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1、第1章 绪论1.1选题背景长期以来，测量工作的勘测数据采集多采用常规的光学经纬仪、水准仪、电磁波测距仪、电子经纬仪、电子全站仪和电子水准仪，现在GPS接收机也已普遍使用。但是测量的模式仍然很落后，测量作业的内外业一体化、自动化程度不高，测量人员的内外业工作强度很大。随着数字地球的发展，铁路、公路等线路的纵横断面设计、三维图形显示、坡度设计、填挖土方量计算等都基本采用相应的 GIS系统来管理实现，GIS系统空间信息的获取和更新及工程勘测和施工放样迫切需要实现外业的数据采集与内业的数据和图形处理等工作在外业工作时利用掌上电脑与全站仪一起完成，部分内业工作虽然不能在外业期间同时完成，但能形成电子数据
2、的自动化数据流输入从而不需人工干预和处理。在线路施工过程中,横断面的测量是必不可少的,其野外采集数据量大,若采用传统的手工记录方式,在现场只记录数据而不绘图,很难对记录数据的正确性进行直观的检查,不但劳动强度大,而且不能实时查看所测数据是否与实际相符。掌上电脑PDA (Personal Digital Assistant)即个人数字助理，是掌上电脑、手持电脑、手机(电脑型)等一些小型嵌入式设备的统称。它体积小巧，集成功能强，待机时间长(目前机型一般在10小时以上)，其使用的操作系统之一Widows CE是Windows家族中最小、最快、最可靠的版本，已具备室内一般微型计算机的基本功能, 并能适
3、应外业勘测作业方式所需的现场记录、处理、贮存和管理数据的需求,又支持超过1400条最频繁使用的Win32 API函数。借此开发者就能利用大量其他的编程资源，工具及文档进行Windows CE开发工作。基于这些优点,使得其在测量领域有着广泛的应用。1.2 国内外研究现状国内外一些计算机专家称，PC时代已接近尾声，后PC时代正在来临。后PC时代是信息多元化的时代，它是计算机技术、通信技术和消费产品技术即3C(Computer,Communication,Consumer)技术的融合。而PDA正是后PC时代的表现形式。随着计算机技术的飞速发展，嵌入式计算机产业迅速崛起并取得长足的进步，从最初的以单芯
4、片为核心的可编程控制器到如今的以嵌入式操作系统和以Internet为标志的PDA产品，其技术己日益成熟并得到广泛应用。将计算机技术的进步与测绘工程实践相结合，可以极大提高生产效率、降低生产成本，这一应用前景也被一致看好。在西方一些发达国家，PDA在测绘上的应用已十分广泛，而将PDA作为数据采集前端的领域就更加广泛了，PDA己不再只是个人电脑的外延，而正成为新的数据采集平台和各大系统用户端产品的新军。近年来，国内外的一些知名企业及研究机构纷纷推出了自己的PDA测绘产品。在移动GIS解决方案方面，具代表性的有国外ArcGIS的Arcpad,MapInfo公司的MapX Mobile, Autode
5、sk公司的Autodesk OnSite移动模块。国内有北京超图公司的eSuperMap，北京灵图公司的SmartInHand，北京慧图公司的TopMap CEGenius。在基于PDA的线路测量方面，也有一些测量软件，如我国南方测绘公司的“测图精灵”。1.3本文研究的目的意义在传统的测量作业方式下，往往测量成果滞后于实际的需要。当代测绘事业在建立空间数据基础设施的同时，更要求缩短数据获取和处理的周期，提供多功能高质量的测绘产品，以适应新形势的需要;全站仪和GPS为给测量数据获取的手段带来了革命性的变化，由于数据获取的手段发生了变化，测绘工程中每个环节都存在着大量的数据，对这些数据的储存、管理
6、和传递、使用也必然成为现代测绘工程中一个组成部分。这些都从客观上要求实现测量数据的存储、管理、传输、使用的自动化。手持设备PDA以及相关开发平台的日益发展成熟为测量数据实现存储、管理、传输、使用的自动化准备了硬件条件。目前前面所述的研究成果虽说在一些测绘生产单位中得到了不同的应用，但在应用中存在着以下一些明显的问题:一是软件系统功能不齐全(如各等级任意网形的控制测量及其数据处理、大比例尺测图、工程放样、线路测设等相互独立，每个软件系统仅有部分功能);二是软件系统运行的硬件平台不统一(如PC-E500，专用电子手簿，便携式微机，PDA等);三是系统不同时支持使用地面测量仪器和GPS仪器。针对这些
7、问题，本文在新兴硬件平台PDA上设计和开发了针对线路测量横断面部分这项最常见的工程测量作业方式的测量数据采集处理传输软件，基本实现了测量数据的存储、管理、传输、查询、显示的自动化。1.4本文研究的内容掌上电脑横断面测量软件为实现横断面测量内外业一体化，它要具有野外数据采集与管理功能。论文研究内容主要包括以下两个方面。1) PDA与全站仪通讯控制系统研究与实现。研究如何利用PDA操作控制全站仪，使其可自动观测，自动返回观测数据，自动改变测量模式等。2) 横断面测量软件的PDA实现。在PDA中实现测图软件的常用功能，如:观测数据实时计算处理，横断面图形绘制，数据存储、编辑功能等。第2章 PDA及横
8、断面测量的基本算法2.1 PDA及其操作系统2.1.1 PDA简介PDA是Personal Digital Assistant的缩写，字面意思是“个人数字助理”。这种手持设备集中了计算，电话，传真，和网络等多种功能。它不仅可用来管理个人信息(如通讯录，计划等)，更重要的是可以上网浏览，收发Email，可以发传真，甚至还可以当作手机来用。尤为重要的是，这些功能都可以通过无线方式实现。当然，并不是任何PDA都具备以上所有功能，即使具备，也可能由于缺乏相应的服务而不能实现。PDA可细分为电子词典、掌上电脑、手持电脑设备和个人通讯助理机四大类。而后两者由于技术和市场的发展，己经慢慢融合在一起了。对PD
9、A有狭义的理解和广义的理解，狭义的PDA指可以称作电子记事本，其功能较为单一，主要是管理个人信息，如通讯录、记事和备忘、日程安排、便笺、计算器、录音和辞典等功能，而且这些功能都是固化的，不能根据用户的要求增加新的功能;广义的PDA主要指掌上电脑，通常，数码世界只会将掌上电脑才称为是PDA，也真正代表了PDA的真正含义，他们有其自身的操作系统，可以利用编程语言开发相应的应用程序。 图2.1掌上电脑图 图2.2手持电脑最初的PDA是用于个人的，也是数字式的，但还远远称不上是一个合格的助理。八十年代初期，Tandy电脑公司制造的TRS-80袖珍型电脑，大概要算是最早可以装在衣服口袋中的袖珍型电脑了。
10、它看上去就像一个带有数字和字母键盘的计算器，可以为它加装一个功能非常有限的小型打印机。不过，TRS-80袖珍型电脑的显示屏太小，储存容量也过小(可以另外买一个8K的扩充卡)，尽管可以使用BASIC编程语言，但运行商业软件时的表现还只能用“鳖脚”两个字来形容，但不管怎么说，个人电脑业毕竟又诞生了一颗新星。随后，其它一些基于DOS的便携式电脑也纷纷出现，像九十年代初期的Poquet电脑，但在Apple公司开始涉足手持式电脑领域之前，市场对这种前途远大的产品一直都持漠不关心的态度。而随着Apple公司的加入，情况发生了很大的变化。1993年，Apple公司推出了真正意义上的PDA-NewtonMes
11、sa沙Pad。与其前辈们不同的是，Newton并不是一种功能简单化的PC，它根本就是依照PDA的功能概念重新设计出来的，拥有自己独立的操作系统和应用程序。Newton在当时堪称是技术上的奇迹:拥有手写识别功能，一个捆绑在一起的modem以联结Internet，还有一个红外线接口，同时，它还是第一个与PC和Mac同步的PDA。但Newton过于强大的功能设置，使它的运行速度非常缓慢，无法满足大多数人的要求，而且，它的体积也显得过于笨拙了一些，几乎和一些笔记本电脑一样大，加上Apple公司所采取的糟糕的市场营销策略，在技术上具有划时代意义的Newton，不仅没有为Apple公司带来一分钱的收益，反
12、倒使之亏损了数百万美元，1997年，尚处于困境之中的Apple公司宣布彻底放弃Newton项目，这在当时还引来了不小的反对之声。而此时的 PDA市场也还处于刚形成后的混乱之中，Sharp, Psion, TI和HP等数十家企业都推出了各自设计的PDA产品和专用操作系统，并都试图使之成为新的标准，甚至连软件巨人“微软”也推出了Windows CE操作系统，一种单色彩的Windows95简化版本。但一场混战之后，结果却出乎大多数人的意料，最终的胜利者居然不是前面提到过的那些实力雄厚的大企业，而是一家叫做Palm的小公司。Palm公司的PalmPilot是一种手写输入的PDA，具有很好的便携性能，运
13、行速度也比较理想，使之一面世就成了市场上的新宠。另外，一种创新的模块设计还可以使PalmPilot连接一部modem，或是连接一个插在台式电脑中的同步支架上。从PalmPilot上卸下连接用的硬件以后，就可以使其体积更小，也更容易操作。虽然它的Graffiti手写识别系统比较难以掌握，但一旦能够熟练使用之后，输入速度相当令人满意。吸取了Newton Message Pad的长处，摒弃了它的短处，再加上适当的一创新，Palm的Palm Pilot把便携性，易用性和合适的运行速度有机地结合在一起，奠定了自己在PDA市场上的龙头老大地位，另外，它的开放性硬件设计也为第三方的技术革新留下了非常大的空间
14、。总而言之， PDA之王”终于产生了，同时也标志着PDA市场已经走向了成熟。在目前的PDA阵营中，主要存在着两种PDA产品。即以Palm OS为操作系统的Palm系列PDA(生产厂家主要以Palm和SONY为主)和以Windows CE为操作系统的Pocket PC系列PDA(生产厂家主要以HP、华硕为代表的多家企业)。而两大系列的产品都有着独具特色的技术和性能优势，分别适应于不同的使用人群，但综观目前的PDA产品技术情况，我们可以发现 PDA在操作系统、通信连接、多媒体娱乐、功能扩展能力、以及安全性、便携性、续航时间等问题上，正朝着以下几个方向发展: 操作系统越来越“傻瓜”相对于PPC(使用
15、Windows CE系列操作系统的pocket PC PDA的简称)，Palm有着操作简单，上手容易的特点，使其在PDA出现的早期非常受广大的消费者欢迎，但随着功能强大、上手容易的Windows CE操作系统的诞生，Palm逐渐势微。而为了保持和扩大各自的市场份额，并将PDA真正普及起来，PPC和Palm则都在不遗余力的发展着自己的新操作系统，使机器使用起来越来越人性化，操作越来越简单。 通讯能力越来越强大对于许多现在的PDA用户来说，PDA己经不再是简单的个人数字助理设备，其用途也不再仅仅是一个记事本，一个闹钟或者一个计算器或通讯录，而已经成为了一个功能强大的无线网络接入设备和数据交换产品。
16、这其中就包括蓝牙技术和Wi-Fi技术、GPRS (CDMA 1 X )技术以及GPS卫星定位技术在PDA上的应用与扩展。蓝牙技术作为一种无线数据与语音通信的开放性标准，可以以较低成本的近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。这意味着，只要PDA内置了蓝牙模块，就可以与其他具有蓝牙功能的设备(如笔记本、数码相机、手机、打印机、PDA、桌上型电脑、传真机、蓝牙键盘、游戏操纵杆及所有其它的数字设备)进行无线连接。从而轻松实现多机交换数据和同步数据、登陆网络、安装新的应用程序，打印资料、控制设备等各种功能的完成。除此之外，蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供了通用接口，组建出一个远离固定网络的个人特别连接设备群。而无论是通过PDA的CF接口安装的外置Wi-Fi无线网卡、GPRS(CDM
