基于Windows Mobile的移动数据采集系统开发

周 冰，徐 辉，程正逢，裴良臣



基于Windows Mobile的移动数据采集系统开发

周 冰，徐 辉，程正逢，裴良臣

(中南电力设计院有限公司，湖北 武汉 430000)

为改进当前电力行业工程测量中测图工作内外业分离的处理模式，提升内外业工作效率，本文以使用Windows Mobile操作系统的手簿、GPS接收机及全站仪为硬件基础，开发了一套移动数据采集系统。该系统旨在进行外业数据采集的同时完成基础的地形图绘制工作，并能与内业数据处理软件对接，实现内外业数据处理一体化。经过一系列开发与调试，完成了该系统的开发，并得出了该系统能够满足项目预期的内外业数据一体化的结论。

测量移动数据采集；Windows Mobile；GPS；超图Mobile移动组件

(CentralSouthernChinaElectricPowerDesignInstituteCo.Ltd,WuhanHubei430000,China)

1 引 言

随着信息技术不断发展，先进的测量手段层出不穷，并应用于各个行业[1,2]。当前的电力工程测量中，数据采集和处理方式主要有两种：一是利用GPS、全站仪进行外业数据采集，利用测量专业成图软件进行数据处理、编辑和成图；二是基于卫星、航天飞机、低空无人机的遥感影像数据采集与处理。在大比例尺数字地形图测量中，仍以第一种方式为主,此方式在数据属性化的过程中，数据处理人员只能凭借记忆和记录草图进行处理，容易出现处理错误和遗漏的情况，而且人工数据处理效率低下。

为了解决此问题并提高工作效率，并考虑到目前移动GIS和手持式设备的不断发展，中南电力设计院有限公司提出了外业采集数据与内业数据处理一体化的科研项目，希望通过开发一套基于Windows Mobile的移动测量系统，解决此问题。本文分别从研究背景、技术基础、系统设计与实现、实验与结论这几个方面对该系统进行了阐述。

2 研究背景

目前基于Windows Mobile操作系统移动端的软件开发已有一定规模：骆社周等[3]基于Windows Mobile 5.0开发了无线移动办公系统；王崇倡等[4]开发了简单易用的移动测量设备数据采集与处理软件，并对常用的数据采集处理软件进行了分析；龙明等[5]开发了一套简单的基于Windows Mobile的移动GIS系统，并实现了基本GIS功能。杜若[6]与谢煜峰[7]分别对电力现场监测数据与移动端结合的方法进行了详细的讨论与研究。在将GIS与移动端集成的相关研究与系统开发中，使用现有SDK进行二次开发是较为常用的方式，其中较为成熟且使用较多的是eSuperMap SDK。喻克松[8]开发了一套基于eSuperMap的特种设备巡检GIS系统并在杭州市质量技术监督局试运行。陈竹安等[9]开发了基于eSuperMap的校园移动GIS系统；郭振[10]也通过eSuperMap将GIS功能集成到移动终端中。

综合目前研究现状与电力勘测的需求，最终决定基于eSuperMap开发一套在Windows Mobile系统移动终端上运行的勘测外业数据采集系统，有针对性地解决电力勘测中的内外业数据一体化问题。

3 技术基础

3.1 串口通讯

该移动数据采集系统需要通过蓝牙连接与GPS接收机进行数据通讯，通过串口数据线与全站仪进行数据通讯，这两种通讯方式均采用RS232串行通信技术。

RS232串行通信根据工作模式的不同，可以分为2种形式:同步通信模式和异步通信模式。由于同步通信要求有时钟来实现发送端与接收端的同步，硬件复杂，通常采用异步通信模式。异步通信由一个起始位表示字符的开始，字符编码为7位(ASCII码)，第8位是奇、偶检校位，停止位一般也占用1位表示字符的结束。由于没有硬件控制发送端与接收端的同步，因此，要保证数据的正确性就要依靠通讯参数的一致性，否则无法正确通讯。

该系统采用Visual Studio 2010平台，使用C#语言开发，其通过使用平台中的SerialPort控件的相应方法实现串口参数设置，并通过SerialPort控件的Data_Receive响应事件实现串口数据的接入与发送。

3.2 NMEA-0183数据解码

该系统从南方GPS接收机获取到的定位信息是通过标准的NMEA-0183格式数据传递的。NMEA-0183是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式。目前已成了GPS导航设备统一标准格式。NMEA-0183协议是GNSS接收机应当遵守的标准协议，也是目前GPS接收机上使用最广泛的协议，大多数常见的GNSS接收机、GNSS数据处理软件、导航软件都遵守或者至少兼容这个协议。该协议中最常用的格式为“GGA”，它包含了定位时间、纬度、经度、高度、定位所用的卫星数、DOP值、差分状态和校正时段等，还有速度、跟踪，日期等。

本系统需要获取的定位信息也主要在“GGA”格式的数据中。该数据以ASCII码的形式通过串口传递，需要根据NMEA-0183数据格式说明对该ASCII数据进行解码，该数据格式说明如下所示：

GGA数据标准格式为：$GPGGA,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),M,10),M,(11),(12)*hh(CR)(LF)

数据实例：$GPGGA,080507.00,3959.46517,N,11620.98999,E,1,05,2.43,59.8,M,-6.4,M,,*76

各部分所对应的含义为：

(1)定位UTC时间：08时05分07秒，即08∶05∶07；

(2)纬度(格式 ddmm.mmmm: 即dd°，mm.mmmm′)；

(3)N/S(北纬或南纬)：北纬39°59.46517′；

(4)经度(格式dddmm.mmmm：即ddd°，mm.mmmm′)；

(5)E/W(东经或西经)：东经116°20.98999′；

(6)质量因子(0=没有定位，1=实时GPS，2=差分GPS)：1=实时GPS；

(7)可使用的卫星数(0～8)：可使用的卫星数=05；

(8)水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=2.43；

(9)天线高程(海平面，-9999.9～99999.9，单位：m)；天线高程=59.8);

(10)大地椭球面相对海平面的高度(-999.9～9999.9，单位：m):-6.4m;

(11)差分GPS数据年龄，实时GPS时无:无;

(12)差分基准站号(0000～1023)，实时GPS时无:无;

*总和校验域；

hh总和校验数:76；

(CR)(LF)回车，换行。

3.3 eSuperMap二次开发

本系统需要实现移动端的绘图功能，为保证系统开发在期限内完成，并具有可靠的系统性能，考虑使用基于Windows Mobile的eSuperMap SDK进行二次开发。

eSuperMap SDK为北京超图软件公司开发的基于Windows Mobile操作系统的移动GIS开发工具，可以基于eSuperMap SDK开发基于Mobile操作系统的移动版GIS系统，该SDK由四个部分组成，分别为数据层、显示层、连接层及外部工具。

数据层实现数据组织和访问，除了包括基础数据结构、几何对象、地图投影三个模块以外，还提供了两个数据引擎(PMR和PM2)。显示层实现地图可视化，包括地图组织、地图编辑、符号化、专题图以及地图渲染参数等模块。连接层主要实现在线数据传输，连接层支持的传输协议包括FTP、UDP、WFS和WMS。另外eSuperMap还配备了地图配图工具Viewer、以及数据处理工具Translator。安装该SDK后，可以在Visual Studio中使用C#编程语言调用。

4 系统设计及实现

4.1 系统设计

根据软件需求说明的功能要求，本软件分为5个功能模块，分别是：串口通讯模块、采集数据处理模块、采集数据管理模块、地物代码管理模块以及地图显示与编辑模块。如图1所示。

串口通讯模块主要实现便携式一体机与测量仪器之间数据通讯的问题。该模块主要功能包括：串口参数设置、打开与关闭串口、读取NM-EA-0183格式数据、读取TOPCON(拓普康)全站仪数据、串口数据的实时获取与保存。

采集数据处理模块为串口获取的数据准备了一系列的数据处理方法，能使串口数据转换为工程中方便使用的数据形式，同时该模块提供了数据文件读写的功能，为内业采用PowerMap等软件对外业数据进行进一步处理提供了文件接口。该模块主要功能有：保存最近一次测量数据、坐标转换、投影变换、GNSS/全站仪原始数据解码、读写txt/pmex(与PowerMap接口的数据文件)格式数据文件。

采集数据管理模块实现了将采集到的测量点数据符号化，并将符号化后的数据加入eSuperMap的相应数据集中。主要功能包括：地物符号化、eSuperMap地物StyleID与PowerMap地物FeatureCode相互转化、符号化后的地物加入工作空间数据集中、MapControl空间跟踪层实时显示与更新。

地物代码管理模块用于管理为PowerMap设计的地物代码，并通过在显示界面的选择为移动端测量的地物提供相应的地物代码。模块的主要功能有：地物代码的分类、地物代码的选择、读写地物代码文件、设置常用代码、设置普通代码。

图1 软件总体框架Fig.1 Software total frame diagram

地图显示与编辑模块是该软件的最外层，实现地图的显示和与用户的交互。其涉及到的主要功能包括：工程各参数的设置、地图显示、地图操作、测量点、创建地物、地物选择、地物查询、地物编辑、图层管理。

本系统总体数据流程如图2所示。

图2 软件总体数据流程Fig.2 Software total data flow diagram

4.2 系统实现

根据如上设计，完成的系统主界面(图3)。

使用“设置”菜单中进行仪器连接与基本参数设置后即可实时从测量仪器获取观测数据。通过显示屏左上角的下拉菜单可以选择绘制的地物类型。绘制好的地物会在屏幕中央的eSuperMap控件中显示。“文件”菜单可以实现文件读取与保存等操作。该系统部分其他界面如图4和图5所示。

图3 系统主界面Fig.3 System main interface

图4 地物代码选择界面Fig.4 Object code selection interface

图5 图层管理界面Fig.5 Layer control interface

5 实验及结论

程序功能列表如表1所示。

对该列表中的所有功能进行了测试，测试主要从三个方面入手：模块功能、数据存取时间以及系统运行稳定性。经测试得出如下结论：

1)系统各个模块工作正常，功能与性能均以达到项目需求，满足目前条件下用户使用的需求。

表1 软件功能列表

2)系统运行正常，能够实现接口数据文件输出，输出成果符合规程规范要求。

3)系统能够满足用户的基本操作，但仍有优化空间，提升用户体验。

4)系统在读取或储存大数据量的文件时，运行缓慢，这是由于使用Windows Mobile系统移动终端配置不够高造成的，可以在后续的开发中考虑将此系统移植到Android平台。

[1]史来亮，张璐，杨忠友，等.基于Google Earth平台的地理信息技术在地震勘探中的应用[J].工程地球物理学报，2015,12(4):530-534.

[2]薛小平，张小永，鲁会，等.现代测量技术在界桩测设中的应用[J].工程地球物理学报，2015,12(5):704-707.

[3]骆社周，刘威，赵新，等.基于Windows Mobile 5.0无线移动办公系统的设计与研发[J].北京城市学院学报，2008(2):79-82.

[4]王崇倡，孙尚宇，宋伟东.基于Windows Mobile的测量软件的开发[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2011(S1):18-21.

[5]龙明，王青山.基于Windows Mobile的移动GIS研究[J].测绘科学技术学报，2007，24(6):458-461.

[6]杜若.基于Android的电力现场试验移动数据分析系统研究[D].上海：华北电力大学，2014.

[7]谢煜峰.电力现场监测数据采集和移动数据同步技术[D].杭州：浙江大学，2010.

[8]喻克松.基于eSuperMap的特种设备巡检GIS系统设计与实现[D].杭州：浙江大学，2008.

[9]陈竹安，曾令权，张立亭，等.基于eSuperMap的校园移动GIS设计与实现[J].华东理工大学学报(自然科学版)，2011,24(2):188-192.

[10]郭振，谭伟.基于eSuperMap的移动嵌入式地理信息系统研究[J].电脑知识与技术，2008,3(7):1 569-1 573.

Development of Mobile Data Collecting System Based on Windows Mobile

Zhou Bing，Xu Hui，Cheng Zhengfeng，Pei Liangchen

In order to improve the survey data separation processing mode in the current electric power engineering survey mapping and to promote work efficiency, this paper discusses the software development on survey mobile data acquisition using the Windows Mobile operating system handbook, GPS receiver and total station. The goal of the system is to complete the basic topographic map drawing work during the period of field data acquisition. So the field data can be imported into the data processing software directly and survey data processing integration can be realized. After developing and debugging, the system was completed. It is concluded that the system can satisfy the requirement of integration of field data acquisition and data process.

survey mobile data acquisition; Windows Mobile; GPS; eSuperMap

1672—7940(2016)05—0684—05

10.3969/j.issn.1672-7940.2016.05.021

周 冰(1989-)，男，助理工程师，主要研究方向为电力工程测量。E-mail：823529172@qq.com

徐 辉(1979-)，男，高级工程师，主要研究方向为电力工程测量。E-mail：xuhui@csepdi.com

P631.3

A

2016-03-08