测量软件

测量软件（精选十篇）

测量软件 篇1

某雷达信号模拟辐射源由多个波段设备组成,该系统要求实时监测模拟辐射源主动发射的参数已知的雷达模拟信号,提供载频,脉宽和脉冲到达时间(TOA)等测量参数。

适用本软件的硬件载体模块是设备中的参数测量模块,该模块主要实现对射频下变频到宽带中频的信号直接采样,采样后的信号直接进入FPGA芯片使用本软件处理。为减少设计的复杂性和系统设备量,系统要求各波段射频下变频到统一高中频,该中频大于300 MHz,信号带宽大于100 MHz,而采用的参数测量模块的采样时钟最高不超过200 MHz,由于信号中频频率远大于采样频率,因此本模块模拟信号采样形式是欠采样。如何有效地对欠采样的大带宽,高中频信号进行实时处理及传输,由本软件创新实现。本软件设计思想和方法可适用于通信,雷达及电子对抗领域。

1 设计思路

参数测量中的主要参数-频率参数的测量是难点。本软件提出了基于数字下变频(DDC)的数字正交化,用CORDIC算法实现的相位测量,再用直接相位差法数字瞬时测频的方法,最后在FPGA中完成工程实现,该方法适用于单频脉冲信号的高精度,快速实时频率测量,在窄脉冲的情况下也可以获得比较好的测量精度,同时该方法也适用于线性调频信号的调频参数测量(本项目主要测量脉冲单频信号)及其他参数测量。

本软件中处理的采样数字中频信号为:多种频率类型,多种调制样式,多种重频类型,常规脉冲脉宽跨度大:从几百纳秒到几百微秒;重频变化多:几十赫兹到几十千赫兹,在工作频带内伪随机捷变频。射频下变频到模拟中频的带宽大于100 MHz,而选用硬件模块采样时钟最高为200 MHz。因此主要的宽带处理要在数字化后的FPGA中用软件实现。一般取信号带宽为不超过采样时钟的40%,因此在这里信号采样后有部分混叠。针对既成的硬件条件,本模块采取变时钟采样,子带处理的设计思想:根据波段码和频段码将大于100 MHz的中频信号带宽分成4个子频带,每个子频带带宽为40 MHz。该子带的划分的前提是信号不混叠,依据是带通信号的采样定理,然后由软件分别对落入4个子带的不同脉宽的单频信号进行实时信号处理。

数字下变频(DDC)后的数字测频采用直接相位差法[1],直接相位差法测频的基础是I/Q基带信号的数字鉴相,传统数字鉴相的方法中的NCO是ROM查找表法,该方法缺点是当精度要求较高时ROM表非常大,本设计中采用CORDIC算法来实现数字鉴相。直接相位差法频率测量的基本思路是首先获得输入信号的I/Q复信号,通过CORDIC算法流水迭代获得瞬时相位值,然后计算相邻样本点的相位差,根据相位差以及采样间隔就可以获得信号的频率值。

2 CORDIC算法原理

本软件中数字下变频(DDC)是采用CORDIC算法[2]实现的数字本振NCO级联数字滤波器的设计,该方法特别适合FPGA实现,优点是高速流水线实现,不需要占用FPGA片内ROM资源,是以时间换资源。求模模块的数字下变频(DDC)中NCO也采用CORDIC算法实现,另外瞬时测频中采用CORDIC算法来流水迭代求相位,因此本软件中CORDIC算法被多处运用。

CORDIC算法全称:基于坐标旋转数字式计算机,最早是J.Volder于1959年提出,该算法包括旋转模式和向量模式,可进行向量旋转求三角函数,反三角函数和求向量的模等运算,算法的基本思想是通过一系列固定的,与运算基数相关的角度的不断正负偏摆以逼近所需的旋转角度。以后,J.Walther提出了统一的改进型,CORDIC算法可工作在6种不同的模式,其中,CORDIC算法的基本原理如下所示:

式中:(xi,yi)为输入矢量;(xi+1,yi+1)为输出矢量;αi是每次旋转角度;di是每次迭代旋转的方向;+1表示逆时针旋转,-1表示顺时针旋转。di=sign(zi)是旋转模式的旋转方向,对于向量模式:di=-sign(yi),求正弦,余弦值是用旋转模式,初值x0=x,y0=0,当n→∞,|z n|→0,则得xn=kx0cos z0,yn=kx0sin z0。数字下变频中的NCO就是用CORDIC算法的旋转模式求正弦、余弦。求相位是用向量模式:旋转的目标是使y趋近于0。CORDIC算法通过n次微旋转αi来获得φ的相位值,由zi+1=zi-di⋅αi,则当n→∞,|y n|→0,zi→φ=arctan(yi/xi),从而完成输入向量(xi,yi)的相位提取。

由于CORDIC算法可采用流水线型蝶形旋转结构实现,特别适合FPGA技术的实现,同时每级流水线只包括加减法,移位寄存器和tan-1(2-i)系数存储器,适用FPGA实现时占用的逻辑单元以及存储器资源比较少,如果输入的I/Q信号位数足够高,同时CORDIC算法流水线技术合适,可以获得高精度的相位输出。

本软件运行的FPGA芯片是EP2SGX90EF1152,该芯片包含90 960个逻辑单元,总RAM存储位4 520 448 b,嵌入式乘法器(18 b×18 b)192个。所有资源足以完成CORDIC算法和数字下变频(DDC)算法。

3 软件功能及构成

本软件主要完成雷达模拟辐射源多个波段信号参数实时处理,包括实现数字下变频(DDC)和信号参数实时测量,数据实时传输等。利用数字接收机的方法(或称数字鉴相法)对宽带高中频信号进行数字下变频,得到数字正交的基带复信号,再利用直接相位差法求信号频率参数。用计数器法求脉宽和脉冲到达时间(TOA)参数,利用秒脉冲接续计得脉冲的GPS时间参数。最后对测得的结果参数打包形成脉冲描述字(PDW)并实时上报。本软件是用Verilog硬件描述语言编程[3,4]在FPGA中实现硬件DSP功能。其中数字下变频(DDC)模块和频率测量模块以及CORDIC算法的实现没有采用ALTERA公司的IP核,为独立编程实现。

本软件包括以下几个主要功能子模块:数字下变频模块,频率测量模块,RS 422异步接口模块,数据求模模块,数据处理及实时传输模块等。

组成框图如图1所示,该框图也是本软件顶层软件的信号流程框架。

4 设计实现

经采样的中频信号进入数字下变频(DDC)模块,数字下变频的原理[5,6,7]如下:

设输入模拟中频信号为:

采样后得到序列:

式中ωc=2πf0fs。

本地数字振荡器(NCO)产生的正交信号为:cosωcn和sinωcn,与中频信号在混频器相乘后得:

通过低通滤波器,滤除带外倍频分量后可以得到有用的正交I/Q复信号:

由于信号的采样频率较高,也就是式(3)的I(n),Q(n)速率较高,一般远大于窄带信号的带宽,这时可对其进行速率转换(抽取)以降低此时的输出速率。以上的推算中数字混频实现了频谱搬移,数字滤波和抽取实现了有用信号提取。通常的DDC滤波器设计[8]是采用积分梳状(CIC)滤波器或半带(HB)滤波器作预处理,后用FIR滤波器做进一步成形滤波处理。本设计中信号带宽较宽,所以不适合采用CIC滤波器,而采用半带(HB)滤波器级联FIR滤波器的结构。数字下变频框图如图2所示。

半带滤波器适用于抽取率为2n情况,计算效率高,实时性强,半带滤波器特性有:滤波器偶数序列号(不包括0)冲击响应为0;HB滤波器频率输出抽取1/2后过渡带有混叠,通带无混叠;HB滤波器要求通带和阻带纹波相等。

根据HB滤波器特点以及滤波器系数对称性设计的HB滤波器需要的乘法器的数目是普通FIR滤波器的1 4,设计结构采用常用的横向滤波器结构,适合FPGA高速实现,一般作为DDC的前级滤波器。HB滤波器实际上是一种特殊的FIR滤波器。

图2DDC中有限冲击响应(FIR)滤波器主要目的是对整个通道信号进行整形滤波,作为基带低通滤波器,由于FIR滤波器位于半带(HB)滤波器之后,经过抽取数据率相对较低,因此阶数可以设计的比较高,可以获得较好的性能(通带纹波,阻带衰减以及过渡带带宽等)。一般常用的FIR滤波器是线性相位的,具有系数对称结构,总运算量可减少一半。DDC输出的高信噪比,高镜像抑制度I/Q复信号可以作为后续的频率测量和脉宽测量的输入信号。

在数字下变频模块中,本振信号的频率字(FTW)受控于频段码和波段码,根据不同的码值加载不同的频率字。数字本振(NCO)是利用CORDIC算法迭代实现的,数字混频是采样的数字信号与数字本振NCO相乘,实现了该频段的频谱搬移,之后是滤波处理,相乘后的信号经18级半带滤波器滤波并二分之一抽取,再经32阶FIR滤波器滤波并二分之一抽取,最终数据率降为原采样率的1 4,得到正交的I,Q信号。

模拟信号的瞬时频率f(t)与瞬时相位φ(t)的关系为:f(t)=[dφ(t)]dt,则在数字域瞬时频率fi和瞬时相位φi的关系为:fi=(φi+1-φi)(2πTs),φi为CORDIC算法计算获得的第i个样本点的相位值,Ts为采样间隔。频率测量模块就是利用上述数字下变频模块的I/Q信号,用直接求相位差的方法测频,即先求相位φi,φi=tg-1(Q(i)/I(i)),Q(i),I(i)分别为正交双通道下变频值,再计算相邻点之间的相位差Δφi,依据相位差可测得到信号的频率值fi,若是用查找表法求相位,要用很大的ROM资源存储(Q(i)/I(i))映射到φi的值。本软件采用CORDIC算法多次迭代求相位φi。相位的精度取决于迭代的次数,迭代的次数越多,越无限逼近实际相位。但是受限于窄脉冲的测量,迭代次数又不能太长,太长则无法有效测得窄脉冲的相位和频率,本系统的最窄脉冲为0.5μs,本模块中相位是根据CORDIC算法的矢量模式取23级流水迭代而得。该模块频率值用30位二进制数表示,精确到赫兹。实际测的频率值是中频的频偏值,最终的射频频率值在数据处理和传输模块中考虑不同情况分别计算。由于直接相位差法测频对噪声的影响比较敏感,因此最后需通过多点平均可获得高精度的频率。

将中频采样的中频信号送入信号求模模块,同样先将信号数字下变频(DDC),由于信号脉宽与采样的样本点有关,样本点越多,分辨率越高。为提高脉宽测量的精度,中频经数字下变频滤波后的数据只1/2抽取。直接经32阶FIR滤波器滤波并1/2抽取后数据率降为原来的1/2,将该信号送入信号求模模块,对正交的I/Q信号求模,也就是数字检波,以往的求模也是采用ROM查找表法,在不影响精度的前提下求模采用近似算法[9],该算法只有乘加运算,适合在FPGA中运用,计算公式如下:

abs(L)=max(abs(I),abs(Q))abs(S)=min(abs(I),abs(Q))

模值:

近似求模运算法最大偏差不超过0.12 dB。

因为求模并不是目的,求模只是为了提取脉冲沿的信息,有了沿的信息就可得到脉冲到达时间及脉宽信息。根据求得的模值特征设定比较门限,当模值超过门限时即可判定是脉冲信号,当判定是上沿时开始计数,当判定是下沿到达时停止计数,计算上下沿的总长度即为脉宽,本摸块的脉宽测量精度可达20 ns左右。

RS 422异步接口模块主要是实现直接对计算机板的RS 422异步串口通信,用以接收计算机发送过来的GPS时间数据,RS 422串口波特率是14 400 b/s,发送数据8位,起始一位0,停止一位1,每个字节共10位,接收任务是该模块通过用将采样时钟经数字锁相环锁相输出的16倍串口波特率的时钟将RS 422串口数据可靠地接收下来,确保在数据中间取数,每个字节先发低位,依据该GPS时间数据结合秒脉冲在本模块内继续计时,以供数据传输时实时取数打包结合其他参数形成脉冲描述字。

数据处理及实时传输模块:本模块先对来自频率测量模块的频率值作自适应多点求均值处理,所谓自适应即是自动调整求均值样本点数,有8点平均,16点平均,32点平均等,因为CORDIC算法采用了23级流水迭代,在窄脉冲的情况下有效数据只有一两个,因此在满足窄脉冲测量精度的前提下,尽可能采用多点平均,这样可提高宽脉冲的测频精度。再结合各波段各频段的情况计算出此时模拟辐射源的射频频率值。最终上传的频率值是发射射频信号频率值,需重新计算射频频率值,计算公式为:射频频率值=各波段中心频率值+各频段中心频率值+频偏值,此时的频率值为30位,精确到赫兹,受高重频传输数据的限制,不可能传输长序列数据,在满足测量指标要求前提下对频率值作截位处理,用19位二进制数表示,此时频率值精确到1 kHz。

本软件有一个200 MHz计数器作为本机秒脉冲接续计数的时钟,秒脉冲的前沿触发复位并开始计数,循环计数,因此秒脉冲的计数精度为5 ns。脉冲到达时间TOA的计算是当判定的脉冲上沿到达时记下此时的计时的时间值。因此TOA的精度也为5 ns。

另外来自RS 422接口模块的GPS时间数据在此接续计时,形成时分秒时间值,该时间值也比外送的GPS时间值精度高得多,这都得益于FPGA采用了EP2SGX90系列器件,能够运行200 MHz时钟。最后GPS计时值与频率值,脉宽值和TOA值按传输协议形成脉冲描述字(PDW)通过RS 422同步串口以10 Mb/s数据率实时发送出去,传输是当最后一个测量参数计算出来后开始打包发送。参数测量数据为同步串行一帧一帧传输,每帧88 b,每个重频周期传送一次,数据格式为:字头5H(4 b)+GPS时分秒(17 b)+频率值(19 b)+脉宽(16 b)+TOA值(28 b)+字尾AH(4 b)。

5 结语

本系统的参数测量模块实际上是软件无线电的应用,软件大框架不变,只要修改部分参数就可完成不同的任务。如只要改变NCO的频率字(FTW),并修改滤波器系数,就可完成不同中频及带宽的信号采样及下变频处理,因此使用硬件描述语言编程完成了大部分硬件功能或硬件不方便实现的功能,使硬件的设备量大大减少,系统成本也大幅降低,设计也更灵活。本软件已在某雷达产品中使用,验证,效果良好,具有一定的借鉴和示范作用,可适用于通信,雷达及电子对抗领域。

参考文献

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[3][美]PALNITKAR Samir.Verilog HDL数字设计与综合[M].北京:电子工业出版社,2004.

[4]吴继华,王诚.Altera FPGA/CPLD设计(高级篇)[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[5][美]TSUI James.宽带数字接收机[M].北京:电子工业出版社,2002.

[6]杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2001.

[7]姜宇柏,游思晴.软件无线电原理与工程应用[M].北京:机械工业出版社,2007.

[8]王世一.数字信号处理(修订版)[M].北京:北京理工大学出版社,2004.

测量软件 篇2

反常霍尔效应虽然已被发现一百余年,但对其产生机理现在仍存在不同的.观点.本文介绍了一种可连续控温的霍尔效应测量系统.该系统的电路采用相干双交流电桥;在LabVIEW软件平台下,以LabVIEW和C混合编程完成整个系统的控制,该系统可实现从液氦温度到室温的精确控温、仪器的远程控制和数据的采集处理,用于镍薄膜的霍尔测量,效果良好.

作 者：樊英民 宋小会 张殿琳 FAN Ying-min SONG Xiao-hui ZHANG Dian-lin 作者单位：樊英民,FAN Ying-min(西北大学现代物理研究所,西安,710069)

宋小会,张殿琳,SONG Xiao-hui,ZHANG Dian-lin(中国科学院物理研究所,北京,100080)

测量软件 篇3

关键词：GPS，水深测量，延迟差，水深点错位，校正系数

1 前言

长江航道部门在航道整治工程、码头修建以及城市沿江规划等工程上，为了确保施工质量，通常采取大比例尺的水深测量，比如1：500；1：1000的水下地形测量。实践中发现，在水上测量软件中GPS距离定位模式采集数据会产生延迟差，往往会对河岸、航道边坡水深产生一定的影响，造成水深点错位、等深线不平滑，严重时河岸、航道边坡等深线呈波浪形或“S”形，信标机测量不太明显，RTK测量则比较明显，而且是测图比例尺越大越明显。工程质量不能满足设计要求。

对于GPS距离定位延迟所产生的测量成果有误的问题，应用“processlag”工具软件可在GPS定位数据后处理时进行定位延迟改正，使水深测绘成果符合系统测量要求和水深测量规范要求，以满足测量单位在大比例尺水深测量方面获得理想的测绘成果。

2 “processlag”工具软件进行延迟改正

“processlag”软件的功能是通过进行延时修正，来帮助我们解决时间延迟所造成的水深点错位问题。

该工具软件无须安装，只须拷贝到桌面即可使用，使用时双击该工具软件图标 ，打开工具软件界面，如下图窗口所示，“滞后校正系数”是指需要改正的延迟差，而延迟差是通过测量时的平均航速求算出来的，也可以通过该工具软件的平均速度获得，“滞后处理”是指要修正定位延迟的原始数据文件打开路径和文件名即“打开文件”，“保存文件”是指对处理后的文件进行保存的路径和文件夹，该功能为单一数据文件处理，也就是说每次只能处理一个数据文件，而批量处理则是可以同时选定多个数据文件进行批量处理，处理后的数据将被保存在默认的“processlag”文件夹内，在批量改正时，每次所选定的原始数据文件不能超过15个，在做批量修改是应注意批量选定的顺序与编号来避免漏改，修改完后应检查“processlag”文件夹内的经修改后的数据文件是否与要修改的文件数一致，不一致时则说明有出现漏改的现象，只要仔细查对线号就能知道没修改到的文件，这时只需要补上即可。

滞后校正系数，我们可以理解为滞后校正时间，它是根据软件求解一条测线的平均速度或者结合工程中的经验值来确定的。我们这里以延迟0.8秒值来举例说明：首先在“滞后校正系数”栏内输入0.8，之后选择要进行延迟改正的原始数据文件和确定要保存文件的路径，进行滞后处理，打开的原始文件和修改后的文件格式均为*.org格式文件。

保存文件：修改后所要保存文件的路径与文件夹名可由自己确定，而保存的文件类型仍然是*.org文件。

3 “processlag”软件可进行数据的批量处理

批量处理方法同上，必须注意下面几点：

1）选择打开的文件不能过多（<15，根据单个文件数据量的大小可能存在上浮或下调），过多会出现文件打不开的情况。

2）批量处理的保存路径不能进行设置，软件会在原始数据文件夹下自动生成名为 的文件夹，修正后的数据也将自动保存在这个文件夹内，保存类型也为*.org文件。

3）批量处理时，可能存在不同线之间速度差别很大的情况，在选择时应该注意，最好是取平均速度。

4）批量处理时，原始数据格式不正确的情况下，软件是无法进行修改的，但在处理后也会生成一个空的新文件。

4 GPS定位数据延迟改正前后效果对比

（图一）是宜昌航道白洋码头没有经过延迟改正的水下测量地形图。测量仪器：GPS定位仪器为南方灵锐S82T，测深仪型号为无锡HY1601。测量参数：测图比例为1：500，定位点距4米，中央子午线111，北京-54椭球，投影方式为高斯投影。测量导航软件是南方自由行软件，测量数据经过数据后处理后所得出的DAT数据文件在南方CASS7.1成图系统下进行成图。从下图中可以发现：等深线不平滑，严重到航道等深线呈波浪形或“S”形，存在水深点错位迹象。该地形图既不美观，测图定位精度和成图质量也不高。

（图一）

（图二）是宜昌航道白洋码头GPS定位数据经过延迟改正后的1：500水下测量地形图：从图上可以看出，等深线光滑流畅，图形美观，成图质量良好，消除了水深点错位迹象。所以大比例测图时，必须经过数据延迟改正后才能进行成图。

（图二）

5 结束语

目前广大的测量用户测量平面定位均普及为GPS RTK定位，在水上RTK测量时受测量软件数据传输速度及自身缺陷制约存在距离定位延迟差。因此，建议测量单位在工程大比例尺水深测量时尽可能采用时间间隔来采集，这样就能大大减少软件推算的距离差，产生明显的错位而导致成图质量的降低。总之，在工程测量时，增强工作责任心，保持均匀的测量航速，在“processlag”软件里严格进行数据延迟改正，将大大提高定位精度和成图质量。

导线测量实用软件的设计开发 篇4

在测绘与工程测量中, 所涉及的数据计算、绘图、数据库管理、数据分析等, 往往都可以使用计算机来完成。随着现代测绘技术的发展, 使得对于工程测量数据处理的软件有更高的要求。

这使得传统的基于DOS平台、面向过程的结构程序设计语言已不能满足开发测量应用软件的需要。随着编译技术的不断发展, 各种各样的开发工具应运而生, 微软公司推出的Visual Studio 2008便是其中之一。

Visual Studio 2008支持.NET framework 3.5, 并且同时支持以前.NET framework版本。设计Visual Studio 2008的目标主要有三个:使开发效率大大提高;使团队在开放过程中更好的合作;可以对于一些微软的最新技术进行开发和应用。同时, 在VB中加入了对LINQ的支持, LINQ使数据库语言和开发语言能很好的结合起来, 使用户运用VB语言编写出类似于SQL语句的指令。这样VB不仅能够获取数据, 而且还能够对数据进行复杂的运算。使得VB集成开发环境的开发效率有了很大幅度的提高, 让编程过程变得更加智能, 更加简洁。

在实际的测量工作中, 在野外测量的数据往往需要进行各种计算后才能应用。运用程序设计进行计算的特点是:计算速度快、精度高、数据处理自动化, 从而把工作人员从繁重的计算工作中解放出来。

在工程测量中, 提供了先进的技术工具和开发手段, 为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件。这些先进的设备以及软件, 将野外采集的数据与微机结合起来, 形成一个数据采集、数据处理、输入、输出的自动化系统。

1 设计内容及方法

1.1 研究的内容及目标

(1) 导线测量的计算; (2) 支导线的计算; (3) 仅有一个连接角的附合导线的计算。

1.2 设计程序的目标

(1) 程序逻辑结构简单, 清晰易读; (2) 运算速度快, 占用内存小; (3) 数学模型及计算方法正确, 计算结果精度高; (4) 适应性强, 便于移植, 尽量满足不同要求与需要; (5) 用户界面简洁美观, 方便操作;尽量减少手工处理工作量, 人机交互性强。 (6) 数据输入方式简单统一, 输出简洁明了, 数据的查询快捷简便, 有详尽的帮助功能, 方便用户。

1.3 技术路线

2 导线测量说明

2.1 导线测量:

导线测量是指在地面上按一定要求选定一系列点, 依相邻次序连成折线, 并测量各线段的边长和转折角, 再根据起始数据确定各点平面位置的测量方法[6]。

2.2 导线的布设形式

(1) 支导线:支导线是从一个控制点开始, 既不闭合于起始的控制点, 也不附合于其他控制点, 如图2所示。

(2) 附合导线:导线是从一个已知控制点开始, 闭合于另一个的已知控制点, 如图3所示。

(3) 闭合导线:导线是从一个已知控制点开始, 闭合于同一个控制点, 形成一个闭合多边形, 如图4所示。

2.3导线测量的计算及软件开发

2.3.1支导线的计算

如图5所示, 已知直线AB的坐标方位角αAB[7], 由式 (1) 计算出各边的坐标方位角αi;其中当βk为左角时, 取“+”;当βk为右角时, 取“-”。

再由各边的坐标方位角αi和以及各边的边长Si, 由式 (2) 计算出各导线点的坐标增量Δxi、Δyi;

再由式 (3) 计算出各导线点的坐标.Pi (xi, yi) 。

支导线的计算

2.3.2仅有一个连接角的附合导线的计算

如图6所示, A、B为已知点, βi为转折角, Si为导线边长, 求出各个未知点的坐标xi, yi[8]。

此过程与支导线计算相同, 不同的是由于B点是观测点, 观测值xB, yB与计算值xB′, yB′的结果必然不同, 将产生坐标闭合差fx、fy, 见公式 (4) 。

再按照各导线的边长成比例的改正其坐标增量, 其改正数为:

改正后的坐标增量为:

再计算出各导线点的坐标.Pi (xi, yi) , 此时B点的坐标为已知值。[9]

仅有一个连接角的附合导线的计算

3 导线测量计算大软件界面设计

“导线测量”的子菜单如图7所示。

3.1 支导线的计算

单击如图7子菜单上“支导线的计算”按钮, 打开如图8。

单击“下一点”按钮, 自动计算出支导线上下一点的坐标, 如图9。

输入观测值, 单击“下一点”按钮, 自动计算出下一点的坐标;

点击“上一点”按钮, 打开图8可查看上一点的已知值和坐标。

3.2 仅有一个连接角的附合导线的计算

单击如图7子菜单上“仅有一个连接角的附合导线的计算”按钮, 打开如图10。

单击“下一点”按钮, 自动计算出下一点的坐标, 直到全部点都计算完, 单击“改正”按钮, 弹出图11。

单击“下一点”按钮, 进行改正, 弹出图12。

单击“下一点”按钮, 改正下一点的坐标, 直到全部点都计算完。

4 结束语

此程序简单易学, 方便实用。可以让测量工作者对测量的平差过程及原理有更深入的了解, 促进了对测量平差知识的认识和理解, 极大的方便了测量施工。

摘要：随着现代科学技术的发展, 工程测量无论是在测量方法、测量仪器还是数据处理方面都得到了质的飞跃。众所周知, 测量数据的处理是一件既繁杂又精细的工作, 一旦这个环节出了问题, 前面的测量工作就会失去价值。这就要求我们能够利用现有的计算机技术以及各种开发工具快捷、精确的得出处理结果。进入21世纪, 计算机的发展无论是在软件上还是在硬件上, 都能够满足各种系统开发的需求, 因此不断涌现出各种开发工具, Microsoft Visual Studio 2008便是其中之一。Visual Studio 2008可以对多种语言进行开发, 而且还可以进行自动构建, 并且得出构建结果。其中, 基于Visual Basic.net语言的智能设备的集成开发效率有了很大幅度的提高, 使程序开发变得更加简洁, 更加智能。运用Visual Basic语言, 通过Visual Studio 2008开发环境, 研究开发了基于智能设备的导线测量的计算程序, 可以对测量的数据进行处理、传输、存储、查询等功能。

谈安卓系统的测量软件开发技术论文 篇5

现阶段，社会上越来越普及安卓操作系统，具备使用方便、价格低、功能强大等特点，开源性系统是其基本动力，能够在不同行业中得到大量推广，并且逐渐取代其他形式的掌上设备，因为设计开发时间相对比较长，需要建立符合实际情况的平板电脑和安卓手机测量软件开发系统，设计基本功能模块。

1测量软件开发中应用安卓系统的重要性

1.1安卓系统的操作性和实用性比较强

随着日常生活中不断普及智能手机，给人们生活带来严重影响，安卓系统的可操作性和实用性比较强，已经成为众多系统中比较出色的系统，逐渐成为目前使用最多的移动终端系统。此外，安卓系统基本属于开源系统，促使用户使用和设计开发的时候十分方便，测量过程中安卓系统能够有效解决测量条件、环境等问题，以便于全面提高测量的准确度。

1.2安卓系统可以提高测量效率

为了能够有效提高测量的质量以及效率，合理应用Java语言来开发和设计安卓系统，基于此建立相应的测量软件，不但能够实时记录、保存和传输测量以及采集数据信息，还能够保留界面中原始记录，以便于全面提高测量效率，达到降低测量工作量的目的[1]。

1.3安卓系统能够解决测量外业不续航现象

外业测量的过程中，因为野外、隧道、井下等环境影响和限制测量工作，促使测量的时候已经逐渐不能应用传统设备。随着不断发展信息化技术，外业测量过程中急需要开发新技术。现阶段外业测量过程中经常应用测量软件平台就是PDA平台，虽然能够在一定程度上提高工作效率和质量，但是由于PDA具备比较小的屏幕，使用的时候十分不方便，促使不能完全满足测量实际需求。测量软件中合理应用安卓系统的可操作性、开源性、实用性比较强，可以完全满足测量中不足续航问题。

2测量软件程序功能

测量软件具备比较小内存和安装包，操作方便和简单。开发过程中主要就是应用sqllite和Java嵌入式形式。用户应用测量软件的时候能够对检查角进行随时检查，并且及时进行保存记录。依据系统实际情况用户可以随时修改数据信息。依据国家相关标准以及观测等级来对光标位置进行自动移动。超限检查的过程中，如果系统超限，系统会提出GO字样。如果出现偶数站，系统中需要提示输出信息，按钮从红色自动变为绿色，对数据进行记录，为了不丢失系统数据，需要设置能够及时保存的保存按钮。依据相关统计结果可以发现，利用空间数据处理软件，来促进自动形成结果电子表格。设计系统软件的基本功能有，打开软件、文件保存、新建文件、删除文件等。存储外业记录数据。测量软件中应用安卓系统，需要合理设计外业记录管理测量的软件模块，以此来添加、创建、备份、浏览测量数据，此外，这种外业模块需要能够创建数据输入口，以便于达到存储数据的目的。传输外业数据。测量软件中应用安卓系统实际上就是传输以及接受计算机和移动终端、移动终端之间的数据[2]。

3程序设计开发

3.1开发程序的环境

开发系统软件之前需要对开发软件的环境充分了解，搭建好环境才能够开发系统软件，主要包括JDK安装、AndroidSDK安装、myEclipse安装、ADT安装、创建AVD。

3.2建立新程序

（1）点开Eclipse、文件新建、工程，会呈现新的提示框，然后点击安卓工程、下一个项目，输入工程名称，选择需要设计的平台，然后输入应用包名称和程序名称，然后打开LevelAc-tivityjava，会显示错误提示，主要就是由于会形成自动默认语句，但是系统中没有主页。解决上述问题的基本方式就是，新建xml文件，选择安卓xml文件，点击下一个，输入main文件名，选择Layout文件资源，然后点击Finish完成创建[3]。（2）打开Windows中的AndroidSDK以后，选择符合实际情况的模拟环境，然后点击NEW按钮，出现提出输入名称的对话框，选择设计预期平台，然后点击CreateAVD以后关闭系统。点击Run菜单中的Configurtions，创建新文件输入名称，选择新建的文件点击OK和APPLY按钮，然后对DONothing项目点击Run按钮，完成工程创建[4]。（3）添加头文件。安卓软件开发的时候Java语言是最重要的关键技术，需要完全了解C++语言编程，安卓数据开源性系统，已经具备一些相对成熟的功能，实际操作设计的时候可以直接应用，基于此能够更方便进行编程。（4）SQLite操作数据库技术。Android为系统提供SQLite数据库，一般都是适合应用在比较小设备上，但是能够拥有强度功能，数据库能够管理所有数据，名称为SQLiteOpenHelper的数据库包，直接对Java文件进行复制，工程选择右键粘贴[5]。

4测量软件中应用安卓系统的设计

应用软件开发的时候，开发的关键就是数据存储。安卓系统中存储数据的基本方式就是SQLite数据库、系统配置、文件存储、网络存储等。文件存储、SQLite数据库、系统配置主要就是依据测量软件来存储系统内部数据信息。安卓系统为了能够不断简化数据库，具备两种操作方式。第一，SQLiteDatabase类，这种方式主要就是封装数据库系统的API函数，封装数据库系统包括执行SQL指令、query、、等操作。数据系统中，依据外业测量数据安卓系统能够记录相应特征，依据不同功能建立四个表，所有的表都具备相对应的数据功能，依据特定字段合理连接每张表。利用pointid方式对水准路线记录表、导线记录表和坐标记录表进行连接。坐标记录表中能够存储结算以后控制点位置信息，利用从Ctrlpoint来区分不同未知点和已知点的数据信息。依据poin3id、point2id、point1id来记录已知点坐标就是交会记录表，能够搜索坐标记录[6]。交会测量的.时候需要分析两种方式测角交会和测边交会。实际应用测量软件的时候至少需要存在三个控制点数据信息，设计所有字段的时候需要依据实际情况来合理设置交会测量的四个字段，right2data、right1data、left2data、left1data，此外，还应该测量复用存储角和复用存储边。上述四个结构记录表中，不但需要具备coordinate表，还需要具备area字段，从而来达到区分以及查找每张表和区域的关系。如果coordinate表中没有合理设置area字段，分析不同条件情况下划分控制点坐标的测量区域存在不同的情况，从而来防止测量外业数据的时候出现混淆。在实际测量软件中应用安卓系统能够抽象出现FeatureObject，依据上述数据信息可以形成三个派生类，水准路线类Levobject、交会类corobject、导线类Troabject，其中主要包括一个或多个类构成，通过高程、平面坐标构成的是坐标点类SurPoint。也就是说测量软件中应用安卓系统来使用数据库的时候，主要就是传递数据的时候把抽象对象作为传输参数，并且这种技术能够在不同坐标点上执行相同的数据操作，以便于能够降低系统中传递参数的个数，也能够简化其他调用数据库，可以在一定程度上避免过于复杂的数据，方便工作人员进行维护，此外，抽象对象还能够传递其他模块模块数据，以便于不断扩展系统[7]。

5测量软件中安卓系统的具体应用

测量软件中应用安卓系统的时候，用户选择运行以后就够十分快速的进入到主操作界面，一般情况下测量外业工作数据的时候都具备比较一致的记录数据表格，因此为了能够更加方便的进行记录数据，利用以上方式来设计表结构，设计记录数据主页面的外业测量水准线路记录格式、导线测量记录格式。外业测量过程中充分分析单一导线，利用导线前进方向可以把水平较分为右角和左角，因此实际应用测量软件爱你的时候需要适当调节右角和左角选项[8]。交会测量系统数据后，设计侧边和侧角两种交会类型，利用交会测量设计类型来合理选择和记录距离和角度，并且需要能够随时切换上述两个选项，此外，通过具体分析交会测量实际数据和相关规范需求，需要具备三个已知交会点，因此，设计输入界面的时候，应该设置四个水平角或者三个距离输入选项。不管是交会测量记录表、导线记录表，还是水准记录表，完成每一次数据测量以后，都需要核算测量数据。例如，测量水平角或者测回红黑面读数差或者上下半测回差值，实际操作的时候需要对项目进行严格规范，如果出现超过限制的测量结果，系统会提示警告。完成交会记录测量的时候，相关人员需要依据实际情况来计算导线平差和交会测量类型，此外，依据查询和检测坐标记录表来详细浏览和规范系统目前测点坐标和控制点坐标，以便于保证能够平稳运行安卓系统测量软件。安卓系统测量软件设计的蓝牙传输数据模块主要就是依据BluetoothAdapter类，利用计算机和终端设备中的计算机记录表接收数据和传输数据。基于此设备中能够接收和传输文本、表格形式的计算结构和记录表，这种方式能够在一定程度上方便传输测量结果，为以后保存和浏览数据提供参考依据[9]。

6结束语

综上，在分析安卓系统测量软件的时候，不但需要计算机和移动终端、移动终端之间进行接收和传输数据，实现单一导线测量外业记录、水准线路测量外业数据、交会测量外业数据的目的，此外，在具体分析外业测量实际需求的基础上能够细化设计系统功能，实际设计测量软件的时候需要使用安卓系统来分析和管理测量数据，这种测量方式不但能够方便人员操作移动终端，还可以最大限度降低工作量，达到无纸化操作记录的目的。

参考文献

[1]何耀帮，赵永兰，武安状，等.基于安卓系统的测量软件开发技术[J].北京测绘，（3）：68~72.

[2]李新春.基于安卓系统的测量软件开发技术[J].计算机光盘软件与应用，2013（21）：280~281.

[3]唐应兵，刘明哲，庹先国，等.基于Android的肺部剂量γ能谱测量系统[J].核电子学与探测技术，2013（9）：1165~1168.

[4]陈裕雄.安卓系统的测量软件开发及应用[J].无线互联科技，（16）：53~54.

[5]王晶，阮林波，渠红光，等.基于安卓的便携式无线多道能谱测量系统[J].强激光与粒子束，，26（12）：194~199.

[6]张心苑，杨琳，王静，等.基于安卓操作系统的伤口面积测量软件设计[J].中国医学装备，2014，11（8）：29~32.

[7]张菁，陈勇，曹杰，等.安卓程序设计在测量程序开发中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015（19）：1562~1564.

[8]刘一，任占兵.基于USB接口的远程安卓手机心电测量系统的设计[J].计算机测量与控制，2014，22（11）：3512~3514.

含水率测量虚拟仪器的软件设计 篇6

高含水阶段的原油含水率和石油产量基本成线性关系,准确及时获取含水率信息对石油工业来说至关重要。石油工业的输油系统中的油气水三相之间存在相互作用力,现场机械噪声大,含水率信号微弱,造成了含水率的测量难度较大的问题。噪声类型主要是各种电磁干扰,强噪声中提取微弱信号是信号检测的难点。本文针对电极系测量含水率方法中的含水率信号的特点,在Labview平台上开发开发研究了一种能够配合实现实时采集、显示、处理、存储功能虚拟仪器的软件系统。

2 电极系测量含水率原理简介

根据电导法测量原理,石油工业发展了电极系测量含水率的方法。电极系测量含水率的传感器由四个电极环组成,如图1所示。电极环1和电极环4构成激励电极对,加载恒压源Us ;电极环2和电极环3构成测量电极对,测量两个电极环之间的电压Ut 。

假设恒压源的参考电阻是R ,测量电极的参考电阻两端电压是Ur ,则被测流体的等效电导率σ可以表示为 :(1)。式(1)中,k是由传感器的结构、材料决定的一个常数。

在石油工业现场存在各种机械噪声,测量电极获取的有用信号相对现场的噪声来说显得十分微小,含水率有用信号完全被淹没在噪声信号中,如何快速有效地开发一种合理的测量系统成为了是否能够实现含水率准确测量的关键性问题。

3 虚拟仪器软件系统设计

LabvView以计算机作为仪器统一的硬件平台,能从外观到功能都完全与传统硬件仪器达到一致,同时又可以充分享用计算机智能资源,能提供直观友好的测控界面、丰富的数据分析与处理功能,非常适合处理含水率测量信号微小且需要实时显示的问题。

虚拟仪器系统由硬件和软件两大部分构成,如图2所示。本文设计的虚拟仪器采用数据采集设备是PCI-8002总线数据采集卡,它的采样速率可以达到40MHz,精度可高达12位,完全能够满足电极系含水率信号的采样的需求,配合图形化编程语言LabVIEW2009,共同实现了对含水率信号的实时采集、显示,并在线进行相关的数据处理和数据的分析,最后存储得到的含水率数据,以便于日后对油井甚至整个采油区的生产状况进行数据分析。

根据电极系测量含水率信号的特点, 该系统程序设计流程图如图3所示。

3.1 驱动及设备初始化

PCI-8002数据采集卡对LabVIEW提供完备且丰富的支持,它的驱动函数是在底层的基础函数上进行高度封装的,所以无需了解复杂的硬件知识和控制细节,可以直接使用上层用户函数。设备初始化的程序如图4所示。

3.2 数据采集及实时处理

数据采集就是将被测对象的各种参量通过相应传感元件做适当转换送到计算机进行数据处理或存储记录的过程。数据采集部分是整个虚拟仪器设计的核心, 本部分实现的任务就是通过电极系测量含水率传感器从被测对象获取有用信息, 转换为数字信号后,送入计算机进行信号处理,得到含水率实时数据。具体的程序如图5所示。

对于石油工业来说,油井实时数据的存储非常重要。清楚地记录每口油井开采过程中的各项参数,对日后将油井作为样本分析开采方法,制定合理的开采计划具有指导性的意义。根据石油工业的这种需求,编写了在石油工业能够比较通用的实时存储程序,如图6所示。该程序在记录相应的参数数据时,还能注明油田名称、井号、操作人员、试验时间等各项信息。这样不仅能够对单个油井的情况进行详尽的分析,还能对整个油区不同情况进行对比分析,有利于将目前的开采方案等作为案例进行研究。

3.3 用户前面板

友好的用户前面板方便用户快速熟悉各项功能,各项测量参数实时显示,有利于测量人员直观地看到各项参数的改变,实时掌握油井各项参数的动态变化, 及时对开采方案作出调整,测量前面板如图7所示。

4 室内含水率测量模拟试验平台试验 结果

在室内含水率测量模拟试验平台常温、常压条件下,用32# 矿物机械油、水 ; 测量系统使用的螺杆泵排量是6.01157m3/ h,测量管道的直径是62mm。在不同含水率下初步试验该含水率虚拟仪器的性能, 测试结果如表1所示。

综合分析以上试验测量结果可知 :含水率测量虚拟仪器软件系统的设计能够很好地和电极系测量含水率的硬件部分相衔接,成功实现了含水率测量信号的实时显示、处理和存储功能。整个含水率测量系统能够较好地实现含水率的实时测量、显示、存储等功能,对于油田开发具有重要的意义。

5 结论

本文针对电极系测量含水率的方法, 根据石油工业中含水率信号微弱的特点, 研究开发了一种能够进行在线测量虚拟仪器的软件系统,证明了该软件系统性能的可靠性和测量的精确性。能及时灵敏直观地反映含水率的实时变化情况,同时还能够对数据进行实时存储,为准确预测原油采收率、计算高含水期的石油产出量和及时调整开采方案和开采计划提供了有效的依据,为分析油井甚至整个油区的开采状况提供了可靠的数据资料。

摘要：准确测量含水率对预测油田采收率,精确估计油田可采油量,及时调整开采计划,优化开采方案,有效开采石油能源具有十分重要的意义。针对电极系测量含水率信号微弱的特点,结合电极系测量含水率原理,在计算机的硬件支撑下,以LabView为开发平台,设计了虚拟仪器相应软件系统的实现方案,并编写了具体的程序。在室内含水率测量模拟平台上进行了试验,证明了所设计的软件系统性能良好、编程合理,能够实现含水率测量数据的实时显示、处理和存储的功能,完全可以满足适应石油工业含水率信号测量的需求。

测量软件 篇7

1.1.1软件运行环境

硬件:Pocket PC (也称掌上电脑、PDA、PPC) 。CPU类型:为了软件的推广, 应该能够适应当今主流PDA生产厂家的CPU类型, 如:ARM, MIPS, SH3, X86。操作系统:基于Windows CE的Windows Mobile 2003, 为了软件的推广也应该兼容Windows Mobile 2000和Windows Mobile 2002。

1.1.2软件基本功能

(1) 能够正确的记录、保存、查看和输出数据; (2) 数据超限能够实时自动提示; (3) 能够实用于测绘的各种规范, 在特殊情况下可以自定义限差; (4) 能够实用于多等级测量的要求 (平面:三等、四等、一级导线、二级导线、等外;高程:二等水准、三等水准、四等水准、等外。) ; (5) 能够实用于各种仪器; (6) 原始数据不能修改; (7) 对不合格观测值能够返工测, 并对返工数据进行取舍; (8) 能够按照传统样式输出原始记录到PC机, 能够按照常用平差软件NAS格式输出记录成果到NASEW平差软件进行平差, 能够输出封面和表头; (9) 界面友好, 操作简单, 尽量保持大家已经熟悉的作业方式。

1.2、开发环境选择

1.2.1、开发语言选择

基于以上要求, 综合考虑各种开发语言的优越性, 决定采用微软.NET框架下的VB.NET作为本软件的开放语言。

1.2.2、数据库的选择

为了数据的查询和管理的需要, 决定采用基于数据库的开发方式。本软件选用了实用于PDA的大中型数据库SQL Sever For CE, 足以满足庞大测量数据的存储和管理。

1.3、数据结构设计

数据结构方面本着效率高, 简单实用的原则, 采用了以下两层结构 (即数据操作层和数据存储层) 。在数据操作层中通过ADO.NET和数据库进行通信, 完成对数据的所有操作;在数据存储层中建立相关表格, 对所有测量数据进行存储。结构图如下:

1.5、主要功能模块设计

因篇幅有限, 在此仅对主要功能模块的设计进行介绍。

1.5.1、“新建工程”和“打开工程”设计

本模块应用动态建立数据库技术, 即当用户开始一个新工程的测量时, 程序就将在用户指定的位置建立一个数据库, 该数据库中可以保存本工程的所有属性, 原始测量数据和成果;打开工程即打开用户指定的数据库, 对其数据进行操作。这样的优点是一个工程对应一个数据库, 方便数据的操作和管理。

1.5.2、“工程属性设置”设计

本软件能够支持不同测量等级, 不同测量仪器和不同测量规范, 面向不同用户, 所以在新建工程时设计了工程属性这一功能。在该功能下, 用户可以通过选择或输入的方式确定自己的工程属性, 如果有特殊要求, 还可以自定义测量限差。当用户设置好自己的属性后, 该属性将被保存到该工程数据库中, 这给工程的管理带来了方便。如右图以水准记录软件为例。

1.5.3、“输入界面”设计

为了满足“界面友好, 操作简单, 尽量保持大家已经熟悉的作业方式”这一要求, 数据输入界面完全仿造传统记录表格样式, 且设计了方便输入的数字键盘用以弥补PDA自带软键盘太小给输入带来方便的缺点。

1.5.4、“数据超限实时检查”设计

为了保证输入数据的正确性, 减少操作人员的计算工作。本软件设计为每当操作人员输入一个观测值, 软件就自动对这个值进行一次计算检查, 确定该观测值是否超限, 超限多少, 并实时反馈给操作人员。

1.5.5、“数据保存”和数据安全性设计

为了保证数据的安全性, 不会因为机器断电、死机等特殊情况而丢失数据, 软件设计为输入一组合格数据就即时保存该组数据到数据库的方式, 从而保证了数据的安全性。为了保证测量原始数据的真实性 (即不可更改) , 将记录表的相关字段属性设置为只读, 这样便杜绝了数据造假等不合规范的操作发生。

1.5.6、“数据输出”设计

在数据输出方面, 可以向用户提供工程封面, 原始记录, NAS平差格式数据, 自动按分页加载表头等功能。输出为.txt文本文件, 可以方便在PC机上进行编排和打印。

1.5.7、异常处理

在外业数据输入过程中, 难免会出现一些异常错误, 比如在水准测量中, 一站还没有观测完成就出现尺垫被移动造成必须退回上一固定点重新观测的情况;在输入点名时的输入错误;忘记或输错已知点高程;对不需要的数据要求删除;对超限数据需要返工重测;一个工程被用户建立了多个数据库文件, 最后又需要将数据导入到一个数据库中进行处理等异常情况。为此, 软件设计了数据管理功能模块, 该模块可以正确的处理以上各种异常, 对数据进行维护, 挽回人为的输入错误造成的损失。

软件测试

为了保证软件的正确性和实用性, 我们首先在武钢现场对软件进行了多次试用测试。在测试过程中采用传统表格纸记录和本软件记录同时进行的方式, 这样即不会因为软件可能的错误影响工程进度, 又可以和传统记录方式进行比较, 包括可操作性、生产效率、数据正确性等方面的比较。通过多次测试和生产人员在试用中反馈的信息, 我们又对软件的不足之处进行了改进, 尽量使其趋于完美。后来又将测试区域扩展到了上海宝钢, 宁波健龙, 珠海, 南京等项目, 都取得了成功。以下是部分测试数据:

2.1、水准测量记录部分测试数据

注:水准测量原始记录

开始时间:2005-4-23 15:22:34结束时间:2005-4-23 15:57:53天气:晴成像:清晰

注:水准测量nas平差格式

2.2、边角测量记录部分测试数据

注:测边原始记录注:测水平角原始记录

注:水平角平距天顶距nas平差格式

结束语

本软件在相关领导的重视下, 通过公司全体开发人员的共同努力, 经过严密的生产测试, 以其操作简便、生产效率高、数据安全可靠等优点获得了好评。但是科学是无止境的, 人的水平是有限的, 软件中难免会存在或多或少的问题, 希望各位专家和操作人员在使用中提出宝贵的意见和建议, 我们一定虚心接受, 继续钻研, 争取把这一记录软件做的尽善尽美。

摘要：随着科学技术的快速发展, 给测绘事业带来了一次又一次的技术更新。单从测绘数据记录这一方面就经历了原始的表格纸记录, 基于PC-1500和基于PC-E500的程序记录, 现在电子仪器自带的储存功能进行记录, 还有在微电子技术和Windows编程下开发的基于PDA (掌上电脑) 的记录软件等记录手段。原始的表格纸记录方式工作量大且繁琐, 容易出错, 数据保存和管理也不方便;基于PC-1500和PC-E500的记录方式受硬件和编程工具的限制, 操作界面不够友好, 没有数据库的支持, 对数据的查询、保存和管理都不方便;电子仪器自带的记录功能只能顺序的将数据储存到内存中, 不能实时的对数据进行计算和限差检查, 不能满足测量应该现场实时检查的要求;基于PDA的记录软件因其采用了和PC机类似的Windows CE操作系统, 开发工具也较为灵活、广泛 (如EVB, EVC, VB.NET, C#.NET) , 且支持数据库管理, 这就为开发先进实用的记录软件提供了基础。基于以上因素, 本着解决生产中的实际问题, 一切为提高生产力出发的观点, 我们决定自己开发基于PDA的记录软件。 (包括平面控制测量的边角记录软件和高程控制测量的水准记录软件。)

关键词：水准/边角测量,PDA,记录,数据

参考文献

[1]龚沛曾, 袁科萍.《数据库技术及应用 (原理+SQL Server+VB.NET) 》.高等教育出版社, 2008, 03.

[2] (美) 威利斯 (Willis, T.) 著.闫英, 曹蓉蓉译.《VB.NET数据库入门经典 (第2版) 》.清华大学出版社.2006, 11.

[3]《国家一、二等水准测量规范》GB/T12897-2006.

测量软件 篇8

公路测量施工人员都知道, 结构物的放样, 首要的任务是求得结构物各组成部分的细部点的坐标, 内业计算是外业放样的前提, 内业计算的对与否, 是整个结构物施工的最重要的环节。一个结构物的施工, 从基础开挖至竣工测量, 中间需经过很多次测量放样, 同样需要经过很多次不同部位的坐标计算, 这样, 测量的内业计算工作量就非常之多, 在TArch软件中运行电子版的设计图纸, 利用TArch软件的坐标标注功能, 能方便、正确地获得结构物不同部位点的坐标。为了便于说明, 我们以图1为例, 来阐述如何从TArch软件中获得细部点坐标。

图1为一与路线正交的涵洞平面布置图, AB连线为涵洞的轴线, EF端为涵洞进水口, CD端为涵洞出水口。根据设计图纸, 采用人工计算的方法计算出涵洞中心桩号的坐标和轴线AB的坐标方位角, 利用中心桩号的坐标和AB连线的方位角, 计算出轴线控制点A、B的坐标。对于桥梁, 同样仅需计算出两个桥台的轴线控制点 (每一个桥台都有对应的桩号, 仅需计算出桥台桩号的中桩坐标) 。

轴线无论对于涵洞也还是桥梁, 都是整个结构物的骨架, 它控制了结构物在实地的分布, 在正确求得涵洞轴线控制点A、B的坐标后, 双击计算机桌面的TArch图标, 运行TArch软件, 在TArch的绘图窗口中, 如果没有显示TArch的屏幕菜单, 则在窗口底部的命令行中输入“tmnload”命令, 然后回车, TArch的屏幕菜单即可在绘图窗口中显示, 打开该涵洞的电子版设计图纸, 打开设计图后, 应注意该设计图的比例, 设计部门在电脑绘制图纸的过程中, 一般分两种比例绘制图纸, 一种是按1:1的比例, 一种是按其他比例绘制, 如果是按其他比例绘制的, 则应将设计图按照设计的比例进行缩放, 缩放的倍数应与设计比例相同, 如果设计采用的比例为1:1 0 0, 那么图纸放大的倍数应为1 0 0倍。放大100倍后, 图纸在绘图窗口测量显示的尺寸就是结构物的实际尺寸。换句话说, 即是将1:1 0 0的比例转换成1:1的比例。转换好比例以后, 打开“格式”菜单,

接着打开“点样式”字菜单, 选择一种点的样式, 关闭“点样式”对话框。在AutoCAD绘图图标菜单中选取“点”命令 (或在绘图菜单下的“点”子菜单中选取“单点”命令) , 按照A点和B点的坐标, 绘制A、B两个单点。此时A、B两点连线的长度就代表了轴线AB的长度, AB连线的方向也就代表了轴线的坐标方位。打开“修改”菜单, 接着打开“三维操作”子菜单, 选取“对齐”命令, 在命令的提示下选择对象—涵洞设计平面图, 回车结束选择对象。用十字光标点取第一个源点 (设计图中涵洞出水口的A点) , 用十字光标点取第一个目标点A (单点A) , 用十字光标点取第二个源点 (设计图中涵洞进水口的B点) , 用十字光标点取第二个目标点 (单点B) , 回车结束该步操作, 此时命令状态行显示“是否基于对齐点的缩放对象[是<Y>/否<N>]<否>:”。在状态行光标的提示下输入“Y”, 回车完成该步操作。此时, 涵洞出水口的A点与单点A完全重合, 涵洞进水口的B点与单点B完全重合。

对于TArch软件的绘图窗口, 我们可以理解成一张无限大的空白图纸, 以上的操作仅仅是将设计的结构物归位到原本的位置, 也即是涵洞进水口和出水口的A、B点计算测量坐标与A、B点在绘图窗口中显示的坐标完全一致。接下来我们点击TArch软件屏幕菜单的一级菜单“符号标注”, 打开“符号标注”二级子菜单, 选取“坐标标注”命令, 在屏幕底部的状态行立即显示“请点取标注点或[设置 (S) ]<退出>:”字样, 在光标提示下输入S回车, 系统弹出“注坐标点”对话框, 绘图单位选择mm, 标注单位选择M, 其他设置采用系统默认, 按确定健退出“注坐标点”对话框, 至此, 用十字光标选取 (点击) 需要标注 (放样) 的结构物轮廓点 (如上图中的C、D、E、F点) , 该轮廓点的坐标立刻显现于屏幕, 可以根据工作的实际需要, 在不同的工作阶段, 点取结构物不同部位的坐标, 节省了大量的、繁琐的内业计算。

上述方法, 既可以作为一种获取点坐标的方法, 也可以作为一种辅助手段, 对手工计算的坐标进行检查, 或者两种方法并用, 利用上述方法, 有一个重要的前提条件, 那就是设计图纸的正确性, 也即是结构物的几何尺寸在制图的过程中应正确, 对“正确”应理解为:用AutoCAD软件的“距离”命令测量边长的长度应与边长标注的长度一致。在不知设计图纸正确性时, 我们可以利用AutoCAD软件的“距离”命令, 测量边长的长度, 是否与边长标注的长度一致, 如测量的长度与标注的长度一致, 则说明可以利用设计图纸采用上述方法获取结构物点的坐标, 在设计的实践过程中, 结构物的制图在前, 标注在后, 如标注正确, 制图应正确。

TArch软件在公路测量领域的应用, 特别是上述功能在公路测量内业计算中, 非常方便, 解决了测量人员大量的手工计算, 对于一些复杂的结构物坐标计算 (如缓和曲线里结构物点的坐标) , 更显示出TArch软件功能的优越性。

参考文献

测量软件 篇9

关键词：Hypack,疏浚测量,主要流程,注意事项

随着科学技术的高速发展, 测量领域涌现出一大批高精度、高性能的定位和测深设备, 同时先进的测量软件系统也随之而生, 如Hypack测量导航软件。本文主要介绍了Hypack测量导航软件的使用流程及应用中的注意事项。

一、Hypack软件简介

Hypack综合导航系统是美国Coastaloceanographical公司为航道测量设计的导航软件, 主要功能用于航道测量 (如水深测量、旁侧声纳和浅地层剖面测量) , 各种类型挖泥船、引航船等其他船舶需要的导航、定位软件。该软件由单波束和旁扫声纳测量、多波束测量、单波束和旁扫声纳处理、多波束处理、最终成果模块和疏浚等模块组成, 还可以通过该软件高级航道设计模块设计航道并生成相应的测线, 对该施工区域的土方进行工程量计算 (Tin模型, 断面法) , 软件功能强大, 通过动态链接库配合高性能的计算机硬件, 连接GPS、测深仪、侧扫声纳、电罗经、波浪补偿器等不同设备进行导航、区域测量。Hypack软件的图形界面是一款非常人性化的软件、目前已升级到Hypack2012版本, 在海底地形地貌测量、航道疏浚测量和土方量计算、水库与河道的水下地形测量 (包括数据处理) , 航道设计等方面得到广泛应用。它们不仅包括海洋 (航道) 测量的基本功能, 同时也具备强大的数据处理能力, 较其他导航测量软件有较强的优势。

二、Hypack测量软件在外业采集及内业处理中的应用

(一) Hypack在测量区域外业采集流程。

1.新建项目。

先将Hypack软件、GPS、测深仪、计算机等设备进行连接 (连接方式见图1) , 打开Hypack软件, 新建项目是在测量开始前的第一步, 在Hypack软件的文件目录下点击“Project manager项目管理”出现 (图2) 对话框。然后点击New project弹出 (图3) 对话框建立新的项目输入所需要的名称即可, 项目创建完之后, 所有与项目有关的数据文件均在Hypack/project目录下。

2.设置大地参数。

参数的设置是测量前非常重要的一步, 需要选择椭球体, 坐标系统, 格网, 地域, 投影, 中央子午线, 比例因子等, 然而每个地区施工参数可能不尽相同, 所以在Hypack设置前要了解并搜集其相关的资料, 如图4为巴基斯坦卡拉齐深水集装箱码头项目参数, 坐标系统采用WGS-84, 中央子午线为69度, 投影为横轴墨卡托投影, 比例因子为0.9996等一系列参数, 如果该设置错误时, 其定位误差较大, 不能反映测量的真实性, 导致施工区的测量及后续施工造成严重的后果。

3.测量计划线生成。

测量计划线是在测量过程中指导测量的航行路线, Hypack软件在该线上记录下定位数据及对应的测深数据, 并保存至project文件下raw文件里, 生成测量计划线有很多种方式, 可通过测线编辑器进行编辑, 还可以通过航道设计模块输入该区域挖槽信息, 输出测量计划线, 该方法为计算土方开挖工程量提供了断面信息。

4.硬件的测试。

硬件的测试主要来源于对GPS、测深仪等端口数据的接收, 连接好后, 通过Hypack 软件Hypack hardware进行测试, 首先要确定GPS/测深仪数据线连接计算机的端口, GPS选择输入定位信息端口, 测深仪选择输入水深数据端口, 测试完后进入测量界面, 选择测线, 开始测量记录数据信息, 进行数据采集。

(二) 处理外业采集数据。

1.潮位数据的录入。

潮位观测前要选择合理的水位站, 水位站的位置尽可能布设在施工区域附近, 潮位数据通过专人观测, 观测的时间间隔可以根据水位变化情况而定, 一般情况下按每10分钟观测一次, 在有风浪的情况下观测, 应取峰顶与峰谷的平均值。在Hypack软件prosessing目录下Manual tides下将记录的潮位数据录入。

2.单波束处理数据。

在Prosessing目录下, 点击single beam editor (单波束编辑器) , 打开后选择在project文件夹目录下raw文件夹下的原始文件 (原始文件名一般为xxxraw.log) , 后选择录入潮位文件xxx.tdx后进行每条测线的编辑处理, 将每条线上的假点数据删除。所有测线处理完后, 作为编辑后数据将自动保存至Hypack/project/edit文件夹内。通过Prosessing 目录下的sounding selection (水深选取) 下的sort (排序) 获得需要的不同比例的xxx.xyz文件。

三、Hypack软件工程量计算

(一) Tin模型计算土方量。

Tin model的基本原理将区域按不规则三角网的建模法划分为若干个三角区域, 建模的结果与数据的密度、三角形最大边长等有直接的关系。每个三角区域的体积为底面积与该三棱柱的三条棱平均值的乘积。该单个三棱柱的体积V单=S* (L1+L2+L3) /3 。所以整个区域的体积就是若干个三棱柱的体积之和。

(二) 断面法计算土方量。

断面法直接计算得到的是挖方土方量。如要计算填方土方量, 通常需要对数据或者航道设计进行一定的转换。断面法的基本原理为航道上两个断面的平均面积与他们之间距离的乘积, 即为两断面之间的体积。如断面S1与S2之间的土方量为:V = L* (S1+S2) /2。

HYPCK断面法计算土方量的基本步骤:获得内业处理后的XYZ坐标数据文件, 制作航道设计文件, 此步骤主要设定航槽宽度, 航道设计标高以及边坡系数。融合坐标数据及航道设计文件建立TIN (不规则三角网) 模型, 建立断面模板, 此步骤主要是完成设置“航道设计”里无法设置的航道超挖宽度及超挖深度, 使之符合中国的行业习惯。输出方量报告, 报告以EXCEL表格的形式, 展示了航道各断面的左、右航槽面积及体积, 左右边坡面积及体积, 超深、超宽面积及体积等详细信息;同时也可以输出断面的图形文件。

四、Hypack在使用过程中需要注意的事项

一是面积大的区域, 测量需要较长时间的情况下, Hypack软件每天测量需新建项目。二是测量开始实施前和结束后, 要进行GPS检测, 检测后误差在允许的情况下, 才能实施测量并且通过Hypack软件的Target记录该点。三是测量开始实施前和结束后, 要进行检测板对测深仪检测, 或者是通过声速仪来确定水的声速, 通过Target记录该点。四是Hypack软件生成测量计划线时要考虑包含测量的区域, 且测量区域以外要根据规范的要求向外施测一定的范围, 确定数据的完整性。五是保证测量成果的精度, 测量开始前要调整水尺记录人员的时间与测量船上Hypack软件的时间同步。六是Hypack处理数据, 潮位录入时潮位值应输入负值, 且潮位记录的时间段要包含测量的时间段。七是Hypack处理数据, 对错误的, 假水深进行删除时, 要根据该测区水深情况熟悉度来进行删除, 如不能分辨是真假水深时, 要参照测量时的记录纸来辨别是否删除。八是Hypack软件采用Tin model进行工程量计算时, TIN MAX SIDE (三角形最大边的长度) 应为测量计划线1.5～2.5倍, 计算工程量区域borders (边界线) 要在测量数据范围内。

五、结语

Hypack是一款功能非常强大、海洋及航道测量应用比较广泛的测量软件, 在图形输出方面、船舶施工定位、导航方面, 联合GPS-RTK采用无验潮水深测量, 二维、三维的图形表达以及能很好地与Autocad软件匹配等很多的功能。本文介绍了Hypack软件疏浚测量的实际操作流程及注意事项, 由于水平有限, 如有不妥之处, 请予以指教。

参考文献

测量软件 篇10

关键词：螺旋锥齿轮,齿面重构,测量,误差分析

0 引言

螺旋锥齿轮是一种较为复杂的齿轮, 它能够实现两相交轴或交错轴之间的传动, 是现代机械动力传动系统中用来传递动力和运动的重要装置。由于螺旋锥齿轮具有传动平稳、噪声小、承载能力强等优点, 被广泛地应用到各种高速重载的相交轴传动中, 特别是航空、航海、汽车和各种精密机床等行业。本文基于VC++和OpenGL环境编制了螺旋锥齿轮测量软件系统, 应用该软件系统对螺旋锥齿轮进行检测, 可以更好地指导螺旋锥齿轮的加工, 缩短加工的辅助时间、降低费用、提高生产效率。

1 螺旋锥齿轮测量软件系统设计

螺旋锥齿轮测量软件系统主要完成以下几方面的工作:齿轮设计参数的输入、理论齿面计算、齿面重构、齿轮误差分析、输出数据文件。图1为螺旋锥齿轮测量软件系统结构框图。

1.1 输入模块

输入模块主要输入测量螺旋锥齿轮的设计参数、测头参数、齿面网格数等。其中螺旋锥齿轮理论数据可以通过直接输入齿轮的设计参数得到, 也可以由其他程序计算得到齿面离散化数据;齿面网格数可以按照具体齿轮齿面的大小确定网格数, 即根据齿高和齿长方向确定测量数据点的数量。

1.2 测量路径规划模块

螺旋锥齿轮测量路径规划包括测量网格的划分、测量坐标系的确定、测头半径的补偿等。

1.2.1 测量网格的划分

根据螺旋锥齿轮的齿面数学模型进行理论齿面模型离散化, 即在螺旋锥齿轮齿面上划分一系列的网格, 并以网格交叉节点作为测量参考点。划分网格时可以对理论齿面在轴截面上的投影进行网格划分, 同时为了保证测量的精度, 一般需要对建立离散模型的网格进行收缩, 然后获得一系列网格交叉点作为测量点[1]。

1.2.2 测量坐标系的确定

测量坐标系与齿轮坐标系的关系如图2所示, 其中, O2为齿轮设计交叉点, 作为齿轮坐标系的原点;O3为旋转工作台平面与工件轴心线的交点, 为工件坐标系的原点;O1为机床坐标系的原点, 在这里也是测量坐标系的原点。

1.2.3 测头半径补偿

由于测头测量时受半径的影响, 得到的坐标数据并不是测头触及的被测齿面上点的坐标, 因此, 必须对测头半径进行补偿来获得接触点的坐标值。

测头半径的补偿方法有很多[2], 由于螺旋锥齿轮齿面比较复杂, 系统选择等距面法实现对螺旋锥齿轮齿面测量点的补偿。等距面法是利用测头球心的运动轨迹曲面与被测曲面为等距面的性质, 通过测得的测头球心坐标拟合出一个曲面, 然后求出距离为测头半径的等距面即为被测曲面。

1.3 测量数据处理模块

1.3.1 齿面重构方法

由于三次B样条曲线在节点处可达到二阶连续, 其构造曲线逼近控制多边形, 能够满足螺旋锥齿轮齿面的重构要求, 因此本系统选择三次非均匀B样条曲线算法对螺旋锥齿轮进行齿面重构[3]。

一张d×l次NURBS曲面[4]表达式为:

其中:Vi, j为控制顶点;Wi, j为与控制顶点联系的权因子;Bi, d (u) 为沿u向的d次B样条基函数;Bj, l (v) 为沿v向的l次B样条基函数。

1.3.2 齿面误差分析

首先应使测量齿面的某一测量点通过平移和旋转变换与理论齿面相对应点重合, 然后将理论齿面重构函数与测量齿面重构函数进行比较, 获得各个测量点处的法向齿面误差。

齿面法向误差通过计算齿面测量点法向直线与理论齿面重构函数的交点与测量点的距离获得。假设齿面测量点坐标为P (x0, y0, z0) , 其法向量为 (m, n, p) , 则过测量齿面点的法向空间直线L (t) 的表达式为:

其中:t为参数。可以通过数值计算的方法求得齿面测量点法向直线与理论齿面重构函数的交点[4,5], 即求解tm∈iRnf (t) =|z′i-zi|的无条件极值问题 (其中, zi为齿面测量点法向直线上点的z坐标值, z′i为对应的理论齿面点的z坐标值) 。求无条件极值问题的步骤如下:

(1) 确定合适的初始搜索步长h、精度ε及搜索方向。首先反求当t=t0时齿面测量点 (x0, y0, z0) 在理论重构齿面函数对应点 (x0, y0, z′0) , 根据z′0-z0的值确定搜索方向, 大于零则按正方向搜索, 小于零则按负方向搜索。

(2) 计算t1=t0+h时的直线L (t1) , 得到点 (x1, y1, z1) , 在x1, y1不变的情况下求得与之对应的理论齿面上的点 (x1, y1, z′1) 。

(3) 若z′1<z1, 搜索成功, 下一次搜索就大步前进, 用t1代替t0, 2h代替h, 继续进行搜索。若z′1≥z1, 搜索失败, 下一次搜索就小步后退。判断是否有|h|<ε, 若|h|<ε, 则取t*≈t0 (t*为最优解) , 计算结束;否则, 用-h/4代替h, 返回第 (2) 步, 继续进行搜索。经过多次迭代计算, 在精度ε的范围内使|z′i-zi|趋近于零的点即为所求的点。

1.3.3 齿距误差分析

齿距误差包括单个齿距误差fpt、齿距累积总误差Fp和齿距累积误差Fpk。本系统选择对齿距累积误差Fpk进行分析。

选择齿面上的设计参考点M为检测点 (如图2所示) , 因为M点的z向分量对螺旋锥齿轮的齿距累积误差Fpk影响非常小, 因此可以忽略, 所以齿距累积误差计算可以简化为由M点的x和y坐标作为计算参量。齿距累积误差Fpk计算公式为:

其中:k为间隔的齿距个数;Δ=2π/Z, 为相邻轮齿同侧齿面相位角, Z为齿数;r2为节圆半径;pt为螺旋锥齿轮的单个理论齿距。

2 举例

某螺旋锥齿轮的基本参数如下:齿数为35、节锥角为37.557°、轴交角为90°、模数为4.57mm、偏置距为26mm。测头测球半径为3.0mm。齿面网格数按齿高和齿长方向划分, 共取5×9=45个测量点。利用等距面法, 得到了半径补偿后的实际测量齿面, 如图3所示。将被测齿面与理论齿面进行比较, 得到了齿面的法向误差, 如图4所示, 其中误差单位为μm。对螺旋锥齿轮进行齿距误差指标的检测, 凸面和凹面的齿距累积总误差Fpk分别为60μm和52μm, 对比国标准可知, 此螺旋锥齿轮的精度等级为8级。

3 结语

本文针对螺旋锥齿轮齿面的特点和使用精度要求, 开发了螺旋锥齿轮测量软件系统, 实现了对螺旋锥齿轮的检测和精度评定。通过对螺旋锥齿轮的检测, 表明了该软件具有方便实用、操作简单的优点, 可以更好地指导对螺旋锥齿轮的加工。

参考文献

[1]陈海燕, 陈祥熙, 路淳豪.三维坐标中测量曲面的定位[J].光学仪器, 2000, 22 (6) :3-7.

[2]王增强, 蔺小军, 任军学.CMM测量曲面测头半径补偿与路径规划研究[J].机床与液压, 2006 (3) :75-77.

[3]姜娇.螺旋锥齿轮在机检测精度分析与研究[D].沈阳:沈阳工业大学, 2011:25-26.

[4]朱心雄.自由曲线曲面造型技术[M].北京:科学出版社, 2000.