基于Android系统的物探测量手簿放样软件设计与实现

韩善锋,曹凤海,刘潇,宋占武,甄建光

(东方地球物理公司,河北 涿州 072750)



基于Android系统的物探测量手簿放样软件设计与实现

韩善锋,曹凤海,刘潇,宋占武,甄建光

(东方地球物理公司,河北 涿州 072750)

本文从嵌入式操作系统的发展和石油物探测量的需求出发,在Android平台上设计并实现了基于Android系统的物探测量手簿放样软件。该软件已能替代商业GNSS接收机手持终端采集软件,完全能满足野外物探测量作业的需要。在Android手机普及的情况下,野外测量无需再专门购置设备,使用成本和维护成本大大降低。

Android;GNSS;物探测量手簿放样软件

0 引 言

常见的通用型嵌入式操作系统主要有windows mobile(CE) 系统、Linux系统和VXWorks系统等。但是,单片机功能单一,几乎无扩展性,无法支撑第三方软件;Linux则开发难度较大;而windows mobile(CE)操作性、交互性不高且系统成本较高。Android操作系统是基于Linux 研发的目前最为火热的手持设备嵌入式操作系统,它不仅仅是一个手机系统,更是一整套包含硬件的解决方案,选择该系统,也就意味着选择了丰富的硬件产品及丰富的研发资源[1]。目前,在物探生产中应用的手持设备操作系统均为windows mobile系统,而微软公司于2010年10月已经终止对该系统的所有技术支持。

在物探测量生产中应用的GNSS数据采集软件有Trimble公司的RTK软件、Leica公司的RTK软件、Ashtech公司的RTK软件。上述三个测量数据采集软件在功能上已经比较完善,它们都能完成测量外业数据的采集的大部分工作,但是它们都有一定程度的不足,它们只能使用自己公司的GNSS接收机或者全站仪设备,不支持第三方硬件设备。另我外，这些公司的RTK测量软件没有物探施工常用的物理点变观、SPS网格放样等功能。基于以上，我们开发一款Android版物探测量手簿放样软件以满足生产需求。

1 物探测量手簿放样软件系统设计

1.1 物探测量手簿放样软件规划设计

本系统的实现思路是在Android智能手机上开发物探测量手簿放样软件,运行该程序后,物探测量手簿放样软件可以连接Android智能手机的GPS模块,应用于车辆或者人员导航。同时,物探测量手簿放样软件还可以通过蓝牙模块连接GNSS接收机,实时接收GNSS观测数据,进行RTK测量作业时。应用网络差分模式进行RTK作业时,物探测量手簿放样软件通过Android手机的GPRS模块连接网络差分数据服务器,实时获取网络GNSS差分数据,并通过蓝牙模块实时将差分数据发送给GNSS接收机,实现网络RTK作业。

如图1所示,基于Android系统的物探测量手簿放样软件架构图。

1.2 系统功能模块设计

本文的目标是针对GNSS在石油物探测量方面的应用来设计基于Android系统的物探测量手簿放样软件。该软件设计主要围绕下列几项用户需求展开:物理点的测量放样,测量成果数据存储、检查、显示与更新,GNSS接收机的设置等需求。因此基于Android系统的物探测量手簿放样软件主要功能模块可以划分为:项目管理模块、数据管理模块、物探测量放样模块、质量控制检查模块、系统设置、常用测量工具。如图2所示,基于Android系统的物探测量手簿放样软件主界面。

2 物探测量手簿放样功能实现

2.1 项目管理功能

物探测量手簿放样软件对不同任务的数据实行项目管理,通过项目管理功能完成对测量设计数据、测量成果、控制点成果等数据的管理。通过项目间的切换,可以实现不同测量任务间的切换。不同项目的测量数据存放在不同的数据库文件中,可以确保数据的安全。

2.2 数据管理功能

数据管理功能模块主要是对当前项目中的设计数据、测量成果数据、控制点数据进行组织与管理。

2.3 系统设置功能

系统设置模块主要包括对坐标系统设置、观测质量设置、流动站设置、基准站设置、天线设置以及接收机复位。

物探测量手簿放样软件的坐标系统数据与SSOFFICE软件的坐标系统数据完全兼容。观测质量设置可以实现物理点偏移放样、历元采集过程中进行质量控制。天线设置是对物探测量手簿放样软件中的GNSS天线数据库进行组织与管理。天线数据库中包括了东方公司内部常用的GNSS接收机的GNSS天线的几何参数和几何形状等信息。

2.4 物探测量放样功能

1) 静态测量功能

静态测量功能模块可以实现地震勘探静态采集功能,主要用于建立地震勘探项目工区的控制网。

在山地、林区等复杂地理环境施工项目中,无法进行RTK作业时,可以应用静态测量功能实现快速静态观测。在进行GNSS静态测量时,GNSS接收机的天线在整个观测过程中应该是静止的。物体测量手簿放样软件可以对静态测量时的接收机天线相位中心进行监控,当相位中心漂移超出一定范围后就会发出警告提示。

2) RTK测量放样功能

① RTK测量放样功能模块能够实现地震勘探野外物理点测量放样的功能;

② 启动测量放样功能时,物探测量手簿放样软件会自动加载工区地图、导航点数据以及实测数据,如图3所示。工区地图可以根据工区矢量图和地物要素踏勘的结果进行及时更新;操作人员可以根据目标点、工区地图的实时显示,及时了解当前位置、行进方位和周边相关环境;

图3 RTK导航放样界面

3) 测量放样质量状态栏内通过颜色的显示,实现观测质量提示功能。卫星观测质量差或者GNSS状态发生变化时均会发出报警提示,以便及时复测物理点,保证其定位精度。物理点放样测量在允许范围内进行声音提示,操作人员可以根据物理点放样采集的需要对地图上的导航点数据进行加载、更新;

4) 物探测量手簿放样软件支持的RTK测量作业模式包括: 内置电台模式、外置电台或者蓝牙电台模式、基于无线网络的单基站模式、CORS模式;

5) 物探测量手簿放样软件支持SPS网格放样功能,通过设置地震项目的起算点坐标以及地震勘探项目的网格参数,物探测量手簿放样软件就会根据当前位置坐标,自动实时计算出当前位置的SPS网格桩号;

6) 在物探测量手簿放样软件的测量放样模块中,支持多媒体数据的一体化采集功能,可以将实地照片、地形图片与录音一体化采集、管理和应用,见图4所示；

图4 物理点采集界面

7) 物探测量手簿放样软件支持在线语音识别功能。

2.5 质量控制检查功能

质量控制是物探测量工作中极其重要一个的环节。为了提高物探测量质量,物探测量手簿放样软件把质量控制手段进一步前移,使其在物探测量的过程中对观测质量进行实时控制。

在实施物理点测量过程中,物探测量手簿放样软件会根据质量控制中的参数设置情况进行控制测量精度;对于超限偏移数据会给予警告提示;对于超精度的历元数据会给予剔除,不参与坐标平差处理。

同时,物探测量手簿放样软件能够对项目中的测量成果进行按条件检查,包括偏移检查、观测质量检查、空点检查以及复测检查等。及时发现不合格或者超限数据以便及时返工,降低事后返工的几率。

2.6 常用测量工具

常用物探测量工具模块主要包括:数据无线上传下载、坐标几何、WGS84坐标与当地椭球坐标的转换、交点计算、桩号计算、坐标计算、GNSS原始数据等常用工具。

1) 在无线上传下载的工具中,可以实现点对点测量成果数据无线传输,实现数据无线上下装,自动管理,提高效率;

2) 在坐标转换的工具中,可以实现在WGS84坐标和地方坐标之间进行转换;

3) 在地震勘探项目的桩号坐标计算中根据地震勘探点名与点位的关系,输入任一个点名,物探测量手簿放样软件就会计算出该点的网格坐标;

4) 桩号计算时,根据地震勘探点名与点位的关系,输入任意平面坐标软件就会计算出该点的点号。

3 物探测量手簿放样软件实现及测试结果

本系统是在Java Development Kit(JDK)v7.0,Android SDK3.2以上,在Eclipse集成开发环境中开发实现的。本系统的功能已经基本实现,并初步通过了测试。

测试采用Sony L36h 的Android智能手机加载本系统程序,TSC3测量手簿运行Trimble Access测量软件,GNSS接收机应用Trimble R7接收机,在涿州市某小区内进行RTK测量定位对比测试,其 RTK测量作业模式采用CORS方式。RTK测试中,假定Trimble Access测量软件测量定位的结果的平均值作为真值,物探测量手簿放样软件采集的结果与真值进行对比分析,定位结果如图5所示。

图5 RTK测量定位分析结果

从定位结果中,可以看出物探测量手簿放样软件测量得到的北坐标和东坐标与真值非常接近,而大地高与真值之间存在一个系统差,其中北坐标定位中误差为0.004 8 m,东坐标定位中误差为0.002 5 m,大地高的定位中误差为0.044 1 m.物探测量手簿放样软件和Trimble Access软件测量得到的大地高存在一个系统差是因为两个软件设置的天线高量取方式存在着差异,Trimble Access设置的天线高为量取到相位中心高度0.0 m,而物探测量手簿放样软件是量取到天线座底部高度0.0 m,而从天线座底部到相位中心的改正值为0.046 0 m. 如果在定位结果中消除因天线高量取方式造成系统差影响,大地高的定位精度也是毫米级。

4 在物探生产中的应用

据统计,在中国境内,目前基于Android的物探测量手簿放样软件配合测量服务中心自主研发的GeoNavA系列接收机参与了西南、西北、华北、东北等地域物探生产,累计使用259套次。实践证明,基于Android的物探测量手簿放样软件是针对物探施工设计,其数据采集、质控、现场偏移等功能齐全,与内业处理软件无缝兼容,实现了内外业采集处理一体化。

5 结束语

本文是针对Android系统设计并实现了基于Android系统的物探测量手簿放样系统。在分析野外物探测量需求的基础上,对系统的功能模块进行了划分;在系统的功能实现中,着重讨论了物探测量放样功能。最后对本系统与商业手簿放样软件进行了测量对比,测试结果表明,该系统已能替代商业手持终端,完全能满足野外物探测量作业的需要,在Android手机普及的情况下,野外测量无需再专门购置设备,使用成本大大降低,且携带方便,可随时进行野外作业[3]。

本系统下一步计划要扩展的功能是:

Android是一个多功能平台,对网络等技术都有很好的支持[4]。基于Android的物探测量手簿放样软件可以进一步与网络相结合,实现内外业之间更加方便和快捷的双向数据共享,减少往返于内业和外业之间的时间,进一步缩短测量工作周期。

[1] 郭蕊.基于Android平台的GPS定位系统的设计与实现[J].北京工业职业技术学院学报,2012,11(2):54-58.

[2] 韩善锋,曹凤海,宋占武.物探测量手簿放样软件SSField在生产中的应用[J].物探装备,2015,25(3):190-193.

[3] 秦超,姜良君,蔡永香.基于Android的移动终端GPS测量系统的设计与开发[J].城市勘测,2011,2(1):64-68.

[4] 公磊,周聪.基于Android的GPS测量系统开发[D].江西:南昌大学,2008:1-14.

Design and Implementation of the Geophysical Survey Software Based on Android

HAN Shanfeng,CAO Fenghai,LIU Xiao,SONG Zhanwu,ZHEN Jianguang

(BGPINC.,ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou072750,China)

This article from the development of embedded operating system and the geophysical prospecting needs, design and Realization of software of the geophysical measurement system based on Android platform. The software has been able to replace the commercial GNSS receiver terminal acquisition software, can fully meet the requirement of field work in geophysical measurement. In the case of Android mobile phone penetration, field measurements without the need to purchase equipment, the use of cost and maintenance costs significantly reduced. This paper introduces the main functions of the geophysical survey software based on Android.

Android; GNSS; the geophysical survey software

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.02.017

2016-08-15

P228.4

A

1008-9268(2017)02-0074-05

韩善锋 (1983-),男,工程师,现主要从事嵌入式测量软件开发工作。

曹凤海 (1975-),男,高级工程师,现主要从事GNSS定位技术开发研究等工作。

刘潇 (1975-),女,工程师,现主要从事GNSS定位技术研究及应用。

联系人: 韩善峰E-mail: hanshanfeng_112@foxmail.com