基于JAVA和MATLAB的線路工程坐標計算程序設計

金蕾 南有杰 陳凱紅 岳迎春

摘要：結合MATLAB數值計算能力和JAVA的多線程網絡編程能力，開發出了具有線路工程放樣數據計算功能的WEB程序。該程序無需客戶端，實現了多程序設計用戶通過瀏覽器訪問指定地址即可。

關鍵詞：線路工程放樣數據計算;MATLAB軟件;JAVA語言;混合編程

中圖分類號：TU997

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）10-0225-03

1引言

線路工程由直線和曲線構成，放樣前要計算線路細部點坐標，這些坐標計算可用編程計算器或軟件處理。計算器內存小，計算效率低且不易完成復雜計算;軟件有GPS系統軟件、ARCGIS軟件、AUTO-CAD軟件等，這些軟件中都有一些內置功能模塊能實現計算，但它們的共性是計算模式固定，缺少靈活性，且通用性和移植性很差，對運行環境要求苛刻;而類似互聯網上的一些小型程序安裝包，因易感染BUG不放心使用。為此開發具有移植性、通用性的軟件有一定實際應用價值。

MATLAB具有高性能數值計算能力，JAVA具備多線程網絡編程能力，結合二者的特點開發出一款具有線路工程坐標計算功能的WEB程序，部署在自建服務器上，實現多程序設計用戶通過瀏覽器按指定地址異步訪問，無需客戶端，程序通用、方便、安全可靠，解決了以前一些方法應用中存在的問題。

2程序設計原理

2.1語言介紹

MATLAB是由MathWork公司推出的一種具有高性能的數值計算功能和可視化的軟件，是目前在科研領域和工程界中較為流行的計算工具。它集矩陣計算、符號運算、數值計算等功能于一體，并且附帶有針對不同領域的MATLAB工具箱，為各個領域的應用提供了極大便利。該編程語言語法簡單，功能強大。

JAVA是由SUN公司發布的一種面向對象的程序設計語言，在數據處理和分析方面的能力不足，但其語言本身安全性較高，擁有MATLAB所不具備的網絡編程與多線程功能。

2.2程序設計思路

利用瀏覽器進行數據的計算，需要用戶頁面，后臺的準備。基于JAVA、MATLAB兩種優勢互補的語言來進行軟件設計。利用分層結構進行軟件開發，不同的層負責不同的功能。顯示層負責與用戶的交互，業務邏輯層負責數據的處理計算。顯示層與業務邏輯層之間的控制器負責數據封裝，以便在JAVA中更好地使用這些數據，方便數據在瀏覽器服務器之間傳輸。程序流程圖見圖1。

2.2.1用戶訪問的頁面程序設計

利用HTML技術與JSP技術對用戶界面進行設計，使用戶界面簡潔易操作。用戶訪問界面見圖2。根據程序的設計要求，需要用戶輸入的起算數據為：曲線類型（圓曲線，緩和曲線）;曲線偏轉方向（左偏，右偏）;坐標系的選擇（假定坐標系，國家坐標系）;曲線轉角a，圓曲線半徑R，細部點間距h，緩和曲線長l，交點里程樁號K;交點對應的施工坐標系坐標以及曲線坐標系的旋轉角度。

2.2.2控制器及業務邏輯層

控制器及業務邏輯層同屬于后臺。控制器利用JAVA的多線程和網絡編程優點，完成頁面跳轉及數據傳輸。首先解析并封裝來自瀏覽器的數據，然后將數據傳人邏輯層，將數據儲存到域對象中供JSP讀取，最后利用JAVA的API工廠進行JAVA與MATLAB的數據傳輸，以便后續訪問中可以快速顯示結果，提升服務器的運行效率。

業務邏輯層計算在MATLAB中進行，可完成下面三方面的任務：封裝參與解算所需的參數;調用MAT-LAB并獲得返回值，封裝返回值并返回到控制器。

對用戶的選擇進行判斷，根據判斷結果來封裝不同的數據到數組之中。

例如：如果是進行圓曲線的計算且使用假定坐標系，則傳人參數為R（曲線半徑）、a（線路偏角）、h（細部點點距）、JD（交點里程）和px（線路偏向）。

封裝過程：

/**圓曲線封裝R，a，h，JD，px為double[]基本類型*/

其他情況的封裝過程與此過程類似。

2.2.3在MATLAB中計算放樣數據

線路工程放樣的主要任務是將圖紙上的設計線路的形狀、位置、寬度與高低在施工現場標示出來，用來作為線路施工的依據。根據工程類型的不同，其放樣工作也有所不同。

道路中線作為一條曲線，在規劃過程中通常有以下六種曲線形式：圓曲線，有緩和曲線的圓曲線，回頭曲線，復曲線，立交圓曲線，有非對稱緩和曲線的圓曲線。每種曲線形式所對應的數據計算的算法都不相同。下面列出有緩和曲線的圓曲線計算：

（1）曲線要素計算。

（2）細部點坐標的計算。

緩和曲線段計算：圓曲線段計算：

（3）里程計算。

（4）坐標轉換（由曲線坐標系轉換為施工坐標系）。

Xi=Xo+X'iCOSa-Y'isina

yi=YD+X'isina+Y'iCOSa

以上算法在MATLAB中實現，由于篇幅有限，下面僅列出坐標轉換部分。

function[xi，yi]=zuobiao（x，y，a，xO，y0）

%zuobiao此函數負責坐標的轉換

%坐標轉換，輸入參數為（x，y，a，x0，y0）

2.2.4服務器的搭建

Tomcat程序屬于Apache軟件基金會（ApacheSoftware Foundation）Jakarta項目中的一個核心項目。由于Tomcat的性能穩定，技術先進，而且還是免費開源，成為了目前流行的Web應用服務器。

部署Tomcat服務器分為以下幾個步驟：獲取Tomcat服務器程序;上傳文件至Tomcat服務器;設置服務器;啟動服務器。

3案例

有1帶有緩和曲線的對稱，參數見表1。

第一段緩和曲線半徑R=700m，轉角a=0.643183，緩和曲線長度1=90m，交點里程KO+584，為展示方便細部點點距設定為30m。涉及到坐標轉換：旋角a=2.2104862，X=494421，Y=446400。

數據輸入界面見圖3，輸出結果如圖4。

程序運行穩定，使用方便。經過與CASS計算值和計算器計算值比對，計算數據正確、可靠。

4結語

針對現有的線路工程放樣數據計算程序存在的問題，給出了利用B/S結構進行開發的方案。該方案進行了軟件的分層設計，用MATLAB實現平曲線與豎曲線的計算，根據用戶選擇進行輸入與輸出，實現了免客戶端、免系統環境支持的問題，應用方便，通用性好。經過多數據運行檢驗，程序可靠。

參考文獻：

[1]王永弟.Matlab在測量數據處理教學中的應用[J].地理空間信息，2013（6）：169～170.

[2]任文杰，王偉，馬松輝，等.MATLAB和JAVA的混合編程研究實現[J].測控技術，2009，28（1）：77～79.

[3]李青岳.陳永奇.工程測量學[M].北京：測繪出版社，2008：174.

[4]高張.康小軍.提高Tomcat服務器運行性能的研究[J].計算機與數字工程，2008，36（10）：203～205.