基于安卓系統的全站儀測距檢定功能的開發

楊 希，胡 穎，朱雯雯，唐國順

（1.湖北省測繪質量監督檢驗站，湖北 武漢 430075）

在測繪儀器檢定工作中，全站儀的測距部分檢定，按相關規范要求，檢定項目采用多段基線組合比較法來進行[1]，而這些項目指標的計算較復雜，計算量也較大。若通過相關軟件設計，預先在智能設備中設計好計算程序，僅通過直接輸入觀測數據，程序后臺自行計算，最后獲得并輸出各項結果，就能大大減輕工作量，減少計算錯誤，提高工作效率。本文基于Android的軟件設計實現了全站儀、光電測距儀測距部分檢定指標的自動計算、保存和查詢等功能。

1 Android應用軟件開發與設計

1.1 Android開發平臺的選擇與建立

Android作為一個完全開源的操作系統，通過Android SDK 提供的APT以及相應的開發工具，程序員簡單開發Android 平臺上需要的應用程序。目前，谷歌推出了一款可以讓用戶更容易為Android智能設備編寫的應用軟件工具——App Inventor。

App Inventor 這款編程軟件不一定非要專業的研發人員，甚至根本不需要掌握任何的程序編制知識。它具有友好的用戶界面及完全可視化的操作方式，它摒棄復雜的程式代碼而使用封裝好的模塊來實現應用程序的各種行為，即通過拖放圖形化的組件和代碼塊，將這些代碼疊放在一起，產生一個應用程序（App），從而完成設計者需要的Android程序和功能，為一些沒有編程基礎但富有創意的人提供了一個很好的開發平臺[2]。

App Inventor 為全云端的開發設計環境，所有的建立及操作過程都是在瀏覽器上完成的。建立的過程需要完成3個步驟：①安裝Google瀏覽器，注冊并登錄Google的帳號；②測試電腦上是否可正確運行Java（測試頁面）；③安裝Google App Inventor軟件。

電腦的App Inventor編程環境建立起來后，就可以使Android手機與App Inventor通過數據線實現聯機同步，輕松地用Google App Inventor軟件為Android手機編程。

1.2 系統設計框架

系統設計框架流程如圖1所示。

圖1 系統設計框架流程圖

2 檢定方法與功能實現

2.1 加常數C和乘常數R

全站儀的加、乘常數是全站儀測距功能中最重要的2個參數，在全站儀的應用中占有至關重要的地位，直接影響距離測量的結果和精度。

測繪儀器生產廠家在生產測距儀時，都先要檢定出儀器的加常數，然后將加常數預置到儀器內，這樣，儀器最終顯示的是地面兩點間的實際距離值。但由于加常數檢定有誤差，以及日后使用中儀器光、電系統的變化等，加常數不是一個永久不變的值，會隨著時間的推移發生變化，因而儀器還有加常數（或稱為剩余加常數）[3]。

全站儀除存在加常數改正外，還應包括比例改正項。大量的實測數據表明，由于儀器發光管和接收管相位不均勻性以及副相誤差等因素，儀器還存在與測量距離長短相關的改正項，習慣上將此類改正項統稱為乘常數。

為了保證儀器的測距準確度，必須對剩余加常數、乘常數進行定期的檢定。檢定儀器加常數、乘常數的方法，一般是在長度檢定場（基線場）中，采用多段基線組合比較法進行同時檢定[4]。

按全組合的比較法進行測量，將測得的數據填入本系統相應的輸入欄中，然后設置軟件系統。

式（1）、（2）中，K0為測距儀加常數估值；R0為測距儀乘常數估值；Di為經修正后的距離；li為基線值與Di之差值；n為使用的組合基線段數，i =1，2，3，…，n。

通過對儀器的常數顯著性檢驗，可以對儀器可能存在的4種不同的模型進行選擇。

1）當K0與R0均顯著時，所選數學模型有效，在使用測距儀時應對儀器進行加常數K、乘常數R改正：

??? 熊 式 輝 著，洪 朝 輝 編 校: 《海 桑 集: 熊 式 輝 回 憶 錄(1907 ～1949)》，(香港)明鏡出版社2008 年版，第223、401、269、267、396 頁。

2）當K0顯著、R0不顯著時，應選用不考慮R影響的數學模型，在使用測距儀時應僅對儀器進行K改正：

3）當K0不顯著、R0顯著時，應選用不考慮K影響的數學模型，在使用測距儀時應僅對儀器進行R改正：

4）當K0與R0均不顯著時，測距儀不進行K、R改正。

其功能實現的主要模塊如圖2、圖3所示。

圖2 數組D 數組l 的建立模塊

圖3 常數顯著性檢驗模塊

2.2 測量的重復性m0

間隔30 m分別安置測距儀和反射棱鏡，操作儀器一次照準后測距，連續測量讀數30次，將測得的數據填入本系統相應的輸入欄中，然后設置軟件根據式（6）進行計算：

式中，vi為第i次讀數值與讀數平均值之差；為第i次讀數值為n次讀數的平均值；n為連續讀數的次數；2，3，…，n。

其功能實現的主要模塊及效果如圖4所示。

圖4 測量的重復性計算模塊及效果圖

2.3 測距綜合標準差

設置軟件根據修正過后的距離觀測值與相應的基線值比較，計算測距綜合標準差（標準差表達公式為a+bD）：

式中，li=|D0i-Di|；a為測距儀標準差偏差表達式固定誤差部分；b為測距儀標準差偏差表達式比例誤差部分；D0i為基線值；Di為經修正后的距離觀測值；n為組合基線的段數；i =1，2，3，…，n。其功能實現的主要模塊及效果如圖5所示。

圖5 誤差a、b計算模塊及效果圖

2.4 查詢輸出功能

當該系統測量保存數據后，用戶可以通過搜索查詢功能方便快捷地查找之前保存編輯過的數據內容。通過輸入關鍵詞作為關系數據庫的查詢方式，為用戶提供一種簡單而友好的界面，在效率和效果上滿足用戶需求。

由于先前保存的文件都有儀器型號、編號、檢定日期等多種信息，這些內容都可作為查詢條件。例如想查找所有該軟件測量過的GTS-311系列的全站儀，便可以在查找輸入欄中輸入“GTS-311”，軟件可將所有先前保存的GTS-311信息列出來。其功能實現的主要模塊及效果如圖6所示。

3 結 語

圖6 查詢功能模塊及效果圖

本文詳細地介紹了基于Android的全站儀測距部分檢定項目的計算查詢等功能的開發與實現，進行了整體框架算法的設計。結合相關檢定規程設計實現了相關功能，羅列出了一些主要設計流程圖和功能架構模塊，展示了系統運行的部分界面和效果。從使用效果來看，該系統運行效果良好，提高了檢測工作效率，節約了記錄紙張，利于及時現場查找儀器問題，也方便了電子檔案的管理等。Android在測繪儀器檢定方面還處于探索階段，通過對已做工作的思考和總結可以證明，這種方式對測繪儀器檢定工作具有較好的輔助作用和較高的推廣借鑒價值。

[1]JJG 703-2003.光電測距儀計量檢定規程[S].

[2]王寅峰，許志良.AppInventor實踐教程[M].北京:電子工業出版社, 2013

[3]楊俊志.全站儀的原理及其檢定[M].北京:測繪出版社,2004

[4]楊德麟.紅外測距儀原理及檢測[M].北京:測繪出版社,1996

[5]王向輝.可視化開發Android應用程序——拼圖開發模式App Inventor[M].北京: 清華大學出版社, 2013

[6]段定乾.電子速測技術[M].北京:解放軍出版社,1996

[7]葉曉明,凌模.全站儀原理誤差[M].武漢:武漢大學出版社,2004