基于PDA 的實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)處理方法的研究

陳素貞

(上海市建筑科學(xué)研究院，上海 200032)

1 概論

PDA(Personal Digital Assistant)，字面翻譯是個(gè)人數(shù)碼助理，作為一種新興的電子智能產(chǎn)品，是數(shù)據(jù)采集的理想載體［1］。PDA系統(tǒng)具有便攜、快捷、方便地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算等特點(diǎn)，在公路測(cè)量和橋梁檢測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用。測(cè)繪的行業(yè)特點(diǎn)，使得許多的測(cè)繪工作需要在野外進(jìn)行，人工數(shù)據(jù)處理的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工程進(jìn)度的需要，且紙質(zhì)手簿記錄數(shù)據(jù)十分繁瑣，不能提示拼寫(xiě)錯(cuò)誤。PDA的開(kāi)放性，使得用戶可以根據(jù)自己的需要，開(kāi)發(fā)適合自己的軟件，在PDA上進(jìn)行安裝，讓PDA完成特定的功能。工業(yè)或工程產(chǎn)品在制造或安裝過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)其制造或安裝精度進(jìn)行檢測(cè)，常用的檢測(cè)方法為高精度全站儀極坐標(biāo)法、前方交會(huì)法等。目前，外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)多采用紙質(zhì)手簿記錄，由記錄人員現(xiàn)場(chǎng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，利用相關(guān)測(cè)繪軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算。這種外業(yè)測(cè)量與內(nèi)業(yè)計(jì)算分開(kāi)進(jìn)行的方法，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，甚至?xí)绊懙焦こ踢M(jìn)度。本文研究了基于PDA的外業(yè)數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理的方法，實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)的記錄、現(xiàn)場(chǎng)處理和有關(guān)分析，及時(shí)報(bào)告檢測(cè)結(jié)果，這樣將極大減少作業(yè)量，提高工作效率。

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型

以鋼箱梁外形規(guī)格檢測(cè)為例，在檢測(cè)過(guò)程中，為了測(cè)量的快捷，經(jīng)常采用自由設(shè)站的模式觀測(cè)各個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系后，將觀測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)品的合格性。測(cè)站的平面坐標(biāo)通過(guò)相似變換進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程可分3步進(jìn)行［2］:

1)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)。

首先將原始坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度a，使旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系平行，則［x，y］S在旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為［x，y］R:

2)坐標(biāo)系平移。

再將旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系平移［Δx，Δy］，使平移后的坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，則［x，y］R在平移后的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為［x，y］M:

3)尺度修正。

最后將平移后的坐標(biāo)系進(jìn)行尺度修正，使修正后的坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)尺度一致。設(shè)k為尺度因子，則［x，y］M在修正后的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為［x，y］T:

綜合上面3步，得:

通過(guò)解算轉(zhuǎn)換參數(shù)A，B，C，D來(lái)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

利用坐標(biāo)系之間的公共點(diǎn)，建立間接平差誤差方程式:

根據(jù)最小二乘原理:

求得轉(zhuǎn)換參數(shù)的平差值:

3 PDA結(jié)合全站儀作業(yè)模式

“內(nèi)外業(yè)一體化”要求測(cè)繪工作者在完成外業(yè)采集數(shù)據(jù)后，能快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)。這種測(cè)繪模式，要求數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果輸出的一體化。利用PDA作為平臺(tái)，以嵌入式語(yǔ)言編寫(xiě)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、處理的相關(guān)軟件，將PDA作為電子手簿。根據(jù)不同的工程需要，可以設(shè)計(jì)出符合實(shí)際測(cè)繪工作需要的產(chǎn)品［3］。PDA結(jié)合全站儀的測(cè)繪模式見(jiàn)圖1。在這個(gè)過(guò)程中，PDA起到了一個(gè)很大的協(xié)助作用，是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出的載體。圖2為基于PDA的數(shù)據(jù)采集程序的流程圖。

圖1 數(shù)據(jù)處理流程圖

4 應(yīng)用實(shí)例

本文中采用鄂東長(zhǎng)江公路大橋鋼箱梁制造第一輪測(cè)量的三組數(shù)據(jù)為例，一組是固定測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)中的觀測(cè)數(shù)據(jù)，另外兩組是任意設(shè)站數(shù)據(jù)。利用這三組數(shù)據(jù)，對(duì)基于PDA開(kāi)發(fā)的電子手簿進(jìn)行了測(cè)試，主要分?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三個(gè)大模塊。

數(shù)據(jù)采集用于現(xiàn)場(chǎng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，用電子手簿代替紙質(zhì)手簿，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算測(cè)量限差功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中的粗差，減少測(cè)量的返工率。數(shù)據(jù)采集的界面如圖3所示。

采集的數(shù)據(jù)為觀測(cè)的距離和角度值，數(shù)據(jù)采集后，進(jìn)入到【坐標(biāo)計(jì)算】界面，先導(dǎo)入之前的【數(shù)據(jù)采集】界面保存的觀測(cè)數(shù)據(jù)，再計(jì)算出每一站的坐標(biāo)，界面如圖4所示。坐標(biāo)計(jì)算后，要將不在固定測(cè)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到固定坐標(biāo)系中，因?yàn)樽鴺?biāo)轉(zhuǎn)換利用的是公共點(diǎn)法，必須保證有足夠的公共點(diǎn)。如果某個(gè)任意站不是和基準(zhǔn)站有公共點(diǎn)，而是和其他任意站有公共點(diǎn)，要通過(guò)公共點(diǎn)進(jìn)行傳遞，最后傳遞到固定坐標(biāo)系中。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的界面如圖5所示。

圖2 程序流程圖

圖3 測(cè)量數(shù)據(jù)采集

圖4 坐標(biāo)計(jì)算

圖5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的所有鋼箱梁角點(diǎn)坐標(biāo)位于相同的坐標(biāo)系內(nèi)，即可與實(shí)際的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)品的合格性。

5 結(jié)語(yǔ)

全站儀觀測(cè)速度快，精度高，結(jié)合PDA應(yīng)用程序，可以快速采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，提高工作效率，達(dá)到內(nèi)外業(yè)一體化。利用嵌入該程序的PDA，可以在鋼箱梁檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理，從而省略了檢測(cè)外業(yè)到內(nèi)業(yè)的作業(yè)過(guò)程，提高了工作效率。在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)，將測(cè)得的幾何控制點(diǎn)坐標(biāo)與其設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，必要時(shí)進(jìn)行坐標(biāo)反算，可以對(duì)鋼箱梁的制造精度進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和評(píng)價(jià)，為控制鋼箱梁的制造質(zhì)量提供依據(jù)。

［1］宋曉明，馮 曉，唐代華.路基施工檢測(cè)數(shù)據(jù)處理PDA系統(tǒng)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(27):941.

［2］李 劍.平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算程序的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用［J］.勘察、測(cè)繪與測(cè)試技術(shù)，2008(3):44-43.

［3］李永隆.Windows CE程序設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2002.