精密水准数据实时处理系统设计与测试

李明军

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

精密水准数据实时处理系统设计与测试

李明军*

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300251)

近些年，随着无线传输技术和手机智能技术不断发展，蓝牙和Android系统被越来越多的人熟知，智能手机微系统的开发，逐步成为传统技术变更的新潮流。结合蓝牙技术和电子水准仪测量系统，将Java语言在Eclipse系统平台开发编译的apk可执行文件安装到Andriod智能手机上，在精密水准测量技术中应用，以达到提效节支的目的，具有很重要的意义。

蓝牙；Android系统；实时精密水准测量系统；WiFi

1 引 言

对于高速铁路精密水准工作，尤其高铁运营期CPⅢ高程测量、构筑物沉降监测等精密水准测量而言，受作业天窗时间限制，相较常规水准测量，更注重于相邻CPⅢ点或监测点间往返测、原复测高差实时显示和各项限差指标实时对比核实，是否满足限差要求，有异常可及时检核避免再次返工，而当前电子水准仪在外业数据采集过程中是无法实现的。

本设计依托电子水准仪、蓝牙适配器和智能手机为基本固件，利用蓝牙技术和无线网络传输技术，在Android系统上构建精密水准测量实时系统，可实现手机对精密水准测量数据采集的实时显示，完成同相邻测段间不同线路、作业或不同周期间数据对比分析、超限预警和成果远程传输功能。

2 系统设计

本系统设计分为三个模块：①电子水准仪无线传输模块，此功能主要是实现电子水准仪的蓝牙驱动功能，使电子水准仪的数据采集可直接由手机控制；②数据预处理模块，此功能主要是将电子水准仪及外部获取的数据分类梳理分析，形成过程数据，为将来数据分析和实时显示功能，提供对比分析依据；③手机数据精密水准测量系统实时处理模块：本功能主要是对已同步的精密水准测量数据现势处理，实现相邻监测点间原复测高或往返测不符值检核，实时显示采集的数据和测段间高差对比情况，并对超限参数预警分析。精密水准测量系统设计如图1所示。

图1 精密水准测量系统设计图

3 系统关键技术

3.1 蓝牙驱动

此项功能主要是根据需求，在手机APP程序中搜寻和连接电子水准仪的蓝牙设备。设计的前提是电子水准仪外置蓝牙适配器驱动程序的运行，其功能在智能手机APP程序中实现。当电子水准仪蓝牙设备驱动程序正常运行后，则基于手机程序函数调用Andriod系统函数，实现对附近蓝牙设备的搜寻功能，则附近的蓝牙设备均会逐条出现在蓝牙连接的界面，手机系统自带的蓝牙功能则会将电子水准仪连接上，是后续手机控制电子水准仪测量系统，实现手机实时显示电子水准仪采集数据功能最关键的一个环节。

3.2 自动化识别技术

本系统主要采用的仪器设备是天宝和徕卡两种，规范了数据采集记录格式，仅通过蓝牙连接识别功能，可兼容两个厂家的电子水准仪数据，共同构建精密水准测量实时测量系统。本系统根据文件名自动区分采集线路格式数据和自编格式基准数据，匹配调用分析程序函数，让精密水准测量在不同仪器，不同周期采集的往返测或原复测数据对比具有可行性和灵活性。

3.3 全新的界面设计

本系统根据水准测量步骤，将系统的界面分割成：蓝牙连接、测量限差设置、水准路线相关参数设置和测量等四个界面。如图2、图3所示。

图2 蓝牙连接和水准测量限差的设置

图3 水准路线相关参数设置和测量界面

3.4 自动匹配分析技术

本系统以线路对比数据为基准，对数据对比分析是否每一个相邻监测点段匹配有了重新的定义，同时对采用往测同向还是返测异向对比进行了区分。当执行相邻监测点段段匹配模式时，系统会根据基准数据，自动匹配当前测站点点名。用户还可以根据外业实际测量情况，更改默认测站点点名为1号～199号数字，系统将自动匹配这些数字为测段转点，将相邻测段高差对比分析扩展至与此类转点相邻的非1号～199号数字的相邻监测点间。而且转点测量完成之后，系统将会根据基准数据自动匹配下一个监测点点名，无须人工输入。当不执行监测点段段匹配模式，系统则会根据当前测量相邻监测点段落自动匹配基准数据同名往、返测段高差进行对比分析，实现同名测段往、返测各项指标限差超限预警功能。

3.5 多功能数据传输技术

本系统传承了传统电子水准仪数据采集续接和数据线传输功能，同时也增加了数据WiFi远程传输功能，它可以利用WiFi网络在QQ、微信或邮箱等多平台实现数据的传输，大大拓展了精密水准测量传统数据传输的方法，方便了后期数据的汇总管理。

3.6 多用户数据实时共享功能

结合手机的WiFi和蓝牙功能，本系统可识别数据可以在不同用户间实时传输，交互使用，弥补了传统精密水准测量用户间无法交流的技术短板。

4 系统测试

以有效、直观、高效为测试原则，本程序在试验场设置了A、B、C、D四个固定点为参考，电子水准仪直接采集数据为参照依据，采用不同的观测模式对过程数据进行现场对比分析。主要测试内容如下：

(1)原始数据采集准确性对比及限差报警程序

同等的观测条件下，相同的观测顺序和模式，对比前后同测点两次测量模式下的采集数据，以保证数据获取的无缝性。同时以限差为基准，在不同测量模式，同等的观测条件下，模拟各种超限情况，检查超限报警的完整性和准确性。

(2)不同测量顺序模式下，数据处理函数运算准确性对比

同等的观测条件下，分别在“aBFFB”、“BFFB”和“BBFF”顺序模式下，采用参考数据直接对比检核数据记录的有效性和准确性，同时在不断增加转点的情况下，间接的利用基准数据与相邻监测点间往返、原复测进行对比分析，检验本系统数据处理函数运算的准确性。

(3)蓝牙连接中断或测量干扰中断，继续测量程序衔接的准确性

在正常测量模式下，采用打、接电话、直接退出等多种方式中断测量程序，隔 5 min、 10 min、 15 min、 1 h、 1 d，选择退出前线路，继续测量，结合对比数据，分析数据记录前后衔接的连贯性。

(4)测段匹配过程中同测段往返测、原复测限差对比分析及限差报警机制

选中测段匹配模式，分别以测段原始数据和原始数据整理的自编格式数据为对比数据参考依据，灵活匹配四个固定点为转点，增加数据观测过程中测段间测站数的不对称性的同时，不断模拟较差超限的各种情况，检验当前模式下程序内核数据分析的完整性和报警功能的完备性。

(5)非测段匹配状态下，同测段往返测、原复测限差对比分析及报警机制

当测段匹配模式处于未选中模式，分别以测段原始数据和原始数据整理的自编格式数据为对比数据参考依据，灵活组合四个固定点为转点，在任意组合原往测相邻测段在本次测量中的顺序，增加数据观测过程中测段间测站数的不对称性的同时，间断性的模拟较差超限的各种情况，检验当前模式下程序数据分析和报警功能的灵敏性。

5 结 语

随着高铁事业的不断发展，高铁测量技术日趋完善，为保证高铁运行的平顺性和安全性，精密测量技术在高铁勘测设计和运营维护等阶段的作用越来越重要。本系统集成手机Android系统、蓝牙技术和电子水准仪测量系统为一体，以实时测量显示为目的，外业勘测过程实时预警提醒为手段，便捷的数据传输和汇总功能为特色，增加了精密水准测量外业数据采集的准确性，可减少了外业重测或返工的次数，从而达到节支增产的目的。

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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

李明军(1984—)，男，硕士，工程师，研究方向：GPS在3S中的应用。

国家自然科学基金(41472243)；铁道第三勘察设计院集团有限公司科技开发课题(921515)