工程建设的飞速发展对工程测量的精度和效率提出了新要求^[1]。目前，工程测量存在的突出问题是如何集成利用卫星定位数据、遥感数据、数字地面测量数据实现工程可视化设计和管理服务，特别是各种测量技术(传感器)的合理集成、各种数据的精度配合。而测量数据自动采集、传输、处理和表达等方面的研究还比较肤浅^[2]。物联网技术和云计算的发展为工程测量的信息化奠定了基础，在此背景下，本文设计了一套内外业协同、易于管理的工程测量平台，把传统工程测量从离线模式转变为实时在线模式，以降低施工综合成本，提高测量作业效率。

基于物联网与云计算技术的可视化工程测量平台结合工程测量的特点，在物联网应用模式的基础上可被划分为数据采集层、数据解析与存储层、管理与应用层^[3]。

1) 数据采集层。数据采集层涵盖了物联网体系架构中感知层和网络层内容，负责采集测量数据并将数据上传至指定服务器。物联网负责连接在一个动态网络中的众多设备、计算机和内置传感器，并不断地接收和交换来自外部环境的信息^[4]。在工程测量中，全站仪和GPS-RTK(real-time kinematic)一体机可以完成绝大部分测量任务，所以平台主要针对这两种类型设备的数据联网进行设计。

GPS-RTK一体机采用相对定位测量方法消除星历、电离层、对流层等误差，再结合载波相位测量技术，可以实现cm级高精度测量，满足工程测量要求^[5]。数据传输采用了3G物联网模块，相较于传统的电台发送数据方式，3G物联网模块的数据传输方式不易受到周围环境和发射功率的影响，传输距离也不受限制，测量数据可直接上传到服务器。相对定位测量需要采用基站和移动站两台卫星接收机，基站放置在地质条件稳定且三维坐标已知的地点。测量时，基站采集卫星观测信息，并将观测数据和自身的三维坐标通过3G物联网模块发送到移动站^[6]；测量站获取从基站发来的测量信息的同时，也在采集卫星观测信息，并将这些信息实时地解算，然后得到定位精度为cm级的解算数据，最后利用3G物联网模块将解算数据上传至服务器。GPS-RTK一体机联网设计见图 1。

图 1(Fig.1)

图 1 GPS-RTK一体机联网设计图 Fig.1 Interconnection Design of GPS-RTK Integrated Machine

目前，工程测量中绝大多数全站仪都具有蓝牙通信功能^[7]，不具备蓝牙通信功能的全站仪可以通过蓝牙USB适配器或蓝牙串口适配器实现蓝牙通信功能^[8]。考虑到目前的智能手机都具备蓝牙通信功能，本文设计了一个基于安卓的蓝牙通信软件，利用手机的蓝牙通信功能将其与全站仪连接起来，实现对全站仪的无线控制，同时利用手机网络通信功能可将手机与服务器进行通信，实现数据传输。其设计如图 2所示。

图 2(Fig.2)

图 2 全站仪联网设计图 Fig.2 Interconnection Design of Total Station

2) 数据解析与存储层。数据解析与存储层利用云计算技术解析设备测量的原始数据，并将数据存储下来以便后续使用，其设计如图 3所示。

图 3(Fig.3)

图 3 数据解析与存储层设计图 Fig.3 Design of Data Analysis and Storage

3) 管理与应用层。管理与应用层采用浏览器/服务器(browser/server，B/S)架构，后端采用Spring、SpringMVC、Mybatis等框架，前端采用Vue、Axios、Element-ui等框架，前后端使用非常轻量且不依赖语言环境的JSON(JavaScript Object Notation)进行数据交互^[9]。B/S架构采用HTTP协议进行通信，业务处理在服务器进行，无需开发维护客户端程序，轻松实现跨平台操作，最大程度上保证了平台和数据的安全性^[10]。为方便工程测量中内外业协同测量，在平台中设计实现了内业管理平台和外业测量平台。内业管理平台运行在PC端的浏览器中，为内业人员提供数据管理、测量作业任务管理和报表管理等功能；外业测量平台则运行于移动设备(智能手机)的浏览器中，为外业测量人员提供可视化的测量界面，提高测量作业效率。

整个测量平台应用层设计如图 4所示，分为内业管理平台和外业测量平台。

图 4(Fig.4)

图 4 平台应用层设计图 Fig.4 Design of Platform Application Layer

工程测量作业方式主要为已知点放样和未知点测量，根据这两种测量作业方式以及对应的作业流程，结合平台化应用模式，本文设计了一套内外业协同测量作业的流程，如图 5所示。在内业管理平台上创建测量作业任务并指派给测量员，测量员就可以在外业平台上选择可用的测量设备开始可视化测量作业，测量完成后将任务结果提交给内业人员审核，审核通过的任务即可导出报表，审核不通过的任务则需要重新分派给测量员进行测量。

图 5(Fig.5)

图 5 测量作业流程 Fig.5 Flow Chart of Measurement Work

1) 蓝牙通讯软件。蓝牙通讯软件基于安卓操作系统，负责全站仪与服务器之间的数据转发。测量时，服务器下发测量指令到蓝牙通信软件，蓝牙通信软件将接收到的测量指令发送给全站仪并获取全站仪返回的测量数据，最后将测量数据发送给服务器。在这个过程中，手机作为数据传输的中介，负责数据转发，数据处理将交由服务器进行。

2) 数据解析服务。数据解析服务基于Spring框架，将对象之间的依赖关系交给Spring，降低组件之间的耦合性；采用非阻塞输入/输出解决高并发下的数据传输问题，提高服务器数据处理能力^[11]；通过编写shell脚本并结合maven打包工具实现服务的自动化部署。数据解析服务高可用、易扩展，能够自动处理客户端连接并对异常情况做相应处理，从而保证数据安全、准确。

3) 内业管理平台。内业管理平台按功能分为6个模块，并对每个模块进行权限控制，以保证平台和数据的安全性。用户管理模块负责平台用户的管理以及对应的角色权限管理；设备管理模块管理全站仪和GPS-RTK一体机与服务器的通信参数；参数管理模块负责工程测量中基本参数(如投影参数、坐标系统参数、基本控制点等)的存储和变更；作业管理模块负责外业任务的创建、派发、审核和报表导出；操作日志模块记录平台的所有日志，保证用户在平台的所有操作都是可追溯的；常用工具模块提供坐标转换、七参数计算、四参数计算和大地计算等常用的计算工具。内业管理平台采用模块化设计，功能完善，使用方便，能提高内业人员的工作效率。

4) 外业可视化测量平台。外业可视化测量平台主要分为3个模块，测量员可在设备选择模块中选择正在使用的设备；然后在施工测量模块中选择分派给自己的作业任务，并进入可视化界面进行测量；自定义模块提供临时作业功能，测量员在现场创建任务，对分派给自己的作业任务进行辅助测量。可视化测量界面见图 6。

图 6(Fig.6)

图 6 可视化测量界面 Fig.6 Visualized Measurement Interface

平台目前主要接入了全站仪和GPS-RTK一体机两种测量设备。使用全站仪设备测量时高度依赖全站仪的测量功能，平台操控全站仪进行测量，然后读取并存储全站仪的测量结果，平台本身无法提高全站仪的测量精度；GPS-RTK一体机设备的测量精度影响因素较多，因此，平台测试时主要对GPS-RTK一体机设备进行测试。

本文选取的测试地点为北京市海淀区天秀路，投影参数如表 1所示。选择的已知点平面坐标为(4 431 618.290 4，500 041.667 2，31.045 9)m，创建坐标放样任务后，选择GPS-RTK一体机设备进行测量，记录8组测量数据，可得到如表 2所示的测量成果表，成果以平面坐标及正常高格式表示。

表 1(Tab.1)

表 1 测试投影参数 Tab.1 Test Projection Parameters

表 1 测试投影参数 Tab.1 Test Projection Parameters 参数名 参数值 中央子午线 115.271° 投影面大地高 28 m X加常数 0 km Y加常数 500 km

表 2(Tab.2)

表 2 已知点测量成果表/m Tab.2 Measurement Results of Given Points/m

表 2 已知点测量成果表/m Tab.2 Measurement Results of Given Points/m 组号 平面X 平面Y 高程H 1 4 431 618.282 3 500 041.666 3 31.034 8 2 4 431 618.296 6 500 041.675 2 31.031 2 3 4 431 618.290 3 500 041.667 6 31.054 2 4 4 431 618.291 0 500 041.671 3 31.036 4 5 4 431 618.293 9 500 041.661 4 31.063 6 6 4 431 618.292 4 500 041.670 3 31.052 0 7 4 431 618.288 8 500 041.660 9 31.047 7 8 4 431 618.288 8 500 041.661 7 31.057 1

将表 2中的测量数据和已知点原始坐标进行比对，并对X、Y、H进行差值运算，得到如图 7所示偏差图。分析可得：使用GPS-RTK一体机设备进行测量时，可以保证水平方向1 cm、高程方向2 cm以内的测量误差，满足工程测量要求。

图 7(Fig.7)

图 7 测量数据与已知点偏差图 Fig.7 Deviation Between Measured Data and Given Points

本平台基于物联网技术，将GPS-RTK一体机和全站仪这两种工程测量中常用的测量设备联网，使其可以安全地跟服务器通信，实现测量数据的上传与存储。同时，基于云计算技术和B/S架构，设计了可跨平台操作的内业管理平台和外业测量平台，利用存储的测量数据实现内外业协同测量，内业管理平台提供工程测量数据和作业流程的统一管理功能，外业测量平台实现了可视化测量作业。平台实现了线上管理与外业测量的统一，能在一定程度上提高工程测量效率，降低施工综合成本。