四等水準測量規(guī)范》(GB/T 12898—2009)；設計原則為：程序設計過程中要嚴格依照規(guī)范的各項要求，各等級測量要對應各等級規(guī)范要求，不得越級或降級設計。

1.2 測量程序設計

在實際的水準測量工程和實踐教學中，最常用的是三、四等水準測量，以及等外水準這幾個等級的測量，有些精密工程需要一等或二等的水準測量。本文基于Android平臺開發(fā)的電子手簿主要以四等水準測量為例進行說明，內(nèi)容包括：項目名稱錄入、觀測日期錄入、測站號錄入、限差信息錄入、觀測數(shù)據(jù)正確性檢核、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)輸出等。測量程序流程如圖1所示。

2 系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由兩部分組成，分別是外業(yè)記錄的APP和內(nèi)業(yè)處理系統(tǒng)。外業(yè)測量記錄APP是以Android Studio為開發(fā)平臺，使用Java語言開發(fā)實現(xiàn)的。Android Studio是一個Android開發(fā)環(huán)境，基于IntelliJIDEA，提供了集成的Android開發(fā)工具，用于程序開發(fā)和調(diào)試。內(nèi)業(yè)處理系統(tǒng)是基于Visual Studio平臺、以C++語言為開發(fā)工具編譯的。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 程序流程

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

2.2.1 觀測數(shù)據(jù)記錄

系統(tǒng)主界面如圖3所示，系統(tǒng)以獨立文件的形式存儲單個項目水準數(shù)據(jù)。進入系統(tǒng)后首先新建工程，即在系統(tǒng)中添加存儲數(shù)據(jù)的TXT文件。系統(tǒng)界面提供了后尺(上半部分)和前尺(下半部分)觀測數(shù)據(jù)的記錄區(qū)域。

圖3 系統(tǒng)主界面

2.2.2 測量誤差的自動計算

誤差的自動計算與檢核是軟件要解決的主要問題。筆者根據(jù)誤差的計算公式編制了相應程序，實現(xiàn)了各誤差的實時計算，若超出相應誤差的規(guī)定范圍，則系統(tǒng)會彈出警告提示，如圖4所示。

圖4 誤差超限提示

2.2.3 誤差限差的設置

點擊主界面右上角“CONFIG”按鈕，進入系統(tǒng)限差管理界面，如圖5所示，左圖為當前執(zhí)行的限差標準。限差管理采用下拉菜單的形式提供了3種不同的選擇，若選擇三等、四等水準測量，則限差采用標準限差執(zhí)行，且各項限差數(shù)值不可編輯，若需自定義，則菜單下各限差值取消只讀屬性，供錄入人員編輯。

圖5 限差管理界面

2.2.4 觀測數(shù)據(jù)處理

在Android系統(tǒng)文件中，數(shù)據(jù)記錄以TXT形式保存，導出后可以查看該工程下所有記錄，如圖6所示。數(shù)據(jù)列從左向右依次為測站編號，后尺黑面上絲、黑面中絲、黑面下絲，后尺紅面中絲，前尺黑面上絲、黑面中絲、黑面下絲，前尺紅面中絲。

用于配合手機APP使用的水準測量數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)處理軟件主界面如圖7所示。只需將圖6的數(shù)據(jù)記錄文件通過導入“IN”、計算“execute”、導出“OUT”3個步驟便可實現(xiàn)所有測站數(shù)據(jù)的平差計算、高程計算，計算結(jié)果如圖8所示。從左向右數(shù)據(jù)列依次為測站編號、后視距離、前視距離、總視距、平差后的高差。文件下方列出了總測站數(shù)、總視距和導線閉合差等參數(shù)，供記錄人員檢核。

圖6 數(shù)據(jù)記錄

圖7 水準數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)界面

圖8 水準數(shù)據(jù)處理結(jié)果

3 結(jié) 語

經(jīng)過測繪專業(yè)與非測繪專業(yè)學生的使用，證明了該系統(tǒng)操作簡便，通俗易懂，在實踐教學中得到了成功的應用。并且在云駕嶺礦區(qū)沉陷監(jiān)測中的實踐表明，在該系統(tǒng)支持下進行水準測量的記錄與計算大大減輕了測量人員的工作量和壓力。

依照設計該水準電子手簿的思想， 還可以設計

出適合導線測量的電子手簿，使測繪教學更加智能化與數(shù)字化，從而提高測繪專業(yè)實踐教學的水平。

[1] 周奕君,童小華. 基于掌上電腦(PDA)的水準測量電子手簿研究與關鍵技術(shù)開發(fā)[J]. 測繪與空間地理信息,2008,31(1):17- 20，28.

[2] 臧立娟,李俊,張元元. 水準測量電子手簿設計與實現(xiàn)[J]. 實驗室科學,2012,15(5):56- 58，62.

[3] 羅海濱,趙顯富. 電子手簿在水準測量實踐教學中的應用研究[J]. 測繪科學,2012,37(6):187- 188.

[4] 韓志國,林淑冰,王海清. 基于VS2008的PDA水準手簿程序開發(fā)[J]. 價值工程,2012,31(36):172- 173.

[5] 謝文軍. 基于PDA的四等水準測量電子手簿系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J]. 測繪與空間地理信息,2013,36(6):191- 193.

[6] 李傳華,賈虎軍. 基于手機平臺的水準測量系統(tǒng)開發(fā)[J]. 測繪通報,2013(10):112- 114.

[7] 米煒雄. 線路水準測量電子手簿的開發(fā)[J]. 桂林工學院學報,2005,25(2):176- 177.

[8] 王凱,張衛(wèi)民,趙立謙. 基于Android平臺的四等水準測量電子手簿的設計與實現(xiàn)[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版),2014(3):352- 355.

[9] 史先琳,張博,楊武年. 一種Android智能移動終端的水準測量系統(tǒng)實現(xiàn)[J]. 測繪科學,2014,39(8):167- 170.

[10] 林淑冰,王志鵬,王海清. 基于PDA的水準電子手簿系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 西北地震學報,2009,31(3):308- 310.

[11] 樊功瑜.誤差理論及測量平差[M].上海:同濟大學出版社, 1998.

[12] 姜慶峰，程喆，盧群.基于PDA的水準測量電子記簿軟件設計與實現(xiàn)[J]. 測繪技術(shù)裝備，2016(3):90- 92.

[13] 劉俊清，李克，郭鋒，等.利用掌上電腦開發(fā)水準測量記簿軟件[J].東北地震研究，2006，22(2)：52- 55.

[14] 尤寶平，張立華，劉雁春.基于Windows CE水準測量應用軟件的設計與實現(xiàn)[J].海洋測繪，2005，25(5)：34- 36.

[15] 趙健.Android系統(tǒng)下的三、四等水準記錄軟件開發(fā)[J].勘察與測量，2016，30(1)：33- 35.

Application of Leveling Electric Handbook on Android for Practical Teaching

YUAN Debao1，YANG Chunyu2,CHEN Yaohui1,JIANG Jinbao1,SUN Wenbin1

(1. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing, Beijing 100083，China;2. Beijing Institute of Geological Engineering, Beijing 101500, China)

In traditional leveling survey, we usually use the traditional paper to record and calculate data. But it is easy to get wrong and has major limitations. The practice of applying electronic handbook to leveling teaching can break the bottleneck. The paper shows how we designed the electronic handbook using Java language by studying the leveling requirements. The electronic handbook can be easily used on the mobile end and tablet PC. By this way, the measurement efficiency improved greatly and reduced the calculation error in the process of observation. Finally, we took a mining area of leveling data to prove its effect.

leveling；practical teaching；android；electric handbook

2016- 07- 12

中國礦業(yè)大學(北京)課程建設與教學改革項目(J160212；J160214；J160215) 作者簡介： 袁德寶(1976—)，男，博士，副教授，主要從事GPS衛(wèi)星定位與導航方面的教學與研究工作。E- mail：yuandb@cumtb.edu.cn

袁德寶，楊春宇，陳耀輝,等.Android平臺下的水準測量電子手簿在實踐教學中的應用[J].測繪通報，2017(3)：130- 132.

10.13474/j.cnki.11- 2246.2017.0102.

P208;G64

A

0494- 0911(2017)03- 0130- 03