基于Android平台的水准测量数据处理系统研究

张宏强，刘亚男，徐 峰

（1.内蒙古自治区基础地理信息中心，内蒙古 呼和浩特 010000）

水准测量是一项非常繁琐的外业工作，测量人员需要观测、记录、计算、检核数据，稍有差错就可能导致测量返工[1]。近年来，智能手机移动终端已融入人们的生活，开发基于手机平台的水准测量数据处理系统具有可行性和实用性。测量信息录入，数据的预处理、计算、检核、储存以及成果数据的形成均可采用手机终端来完成[2]。

国家测绘地理信息局第三大地测量队开发了水准测量外业记录软件包，能满足各种水准仪、水准标尺对外业观测数据采集的要求以及完成水准仪、水准标尺出测前的检查工作[3]；但其仅对数据采集过程进行检核，没有对数据进行相应的预处理和平差，也不能实时展现数据处理结果。

1 系统设计思路

在测绘外业工作中，为确保获取数据的可靠性，许多计算工作需在现场同步完成。为了尽可能地减少负重、保存体力，将精力放在如何保证观测质量上[4]，借助现代科技，结合Android平台良好的发展趋势和广泛的应用前景，本文提出了在Android平台上进行测绘软件开发、移植的技术路线和流程，以期为测绘日常工作提供技术服务和保障。

系统主要包括四大模块：①导入外业数据，建立一、二、三、四等水准测量原始数据文件；②设置测段信息和观测条件，对新建的项目工程进行描述；③数据预处理，对水准测量数据进行各限差检核；④数据平差处理，对通过预处理的数据进行严密平差，显示往返较差、闭合差、平差结果等信息。

根据系统设计思路，本文采用MyEclipse9.0和Android插件ADT15.0实现功能模块，通过主要视图布局XML文件和系统设计流程图（图1）详细指导工作。

图1 系统设计流程图

2 水准测量数据处理系统设计

2.1 开发环境与运行平台

Android平台采用了开源性操作系统，越来越多的软件开发人员加入开发队伍，使其迅速在各行业推广应用[5]。根据生产需要，笔者开发了一款适用于Android手机和平板电脑的水准数据处理系统，开发平台为Android2.1～2.3及以上版本。该系统通过Android智能手机运行客户端程序，采用Java和SQLite内嵌式数据库联合开发，安装包大小为88 KB，操作简单，使用方便。

2.2 系统功能模块设计

1）开始模块，是系统的主要功能模块，为使用者提供了新建文件、打开文件、保存文件、数据预处理、数据处理平差等功能。新建文件功能可创建一、二、三、四等水准测量工程文件，打开文件功能可读取GSI、DAT以及平差文件。

2）新建模块，可创建水准测量工程，并存储项目名称、水准路线类型、观测顺序、时间日期、水准等级、仪器名称、仪器编号、处理者等测量工程信息。信息输入完成后，确认进行保存，数据写入创建的工程内；同时还可设置温度、天气、成像、风力、土质等观测条件。

3）数据预处理模块。测站数据录入完成后，点击“数据预处理”按钮，弹出相应处理选项，通过设置数据检核条件（如最大视距长、最低视线高、最高视线高、前后视距差、视线长度、视距累计差等）对原始数据进行检核，并显示检核结果，对不符合要求的数据进行重新测量，合格数据可生成平差文件，进行下一步的平差。

4）数据平差模块。通过选择平差文件，可计算往返测较差、高差闭合差和精度评定，并校核观测值是否符合要求。若符合要求，即进行高程平差计算，再将高差结果可视化。

2.3 数据预处理与检核

测站信息配置是水准测量数据处理的第一步，如配置观测方向、水准等级信息、水准路线等[6]。DataCollection 中的类Station File Con 会自动根据水准等级信息进行相应的测站限差设置。系统中所用到的一、二、三、四等测站作业限差符合规范要求。DataPreprocessing 中的类Station Event 会根据当前等级的限差要求对测站的各限差进行检核，通过检核的原始数据将被保存在相应的txt 文件中，否则提示限差不符合，不保存数据。

2.4 平差文件生成

当外业数据质量检查合格后，导入外业观测数据文件即可生成平差文件。平差文件格式采用COSA软件的标准格式，生成的水准网平差文件中已知点高程和高差观测值以m为单位，测段长度以km为单位，水准网平差文件（.inl）具体格式为：

已知点点名，高程

已知点点名，高程

…

测段起点，测段终点，高差，距离（或权倒数）

测段起点，测段终点，高差，距离（或权倒数）

…

2.5 往返测较差以及闭合差计算

往返测较差检核：先计算高程待定点间往返测的高差和路线长，并使用数组存储，然后在将往返测得的高差逐一进行比较，符合限差要求的取其高差平均值[7]。附合路线闭合差检核：先在Adjustment Caculate M类中的附合路线函数Line Closure中查找附合路线，得到附合路线的高差和路线长度，再根据相应等级的限差进行检核。闭合环路线闭合差检核：先在Adjustment Caculate M类中的闭合环路线函数Loop Closure 中查找独立闭合环，得到闭合环高差和路线长度，再根据相应等级的限差进行检核。

3 软件可靠性测试

3.1 工程实例

本文以某工程线下二等水准实测数据为例，通过3 组水准测量数据进行实验。本文采用两组附合水准路线往返测和一组支水准路线往返测数据进行计算，并将本文系统计算的结果与COSA系统计算的结果进行比较分析，验证了本文系统的正确性与可靠性。一组附合水准路线实测数据在本文系统的计算过程如图2～4所示。

图2 生成的平差文件以及数据检核结果

图3 往返测较差以及闭合差

图4 高程网平差结果

3.2 实验结果与分析

本文开发的系统能为测量人员提供一整套水准测量基本功能模块，能自动判断前后视距差、前后视距累计差、最低视线高、两次读数差、最高视线高、最大视距长等是否符合要求。若观测值不满足规范要求，系统将会提示作业员，及时进行重测。平差计算包括计算水准路线闭合差与往返测较差，在精度允许范围内进行平差处理，并评定结果精度。实验结果表明，系统的可靠性、准确性较强，节省了外业人员的工作强度，并能现场进行数据预处理和平差，避免返工，可大大提高工作效率。

实验过程中选取了3组实测数据，通过COSA系统对3组实测数据进行处理，其中一组数据处理结果如图5、6所示。

将COSA系统计算的3组数据与本文设计系统进行比较，第一组测试数据高程网平差结果VTPV分别为0.314和0.321；第二组测试数据高程网平差结果VTPV均为0，因为该路线为支水准路线；第三组测试数据高程网平差结果VTPV分别为0.102和0.116。虽然本文系统的VTPV不如COSA系统的小，但预期接近并符合相应的规范要求。由表1～3可知，虽然本文系统中误差比COSA系统大，但两种软件平差后得出的高程值以及中误差相差很小，应该是由平差时数据的取舍不同所致，且均在0.01mm范围内，说明本文系统达到了一定的正确性。由表4、5可知，虽然0.01 mm的统计率不算很低，但这是由于数据量和基数较小的原因，事实上二者得出的高程差值约为0.01 mm，较稳定，说明本文系统具有一定的可靠性，适用于实际生产。

图5 高程网平差结果

图6 平差后高程值

表1 测试数据1高程值和中误差对比表

表2 测试数据2高程值和中误差对比表

表3 测试数据3高程值和中误差对比表

表4 两种软件平差结果较差统计（测试数据1）

表5 两种软件平差结果较差统计（测试数据3）

4 结 语

本文开发了水准数据成果处理系统，以弥补水准仪数据预处理、水准网概算、平差文件生成、平差高程结果的不足。该系统不仅能有效提高野外数据整理、数据预处理、数据概算的效率，而且能避免手动数据整理过程中错误和粗差的产生；观测概算成果可生成目前流行的.inl平差格式文件，与其他电脑平差系统相结合可实现外业数据处理的互通。软件界面简洁、可靠性高、功能完善、操作简单，可直接在显示窗口浏览处理后的闭合差、观测较差、平差文件、平差结果等，并生各种需要的文件。

本文设计的系统仅能对外业数据进行预处理，并未实现对水准测量仪器实时数据的传输、采集等，后续应继续完善该系统，满足内外业数据一体化的要求。

[1] 曹林林,张恒璟.基于VC6.0平台的水准网平差数据库设计与实现[J].测绘工程,2014,23(6):71-74

[2] 陈运贵,王国辉,张兴福.基于Android智能手机平台实现水准测量内外业一体化的系统设计[J].铁道建筑,2013(8):149-151

[3] 苟伟,黄涛.基于J2ME的手机测量数据处理程序的设计及实现:以单一水准路线近似平差为例[J].地矿测绘,2010,26(3):17-19

[4] 李传华,贾虎军.基于手机平台的水准测量系统开发[J].测绘通报,2013(10):112-114

[5] 申健康.基于手机的测量计算程序开发和应用[J].测绘科学,2011,36(2):91-94

[6] 王海城,何义斌.水准测量内外业PDA一体化系统开发[J].测绘科学,2007,32(3):62-64

[7] 曾振华,凌小勤.三、四等水准测量记录、计算程序的开发应用[J].实验室研究与探索,2013,32(12):96-100