基于BLE4.0的智能靠尺测量方法与实现

杨显 王志伟

摘 要：针对工程项目使用靠尺测量存在数据填写易出错，数据可能被篡改、难以保存和追溯的问题，提出了一种利用BLE4.0，将智能靠尺测量的数据通过蓝牙通信传递给移动终端后再上传至云端服务器的解决方案，最终达到数据防篡改、流程化测量的目的，提高了测量工作准确性和效率，该方案已在“轻筑”项目中推广使用。

关键词：实测实量;智能靠尺;智慧工地;蓝牙

中图分类号：TH711     文献标识码：A       文章编号：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

信息化是国家发展战略的重要组成部分。《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》中强调在建筑行业中，信息化是转变发展方式、提质增效的必然要求，提出将增强信息技术集成应用能力、取得数字化突破性进展、提升数据资源利用水平和信息服务能力作为发展目标[1-3]。因此，打造“智慧工地”[4]，更新改造传统建造方法[5]，促进企业转型升级[6]，对建筑行业的持续健康发展具有重要意义。为满足智慧工地中质量过程管理需要，项目参与方会形成一套完善并契合自身实际需求的实测实量规则要求。

实测实量是指应用测量工具，通过现场测试、丈量而得到的能真实反映产品质量数据的一种方法[7-9]。涉及的项目发展阶段主要有主体结构阶段、砌筑阶段、抹灰阶段和精装修阶段，测量的范围涵盖混凝土结构、砌筑工程、抹灰工程等内容，指标分为表面平整度/垂直度、水平度、开间、进深等。传统的测量方法依靠纯手工作业，填写数据时不但容易出错、容易造假，而且停留在纸面上易丢失导致难以追溯，不能形成直观的统计报表，无法进行数据挖掘产生价值。因此，如何规范实测实量过程中的流程和操作方法[10]，消除人为因素引起的数据篡改和偏差来提高工作效率和管控水平，成为亟待解决的问题。本文提出了一种利用智能靠尺进行数据采集—数据发送—数据上传的方法，人力成本从2人降为1人，单人操作在3 s内测量一个点位，合理高效地解决了上述问题。

2 智能靠尺总体架构

智能靠尺是智慧工地的核心工具之一[11，12]，其外形结构如图1所示，主要包括1 m/2 m尺长切换键、HOLD发送键、测量类型切换键和电源键4个功能操作按键。智能靠尺为可展式结构，根据实际测量需要进行尺长选择;启动电源后，可在垂直度/平整度与坡度之间进行测量类型选择;测量出数据后用HOLD键进行锁定并向移动终端发送数据。

智能靠尺由硬件和软件两部分构成。硬件部分包括传感器模块、MCU和蓝牙控制模块;软件部分由移动终端（Android/iOS）组成。与传统蓝牙通信对比，BLE4.0具备低功耗、低成本、向下兼容和跨厂商的先天优势，且具备启动快、高可靠性特点，因此在硬件和软件之间的通信采用该技术。测量时，通过平整度/垂直度、坡度的传感器获取测量数据，接着将数据经MCU处理传送至蓝牙控制模块，然后数据通过蓝牙控制模块传送给移动端，最后移动端将数据格式化后上传至云端服务器，功能架构如图2所示。智能靠尺主要由测量功能单元组成，包括传感器模块、MCU、蓝牙控制模块。移动终端负责蓝牙的打开与关闭，把接收到的数据进行校验和解析后，按照统一的数据结构上传至云端服务器，同时根据需要把存储数据在前端呈现测量结果。图3展示了智能靠尺测量时实体之间的数据流向。

3 设计与实现

碧得BDE-BLEM201是基于TI CC2541芯片设计的兼容BLE4.0低功率模块，开发者无须了解协议内容，直接使用类似串口通信方式开发支持低功率蓝牙通信的智能产品，4节5号电池可支持使用数月时间。本文将该透传模块集成应用到智能靠尺的测量功能单元中，透传模块把来自MCU串口接收到的传感器数据通过蓝牙无线信道透传给移动终端。

使用中，先将BDE-BLEM201透传模块配置为从设备，移动终端作为主设备，按照说明对透传模块对参数配置，包括串口配置、模块名字、模块角色、模块状态、广播间隔、发射功率等[13]。在透传模块与移动终端成功建立连接后即可开始双向的数据透名传输。

操作时，测量人员把移动终端贴附在智能靠尺上。操作交互的时序如图4所示，具体交互步骤如下：

步骤1：初始化智能靠尺。

啟动电源后，选择1 m或2 m的尺长，然后确认测量类型：垂直度/平整度或坡度。

步骤2：初始化移动终端应用。

移动端采用H5与原生页面混合开发的方式，灵活高效地实现了H5与原生应用的协作与交互，保证数据的传递与完整。

①确保移动终端蓝牙打开，在网络状态良好的情况下启动APP进入到实测实量模块，获取移动终端对蓝牙功能使用的授权。

②选择测量的楼栋及楼层，并在对应的平面图上点击位置进行测量点位的新增，最后选择检查项和检查指标。其中，检查项包括混凝土结构、砌体结构、抹灰工程等11项，测量指标主要包括垂直度/平整度、坡度。

③选择测量录入模式。提供手动和蓝牙两种录入模式，录入模式由后端控制，手動录入是以防异常情况发生。当用户不能使用蓝牙进行数据自动采集填充时，应手动填写数据。

步骤3：建立蓝牙连接。

移动终端扫描设备，识别出智能靠尺后建立与移动终端的蓝牙连接，同时停止设备扫描。给予用户连接建立成功提示后，自动跳转进入数据录入页面。

步骤4：测量数据。

靠尺测量完数据点击HOLD 按键进行数据发送。由于同一条数据在短时间内会重复发送多次，移动终端强制2 s内对相同的数据不进行重复处理。数据正则校验匹配成功后，自动填充在移动终端展示给用户。

步骤5：录入数据。

当数据满足规定的条数后，用户通过移动终端调用接口将数据上传至云端服务器，上传成功并给予用户提示。

4 分析及结果

以本文在15个工程项目推广使用的智能靠尺测量为实例进行分析，表1统计出5个代表性项目及其使用的靠尺数量、抽样测量点位数、爆点数。通过测量人员回访得知：一个测量点位从以前的2人下降至1人，测量时间从5 s左右下降到3 s左右，效率提高近40%，该测量方法已在“轻筑”APP中上线并推广使用。

以上测量方法能有效防止用户篡改数据，在测量出错率下降的同时测量效率得到大幅提升，获得建设方、施工方、监理方的好评。同时，测量数据存储在云端服务器后，对现场中存在的问题可以进行追溯和分析，便于工程管控。

5 结论

本文针对智慧工地实测实量工作中存在的缺陷与不足，提出了一种利用蓝牙通信对靠尺测量到的数据传递给移动终端再上传至云端服务器的高效方法和流程，有效地解决了工地现场测量数据可能被篡改、填写易错、不易保存、难追溯的问题。如何把测量设备与移动终端结合并集成更多的测量维度和方法，是下一步的工作重点。

参考文献：

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