基于Android系統的物探測量手簿放樣軟件設計與實現

韓善鋒,曹鳳海,劉瀟,宋占武,甄建光

(東方地球物理公司,河北 涿州 072750)

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基于Android系統的物探測量手簿放樣軟件設計與實現

韓善鋒,曹鳳海,劉瀟,宋占武,甄建光

(東方地球物理公司,河北 涿州 072750)

本文從嵌入式操作系統的發展和石油物探測量的需求出發,在Android平臺上設計并實現了基于Android系統的物探測量手簿放樣軟件。該軟件已能替代商業GNSS接收機手持終端采集軟件,完全能滿足野外物探測量作業的需要。在Android手機普及的情況下,野外測量無需再專門購置設備,使用成本和維護成本大大降低。

Android;GNSS;物探測量手簿放樣軟件

0 引 言

常見的通用型嵌入式操作系統主要有windows mobile(CE) 系統、Linux系統和VXWorks系統等。但是,單片機功能單一,幾乎無擴展性,無法支撐第三方軟件;Linux則開發難度較大;而windows mobile(CE)操作性、交互性不高且系統成本較高。Android操作系統是基于Linux 研發的目前最為火熱的手持設備嵌入式操作系統,它不僅僅是一個手機系統,更是一整套包含硬件的解決方案,選擇該系統,也就意味著選擇了豐富的硬件產品及豐富的研發資源[1]。目前,在物探生產中應用的手持設備操作系統均為windows mobile系統,而微軟公司于2010年10月已經終止對該系統的所有技術支持。

在物探測量生產中應用的GNSS數據采集軟件有Trimble公司的RTK軟件、Leica公司的RTK軟件、Ashtech公司的RTK軟件。上述三個測量數據采集軟件在功能上已經比較完善,它們都能完成測量外業數據的采集的大部分工作,但是它們都有一定程度的不足,它們只能使用自己公司的GNSS接收機或者全站儀設備,不支持第三方硬件設備。另我外，這些公司的RTK測量軟件沒有物探施工常用的物理點變觀、SPS網格放樣等功能。基于以上，我們開發一款Android版物探測量手簿放樣軟件以滿足生產需求。

1 物探測量手簿放樣軟件系統設計

1.1 物探測量手簿放樣軟件規劃設計

本系統的實現思路是在Android智能手機上開發物探測量手簿放樣軟件,運行該程序后,物探測量手簿放樣軟件可以連接Android智能手機的GPS模塊,應用于車輛或者人員導航。同時,物探測量手簿放樣軟件還可以通過藍牙模塊連接GNSS接收機,實時接收GNSS觀測數據,進行RTK測量作業時。應用網絡差分模式進行RTK作業時,物探測量手簿放樣軟件通過Android手機的GPRS模塊連接網絡差分數據服務器,實時獲取網絡GNSS差分數據,并通過藍牙模塊實時將差分數據發送給GNSS接收機,實現網絡RTK作業。

如圖1所示,基于Android系統的物探測量手簿放樣軟件架構圖。

1.2 系統功能模塊設計

本文的目標是針對GNSS在石油物探測量方面的應用來設計基于Android系統的物探測量手簿放樣軟件。該軟件設計主要圍繞下列幾項用戶需求展開:物理點的測量放樣,測量成果數據存儲、檢查、顯示與更新,GNSS接收機的設置等需求。因此基于Android系統的物探測量手簿放樣軟件主要功能模塊可以劃分為:項目管理模塊、數據管理模塊、物探測量放樣模塊、質量控制檢查模塊、系統設置、常用測量工具。如圖2所示,基于Android系統的物探測量手簿放樣軟件主界面。

2 物探測量手簿放樣功能實現

2.1 項目管理功能

物探測量手簿放樣軟件對不同任務的數據實行項目管理,通過項目管理功能完成對測量設計數據、測量成果、控制點成果等數據的管理。通過項目間的切換,可以實現不同測量任務間的切換。不同項目的測量數據存放在不同的數據庫文件中,可以確保數據的安全。

2.2 數據管理功能

數據管理功能模塊主要是對當前項目中的設計數據、測量成果數據、控制點數據進行組織與管理。

2.3 系統設置功能

系統設置模塊主要包括對坐標系統設置、觀測質量設置、流動站設置、基準站設置、天線設置以及接收機復位。

物探測量手簿放樣軟件的坐標系統數據與SSOFFICE軟件的坐標系統數據完全兼容。觀測質量設置可以實現物理點偏移放樣、歷元采集過程中進行質量控制。天線設置是對物探測量手簿放樣軟件中的GNSS天線數據庫進行組織與管理。天線數據庫中包括了東方公司內部常用的GNSS接收機的GNSS天線的幾何參數和幾何形狀等信息。

2.4 物探測量放樣功能

1) 靜態測量功能

靜態測量功能模塊可以實現地震勘探靜態采集功能,主要用于建立地震勘探項目工區的控制網。

在山地、林區等復雜地理環境施工項目中,無法進行RTK作業時,可以應用靜態測量功能實現快速靜態觀測。在進行GNSS靜態測量時,GNSS接收機的天線在整個觀測過程中應該是靜止的。物體測量手簿放樣軟件可以對靜態測量時的接收機天線相位中心進行監控,當相位中心漂移超出一定范圍后就會發出警告提示。

2) RTK測量放樣功能

① RTK測量放樣功能模塊能夠實現地震勘探野外物理點測量放樣的功能;

② 啟動測量放樣功能時,物探測量手簿放樣軟件會自動加載工區地圖、導航點數據以及實測數據,如圖3所示。工區地圖可以根據工區矢量圖和地物要素踏勘的結果進行及時更新;操作人員可以根據目標點、工區地圖的實時顯示,及時了解當前位置、行進方位和周邊相關環境;

圖3 RTK導航放樣界面

3) 測量放樣質量狀態欄內通過顏色的顯示,實現觀測質量提示功能。衛星觀測質量差或者GNSS狀態發生變化時均會發出報警提示,以便及時復測物理點,保證其定位精度。物理點放樣測量在允許范圍內進行聲音提示,操作人員可以根據物理點放樣采集的需要對地圖上的導航點數據進行加載、更新;

4) 物探測量手簿放樣軟件支持的RTK測量作業模式包括: 內置電臺模式、外置電臺或者藍牙電臺模式、基于無線網絡的單基站模式、CORS模式;

5) 物探測量手簿放樣軟件支持SPS網格放樣功能,通過設置地震項目的起算點坐標以及地震勘探項目的網格參數,物探測量手簿放樣軟件就會根據當前位置坐標,自動實時計算出當前位置的SPS網格樁號;

6) 在物探測量手簿放樣軟件的測量放樣模塊中,支持多媒體數據的一體化采集功能,可以將實地照片、地形圖片與錄音一體化采集、管理和應用,見圖4所示；

圖4 物理點采集界面

7) 物探測量手簿放樣軟件支持在線語音識別功能。

2.5 質量控制檢查功能

質量控制是物探測量工作中極其重要一個的環節。為了提高物探測量質量,物探測量手簿放樣軟件把質量控制手段進一步前移,使其在物探測量的過程中對觀測質量進行實時控制。

在實施物理點測量過程中,物探測量手簿放樣軟件會根據質量控制中的參數設置情況進行控制測量精度;對于超限偏移數據會給予警告提示;對于超精度的歷元數據會給予剔除,不參與坐標平差處理。

同時,物探測量手簿放樣軟件能夠對項目中的測量成果進行按條件檢查,包括偏移檢查、觀測質量檢查、空點檢查以及復測檢查等。及時發現不合格或者超限數據以便及時返工,降低事后返工的幾率。

2.6 常用測量工具

常用物探測量工具模塊主要包括:數據無線上傳下載、坐標幾何、WGS84坐標與當地橢球坐標的轉換、交點計算、樁號計算、坐標計算、GNSS原始數據等常用工具。

1) 在無線上傳下載的工具中,可以實現點對點測量成果數據無線傳輸,實現數據無線上下裝,自動管理,提高效率;

2) 在坐標轉換的工具中,可以實現在WGS84坐標和地方坐標之間進行轉換;

3) 在地震勘探項目的樁號坐標計算中根據地震勘探點名與點位的關系,輸入任一個點名,物探測量手簿放樣軟件就會計算出該點的網格坐標;

4) 樁號計算時,根據地震勘探點名與點位的關系,輸入任意平面坐標軟件就會計算出該點的點號。

3 物探測量手簿放樣軟件實現及測試結果

本系統是在Java Development Kit(JDK)v7.0,Android SDK3.2以上,在Eclipse集成開發環境中開發實現的。本系統的功能已經基本實現,并初步通過了測試。

測試采用Sony L36h 的Android智能手機加載本系統程序,TSC3測量手簿運行Trimble Access測量軟件,GNSS接收機應用Trimble R7接收機,在涿州市某小區內進行RTK測量定位對比測試,其 RTK測量作業模式采用CORS方式。RTK測試中,假定Trimble Access測量軟件測量定位的結果的平均值作為真值,物探測量手簿放樣軟件采集的結果與真值進行對比分析,定位結果如圖5所示。

圖5 RTK測量定位分析結果

從定位結果中,可以看出物探測量手簿放樣軟件測量得到的北坐標和東坐標與真值非常接近,而大地高與真值之間存在一個系統差,其中北坐標定位中誤差為0.004 8 m,東坐標定位中誤差為0.002 5 m,大地高的定位中誤差為0.044 1 m.物探測量手簿放樣軟件和Trimble Access軟件測量得到的大地高存在一個系統差是因為兩個軟件設置的天線高量取方式存在著差異,Trimble Access設置的天線高為量取到相位中心高度0.0 m,而物探測量手簿放樣軟件是量取到天線座底部高度0.0 m,而從天線座底部到相位中心的改正值為0.046 0 m. 如果在定位結果中消除因天線高量取方式造成系統差影響,大地高的定位精度也是毫米級。

4 在物探生產中的應用

據統計,在中國境內,目前基于Android的物探測量手簿放樣軟件配合測量服務中心自主研發的GeoNavA系列接收機參與了西南、西北、華北、東北等地域物探生產,累計使用259套次。實踐證明,基于Android的物探測量手簿放樣軟件是針對物探施工設計,其數據采集、質控、現場偏移等功能齊全,與內業處理軟件無縫兼容,實現了內外業采集處理一體化。

5 結束語

本文是針對Android系統設計并實現了基于Android系統的物探測量手簿放樣系統。在分析野外物探測量需求的基礎上,對系統的功能模塊進行了劃分;在系統的功能實現中,著重討論了物探測量放樣功能。最后對本系統與商業手簿放樣軟件進行了測量對比,測試結果表明,該系統已能替代商業手持終端,完全能滿足野外物探測量作業的需要,在Android手機普及的情況下,野外測量無需再專門購置設備,使用成本大大降低,且攜帶方便,可隨時進行野外作業[3]。

本系統下一步計劃要擴展的功能是:

Android是一個多功能平臺,對網絡等技術都有很好的支持[4]。基于Android的物探測量手簿放樣軟件可以進一步與網絡相結合,實現內外業之間更加方便和快捷的雙向數據共享,減少往返于內業和外業之間的時間,進一步縮短測量工作周期。

[1] 郭蕊.基于Android平臺的GPS定位系統的設計與實現[J].北京工業職業技術學院學報,2012,11(2):54-58.

[2] 韓善鋒,曹鳳海,宋占武.物探測量手簿放樣軟件SSField在生產中的應用[J].物探裝備,2015,25(3):190-193.

[3] 秦超,姜良君,蔡永香.基于Android的移動終端GPS測量系統的設計與開發[J].城市勘測,2011,2(1):64-68.

[4] 公磊,周聰.基于Android的GPS測量系統開發[D].江西:南昌大學,2008:1-14.

Design and Implementation of the Geophysical Survey Software Based on Android

HAN Shanfeng,CAO Fenghai,LIU Xiao,SONG Zhanwu,ZHEN Jianguang

(BGPINC.,ChinaNationalPetroleumCorporation,Zhuozhou072750,China)

This article from the development of embedded operating system and the geophysical prospecting needs, design and Realization of software of the geophysical measurement system based on Android platform. The software has been able to replace the commercial GNSS receiver terminal acquisition software, can fully meet the requirement of field work in geophysical measurement. In the case of Android mobile phone penetration, field measurements without the need to purchase equipment, the use of cost and maintenance costs significantly reduced. This paper introduces the main functions of the geophysical survey software based on Android.

Android; GNSS; the geophysical survey software

10.13442/j.gnss.1008-9268.2017.02.017

2016-08-15

P228.4

A

1008-9268(2017)02-0074-05

韓善鋒 (1983-),男,工程師,現主要從事嵌入式測量軟件開發工作。

曹鳳海 (1975-),男,高級工程師,現主要從事GNSS定位技術開發研究等工作。

劉瀟 (1975-),女,工程師,現主要從事GNSS定位技術研究及應用。

聯系人: 韓善峰E-mail: hanshanfeng_112@foxmail.com