全站儀機(jī)載導(dǎo)線測(cè)量程序開發(fā)研究

李云濤

摘要：電子全站儀以其功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定而倍受測(cè)量工作人員的喜愛，目前大部分的全站儀都提供開放的用戶二次開發(fā)環(huán)境，用戶可以根據(jù)實(shí)際工作的需要，開發(fā)出符合自己要求的實(shí)用機(jī)載程序，這大大地拓展了全站儀的功能，提高了測(cè)量工作效率。基于此，本文主要對(duì)全站儀機(jī)載導(dǎo)線測(cè)量程序開發(fā)進(jìn)行分析探討。

關(guān)鍵詞：全站儀;機(jī)載導(dǎo)線;測(cè)量程序;開發(fā)研究

1 導(dǎo)線測(cè)量自動(dòng)化設(shè)計(jì)思路

導(dǎo)線測(cè)量的自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化，外業(yè)基于新型TM/TS30全站儀，在其二次開發(fā)平臺(tái)GeoC++上，探討設(shè)計(jì)機(jī)載導(dǎo)線測(cè)量軟件，依工程項(xiàng)目要求，自主設(shè)計(jì)觀測(cè)程序，導(dǎo)線觀測(cè)數(shù)據(jù)由存儲(chǔ)卡自動(dòng)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)。內(nèi)業(yè)在計(jì)算機(jī)上設(shè)定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，由開發(fā)的初步后處理軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，導(dǎo)入嚴(yán)密的導(dǎo)線平差軟件完成數(shù)據(jù)處理，最后利用編寫的Excel輸出數(shù)據(jù)格式軟件，自動(dòng)生成導(dǎo)線觀測(cè)記錄簿和測(cè)量成果報(bào)告的閱讀格式文件，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線測(cè)量、計(jì)算和輸出的自動(dòng)一體化。

2 外業(yè)數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化設(shè)計(jì)

2.1? TM/TS30全站儀和軟件開發(fā)環(huán)境

TM/TS30智能全站儀是測(cè)量機(jī)器人TCA1800和2003的升級(jí)替代產(chǎn)品，在機(jī)載軟件控制下能完成自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)、測(cè)量（水平角、垂直角和距離）目標(biāo)和記錄觀測(cè)數(shù)據(jù);有完善的On1ine指令，用戶可根據(jù)實(shí)際需要方便地運(yùn)用Visual Basic，VisualC++，PASCAL等編程語言編程，在On1ine模式下，以一定的通信方式能方便地用PC機(jī)控制儀器，完成各種自動(dòng)測(cè)量;其采用PCMCIA卡做載體記錄數(shù)據(jù)，也可記錄在儀器的內(nèi)存中，通過RS-232接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)上，進(jìn)行觀測(cè)數(shù)據(jù)的后處理，用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)載體、數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)格式將各種各樣的測(cè)量方法和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)聯(lián)接起來，即在統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，達(dá)到儀器間的數(shù)據(jù)共享，從而提高內(nèi)、外業(yè)工作效率。

2.2 機(jī)載軟件功能設(shè)計(jì)

2.2.1 設(shè)計(jì)思路

全站儀數(shù)據(jù)自動(dòng)采集主要依據(jù)導(dǎo)線測(cè)量的原理和方法來對(duì)全站儀進(jìn)行編程、設(shè)定、控制，進(jìn)而達(dá)到數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、智能化的目的。應(yīng)用程序需由參數(shù)設(shè)置、測(cè)站設(shè)置、學(xué)習(xí)測(cè)量、測(cè)量（含角度、距離等）、文件管理等模塊組成。模擬框架見圖1。限差設(shè)置好后，自動(dòng)化的關(guān)鍵體現(xiàn)在測(cè)量、限差檢核、記錄存儲(chǔ)等這些需要判斷的工作模塊上。

2.2.2 數(shù)據(jù)自動(dòng)采集功能設(shè)計(jì)

機(jī)載導(dǎo)線自動(dòng)測(cè)量應(yīng)用軟件的系統(tǒng)功能主要包括工程管理、系統(tǒng)設(shè)置、儀器控制及控制網(wǎng)測(cè)量等。

2.2.2.1 工程管理

包括新建工程、打開工程、關(guān)閉工程、另存為工程及刪除工程等功能。新建一個(gè)工程時(shí)，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生空數(shù)據(jù)文件（部分有系統(tǒng)默認(rèn)數(shù)據(jù)）。打開一個(gè)工程后，系統(tǒng)會(huì)讀取數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)到相應(yīng)的虛擬表和數(shù)組變量中去。

2.2.2.2 系統(tǒng)設(shè)置

主要配置信息文件中的參數(shù)，包括初始化全站儀、氣象參數(shù)設(shè)置、測(cè)站設(shè)置、單位及坐標(biāo)系設(shè)置、觀測(cè)限差設(shè)置及參考點(diǎn)設(shè)置等。

2.2.2.3 儀器控制

搜尋目標(biāo)點(diǎn)、讀取當(dāng)前位置和儀器定位等。

2.2.2.4 導(dǎo)線測(cè)量

導(dǎo)線測(cè)量是系統(tǒng)的核心部分，包括初始測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)整理和數(shù)據(jù)查看4個(gè)子模塊。初始測(cè)量獲取控制點(diǎn)概略位置信息或依據(jù)測(cè)點(diǎn)的概略坐標(biāo)計(jì)算初始概略位置信息。儀器可以自動(dòng)同步觀測(cè)水平角、距離和垂直角，自動(dòng)檢查測(cè)回內(nèi)的所有限差，原始數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)記錄到全站儀內(nèi)存中。如測(cè)回間出現(xiàn)超限，根據(jù)實(shí)際情況采取人工選擇性的方式重測(cè)某一測(cè)回。通過自動(dòng)測(cè)量得到的都是原始數(shù)據(jù)，但是為了找出測(cè)回間的限差，設(shè)計(jì)制定機(jī)載軟件功能及工作模塊如下：1）程序初始化，輸入測(cè)站的氣溫、氣壓等。2）限差設(shè)置。一測(cè)回2C互差、同一方向各測(cè)回間方向值互差，超限提示方式。3）系統(tǒng)設(shè)置。輸入測(cè)站點(diǎn)點(diǎn)號(hào)、儀器高度、測(cè)回?cái)?shù)、測(cè)站點(diǎn)三維坐標(biāo)等，在沒有已知點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)應(yīng)自動(dòng)把測(cè)站坐標(biāo)以及后視方位角置零處理，比如在任意點(diǎn)觀測(cè)或者從導(dǎo)線線路的終點(diǎn)開始觀測(cè)這種情況，以選項(xiàng)卡的方式供用戶自行選擇。4）學(xué)習(xí)測(cè)量。以獲得各目標(biāo)點(diǎn)初始空間位置信息，使測(cè)量機(jī)器人能夠在每個(gè)目標(biāo)概略位置的視場(chǎng)范圍內(nèi)，自動(dòng)搜索目標(biāo);人工輸入后視點(diǎn)點(diǎn)名、后視點(diǎn)鏡高、前視點(diǎn)點(diǎn)名、前視點(diǎn)鏡高;人工粗略照準(zhǔn)各測(cè)量點(diǎn)上安置的棱鏡并測(cè)量水平角及豎直角，并將點(diǎn)名、水平角、豎直角、棱鏡高按指定格式存儲(chǔ)到指定文件中。5）開始測(cè)量。通過讀取學(xué)習(xí)點(diǎn)位置信息，全站儀望遠(yuǎn)鏡按照學(xué)習(xí)點(diǎn)的信息逐系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)搜索功能來精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)、觀測(cè)，每測(cè)回觀測(cè)完畢后計(jì)算水平角、豎直角的2C差以及距離互差，軟件給予提示進(jìn)行重測(cè)，合格后統(tǒng)一將整測(cè)回?cái)?shù)據(jù)寫入指定格式的數(shù)據(jù)文件中，自動(dòng)進(jìn)入下一測(cè)回。6）全部測(cè)回觀測(cè)完畢后計(jì)算同一方向各測(cè)回間方向值互差、垂直角測(cè)角互差、距離互差等合格后，選擇搬到下一站、下一方向測(cè)量、計(jì)算同一方向各測(cè)回角度值和距離值、結(jié)束測(cè)量等3個(gè)功能，退出程序;如果超限則給予提示，剔除不合格測(cè)回?cái)?shù)據(jù)，增加測(cè)回觀測(cè)，直至合格為止。另外，按照一點(diǎn)一方向的觀測(cè)方法，觀測(cè)完一站后，不能繼續(xù)本站觀測(cè)其他方向，需退出程序并新建作業(yè);在觀測(cè)完一站后，以選項(xiàng)的方式供用戶選擇繼續(xù)本站觀測(cè)其他方向。7）在進(jìn)行支導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，在最后一站測(cè)量過程中不能返測(cè)其距離和高差，這里以選項(xiàng)的方式供用戶選擇來進(jìn)行返測(cè)與后處理相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。8）錯(cuò)誤處理。當(dāng)測(cè)量過程中碰到目標(biāo)被遮擋或者無法正確觀測(cè)的情況，儀器會(huì)自動(dòng)重新嘗試測(cè)量2次。如仍然無法正確完成觀測(cè)，儀器將詢問是否要退出當(dāng)前點(diǎn)測(cè)量。當(dāng)退出當(dāng)前點(diǎn)測(cè)量以后，用戶可以在沒有被遮擋的環(huán)境下再次啟動(dòng)，程序會(huì)繼續(xù)進(jìn)行當(dāng)前點(diǎn)測(cè)量。9）簡易平差。程序可以實(shí)現(xiàn)簡易坐標(biāo)推算功能，依據(jù)起始點(diǎn)坐標(biāo)及采集左角與距離高差數(shù)據(jù)推算導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)，可以用于控制點(diǎn)臨時(shí)坐標(biāo)。10）文件管理。導(dǎo)出特定格式觀測(cè)數(shù)據(jù)功能、坐標(biāo)推算功能、簡易平差功能。

3 結(jié)語

通過多年的測(cè)試應(yīng)用，結(jié)果表明該自動(dòng)化系統(tǒng)效率高、人員少、時(shí)間快、操作簡便，特別是在隧道內(nèi)進(jìn)行導(dǎo)線測(cè)量，無需棱鏡照明，自動(dòng)鎖定目標(biāo)。具有一定的適用價(jià)值，精度較好，能滿足一般工程的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]李華榮.利用機(jī)器人實(shí)施特長鐵路洞內(nèi)導(dǎo)線測(cè)量[J].鐵道建筑技術(shù)，2010（S）：257-259.

[2]包歡，朱江，付之敖，等.智能全站儀快速測(cè)量處理系統(tǒng)[J].測(cè)繪學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（4）：256-258.

[3]周東衛(wèi).應(yīng)用智能型全站儀與PDA掌上電腦實(shí)現(xiàn)CPIII數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集[J].鐵道勘察，2008（6）：21-26.

（作者單位：山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì)）