基于BLE4.0的智能靠尺測量方法與實(shí)現(xiàn)

楊顯 王志偉

摘 要：針對工程項(xiàng)目使用靠尺測量存在數(shù)據(jù)填寫易出錯，數(shù)據(jù)可能被篡改、難以保存和追溯的問題，提出了一種利用BLE4.0，將智能靠尺測量的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙通信傳遞給移動終端后再上傳至云端服務(wù)器的解決方案，最終達(dá)到數(shù)據(jù)防篡改、流程化測量的目的，提高了測量工作準(zhǔn)確性和效率，該方案已在“輕筑”項(xiàng)目中推廣使用。

關(guān)鍵詞：實(shí)測實(shí)量;智能靠尺;智慧工地;藍(lán)牙

中圖分類號：TH711 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：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

信息化是國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》中強(qiáng)調(diào)在建筑行業(yè)中，信息化是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提質(zhì)增效的必然要求，提出將增強(qiáng)信息技術(shù)集成應(yīng)用能力、取得數(shù)字化突破性進(jìn)展、提升數(shù)據(jù)資源利用水平和信息服務(wù)能力作為發(fā)展目標(biāo)[1-3]。因此，打造“智慧工地”[4]，更新改造傳統(tǒng)建造方法[5]，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級[6]，對建筑行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。為滿足智慧工地中質(zhì)量過程管理需要，項(xiàng)目參與方會形成一套完善并契合自身實(shí)際需求的實(shí)測實(shí)量規(guī)則要求。

實(shí)測實(shí)量是指應(yīng)用測量工具，通過現(xiàn)場測試、丈量而得到的能真實(shí)反映產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)的一種方法[7-9]。涉及的項(xiàng)目發(fā)展階段主要有主體結(jié)構(gòu)階段、砌筑階段、抹灰階段和精裝修階段，測量的范圍涵蓋混凝土結(jié)構(gòu)、砌筑工程、抹灰工程等內(nèi)容，指標(biāo)分為表面平整度/垂直度、水平度、開間、進(jìn)深等。傳統(tǒng)的測量方法依靠純手工作業(yè)，填寫數(shù)據(jù)時不但容易出錯、容易造假，而且停留在紙面上易丟失導(dǎo)致難以追溯，不能形成直觀的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)生價(jià)值。因此，如何規(guī)范實(shí)測實(shí)量過程中的流程和操作方法[10]，消除人為因素引起的數(shù)據(jù)篡改和偏差來提高工作效率和管控水平，成為亟待解決的問題。本文提出了一種利用智能靠尺進(jìn)行數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)發(fā)送—數(shù)據(jù)上傳的方法，人力成本從2人降為1人，單人操作在3 s內(nèi)測量一個點(diǎn)位，合理高效地解決了上述問題。

2 智能靠尺總體架構(gòu)

智能靠尺是智慧工地的核心工具之一[11，12]，其外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括1 m/2 m尺長切換鍵、HOLD發(fā)送鍵、測量類型切換鍵和電源鍵4個功能操作按鍵。智能靠尺為可展式結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際測量需要進(jìn)行尺長選擇;啟動電源后，可在垂直度/平整度與坡度之間進(jìn)行測量類型選擇;測量出數(shù)據(jù)后用HOLD鍵進(jìn)行鎖定并向移動終端發(fā)送數(shù)據(jù)。

智能靠尺由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分包括傳感器模塊、MCU和藍(lán)牙控制模塊;軟件部分由移動終端（Android/iOS）組成。與傳統(tǒng)藍(lán)牙通信對比，BLE4.0具備低功耗、低成本、向下兼容和跨廠商的先天優(yōu)勢，且具備啟動快、高可靠性特點(diǎn)，因此在硬件和軟件之間的通信采用該技術(shù)。測量時，通過平整度/垂直度、坡度的傳感器獲取測量數(shù)據(jù)，接著將數(shù)據(jù)經(jīng)MCU處理傳送至藍(lán)牙控制模塊，然后數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙控制模塊傳送給移動端，最后移動端將數(shù)據(jù)格式化后上傳至云端服務(wù)器，功能架構(gòu)如圖2所示。智能靠尺主要由測量功能單元組成，包括傳感器模塊、MCU、藍(lán)牙控制模塊。移動終端負(fù)責(zé)藍(lán)牙的打開與關(guān)閉，把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)和解析后，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上傳至云端服務(wù)器，同時根據(jù)需要把存儲數(shù)據(jù)在前端呈現(xiàn)測量結(jié)果。圖3展示了智能靠尺測量時實(shí)體之間的數(shù)據(jù)流向。

3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

碧得BDE-BLEM201是基于TI CC2541芯片設(shè)計(jì)的兼容BLE4.0低功率模塊，開發(fā)者無須了解協(xié)議內(nèi)容，直接使用類似串口通信方式開發(fā)支持低功率藍(lán)牙通信的智能產(chǎn)品，4節(jié)5號電池可支持使用數(shù)月時間。本文將該透傳模塊集成應(yīng)用到智能靠尺的測量功能單元中，透傳模塊把來自MCU串口接收到的傳感器數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙無線信道透傳給移動終端。

使用中，先將BDE-BLEM201透傳模塊配置為從設(shè)備，移動終端作為主設(shè)備，按照說明對透傳模塊對參數(shù)配置，包括串口配置、模塊名字、模塊角色、模塊狀態(tài)、廣播間隔、發(fā)射功率等[13]。在透傳模塊與移動終端成功建立連接后即可開始雙向的數(shù)據(jù)透名傳輸。

操作時，測量人員把移動終端貼附在智能靠尺上。操作交互的時序如圖4所示，具體交互步驟如下：

步驟1：初始化智能靠尺。

啟動電源后，選擇1 m或2 m的尺長，然后確認(rèn)測量類型：垂直度/平整度或坡度。

步驟2：初始化移動終端應(yīng)用。

移動端采用H5與原生頁面混合開發(fā)的方式，靈活高效地實(shí)現(xiàn)了H5與原生應(yīng)用的協(xié)作與交互，保證數(shù)據(jù)的傳遞與完整。

①確保移動終端藍(lán)牙打開，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好的情況下啟動APP進(jìn)入到實(shí)測實(shí)量模塊，獲取移動終端對藍(lán)牙功能使用的授權(quán)。

②選擇測量的樓棟及樓層，并在對應(yīng)的平面圖上點(diǎn)擊位置進(jìn)行測量點(diǎn)位的新增，最后選擇檢查項(xiàng)和檢查指標(biāo)。其中，檢查項(xiàng)包括混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、抹灰工程等11項(xiàng)，測量指標(biāo)主要包括垂直度/平整度、坡度。

③選擇測量錄入模式。提供手動和藍(lán)牙兩種錄入模式，錄入模式由后端控制，手動錄入是以防異常情況發(fā)生。當(dāng)用戶不能使用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)自動采集填充時，應(yīng)手動填寫數(shù)據(jù)。

步驟3：建立藍(lán)牙連接。

移動終端掃描設(shè)備，識別出智能靠尺后建立與移動終端的藍(lán)牙連接，同時停止設(shè)備掃描。給予用戶連接建立成功提示后，自動跳轉(zhuǎn)進(jìn)入數(shù)據(jù)錄入頁面。

步驟4：測量數(shù)據(jù)。

靠尺測量完數(shù)據(jù)點(diǎn)擊HOLD 按鍵進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。由于同一條數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)會重復(fù)發(fā)送多次，移動終端強(qiáng)制2 s內(nèi)對相同的數(shù)據(jù)不進(jìn)行重復(fù)處理。數(shù)據(jù)正則校驗(yàn)匹配成功后，自動填充在移動終端展示給用戶。

步驟5：錄入數(shù)據(jù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)滿足規(guī)定的條數(shù)后，用戶通過移動終端調(diào)用接口將數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器，上傳成功并給予用戶提示。

4 分析及結(jié)果

以本文在15個工程項(xiàng)目推廣使用的智能靠尺測量為實(shí)例進(jìn)行分析，表1統(tǒng)計(jì)出5個代表性項(xiàng)目及其使用的靠尺數(shù)量、抽樣測量點(diǎn)位數(shù)、爆點(diǎn)數(shù)。通過測量人員回訪得知：一個測量點(diǎn)位從以前的2人下降至1人，測量時間從5 s左右下降到3 s左右，效率提高近40%，該測量方法已在“輕筑”APP中上線并推廣使用。

以上測量方法能有效防止用戶篡改數(shù)據(jù)，在測量出錯率下降的同時測量效率得到大幅提升，獲得建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方的好評。同時，測量數(shù)據(jù)存儲在云端服務(wù)器后，對現(xiàn)場中存在的問題可以進(jìn)行追溯和分析，便于工程管控。

5 結(jié)論

本文針對智慧工地實(shí)測實(shí)量工作中存在的缺陷與不足，提出了一種利用藍(lán)牙通信對靠尺測量到的數(shù)據(jù)傳遞給移動終端再上傳至云端服務(wù)器的高效方法和流程，有效地解決了工地現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)可能被篡改、填寫易錯、不易保存、難追溯的問題。如何把測量設(shè)備與移動終端結(jié)合并集成更多的測量維度和方法，是下一步的工作重點(diǎn)。

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