武漢大學測繪學院 胡 波

徠卡測量系統(tǒng)貿(mào)易(北京)有限公司 葉 威

精密工程與工業(yè)測量國家測繪地理信息局重點實驗室 朱勇超 童 魁

一、引 言

隨著測繪技術的進步及測量機器人的出現(xiàn)，高精度測量機器人廣泛應用于控制網(wǎng)觀測與變形監(jiān)測工作中。多測回測角軟件是建立高等級三角網(wǎng)、導線(網(wǎng))及大型構筑物和建筑物形變監(jiān)測網(wǎng)時的主要觀測手段。這些觀測具有觀測目標多、測回數(shù)多、精度要求高等特點，人工觀測費時費力，作業(yè)效率難以提高，因此基于測量機器人開發(fā)多測回測角程序可以提供高效、便捷的自動化測量，大大提高工作效率，降低勞動強度，同時可以滿足內(nèi)、外業(yè)數(shù)據(jù)一體化、規(guī)范化的作業(yè)要求?；跍y量機器人的程序開發(fā)主要有PDA程序設計和機載程序設計兩種模式。但是機載程序通用性差，為了適應多種測量機器人的應用需求，筆者以徠卡TS30/TM30系列全站儀為基礎，在 Microsoft Visual Studio.NET2008和.NET Compact Framework平臺上利用C#語言在PDA上實現(xiàn)了自動化多測回測角軟件。PDA與全站儀通過藍牙或數(shù)據(jù)線進行通信，控制儀器進行自動化測量。

二、系統(tǒng)開發(fā)平臺搭建

PDA使用的操作系統(tǒng)是 Windows Mobile 5.0，開發(fā)平臺是 Microsoft Visual Studio.NET 2008和.NET Compact Framework，開發(fā)語言為C#。基于PDA的多測回測角軟件與測量機器人之間的通信是通過.NET Compact Framework提供的通用類 Serial Port中串口通信的API函數(shù)來實現(xiàn)的。在開發(fā)過程中，調(diào)用ClassGeGeoCom.dll類庫，利用GeoCOM 指令來控制儀器進行自動測量、轉(zhuǎn)盤、倒鏡等工作。

三、系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

為了保證高質(zhì)量、高效、便捷地完成測量任務，且測量成果滿足國家測量規(guī)范，系統(tǒng)必須具有良好的性能。系統(tǒng)設計主要分為需求分析、功能設計、數(shù)據(jù)結(jié)構設計、系統(tǒng)設計的關鍵技術，其總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

1.需求分析

首先要求利用該系統(tǒng)能夠進行高等級的控制網(wǎng)及高精度的變形監(jiān)測網(wǎng)測量;其次要求數(shù)據(jù)采集程序能夠?qū)崟r對數(shù)據(jù)進行解算和記錄，控制數(shù)據(jù)質(zhì)量;最后從系統(tǒng)開發(fā)的角度考慮，該系統(tǒng)必須具有良好的用戶接口，能夠方便地進行移植，當用戶進行不當操作時，該系統(tǒng)能夠進行錯誤處理，給予提示或警告，且不影響系統(tǒng)正常運行。

2.功能設計及實現(xiàn)

1)系統(tǒng)主界面。Leica TS30/TM 30手持數(shù)據(jù)采集終端如圖2所示。

2)項目。包含新建項目、打開項目、刪除項目等功能。

3)配置。包括串口設置和限差設置兩個部分。串口設置參數(shù)有儀器類型、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、檢校位;限差設置參數(shù)有水平角讀數(shù)互差、歸零差、2C互差、測回互差，豎直角讀數(shù)互差、指標差、測回互差，距離讀數(shù)互差、測回互差。串口設置如圖3所示，限差設置如圖4所示。

圖2 系統(tǒng)主界面

圖3 串口設置

圖4 限差設置

4)測量。包括學習測量和自動測量兩個單元。學習測量是初始測量，首先設置測站信息，包括測站名稱、測站高、測回數(shù)、度盤置零;然后對目標點按照順時針方向依次觀測，每個目標點測量一次，完成所有目標點測量后，保存測站信息和目標點信息到數(shù)據(jù)庫，如圖5所示。學習測量完成后開始自動測量，自動測量模塊會按照設定的測回數(shù)對目標點觀測，在觀測的同時對測量數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢核，如果數(shù)據(jù)檢核未通過，程序會自動對超限測回或超限測點進行修測，以保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，如圖6所示。

圖5 學習測量

圖6 自動測量

5)數(shù)據(jù)。該功能實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)導出。為了實現(xiàn)觀測和數(shù)據(jù)處理自動化，筆者設計了數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換模塊，通過該模塊可以將原始觀測值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成多種數(shù)據(jù)后處理軟件的數(shù)據(jù)格式。本系統(tǒng)主要是將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為科傻(COSA)和 GNPS軟件格式，科傻(COSA)和GNPS軟件都能對數(shù)據(jù)進行平差處理，對多期觀測數(shù)據(jù)進行變形監(jiān)測分析。

6)幫助。主要包括多測回測角軟件的幫助文檔、軟件注冊和軟件研制相關的信息。

3.數(shù)據(jù)結(jié)構設計

本系統(tǒng)采用SQlite數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的存儲與釋放。項目數(shù)據(jù)管理包括對項目信息的存儲與修改，在本系統(tǒng)中主要分為項目列表文件和項目數(shù)據(jù)庫文件兩部分。項目列表文件存儲所有項目的基本信息，以便對項目進行打開、刪除等操作;項目數(shù)據(jù)庫文件設有4個數(shù)據(jù)庫內(nèi)表，分別是串口設置、限差設置、學習測量和自動測量數(shù)據(jù)表，通過對數(shù)據(jù)庫內(nèi)表的操作來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取與存儲，穩(wěn)定高效。

四、系統(tǒng)應用

實現(xiàn)了多測回測角系統(tǒng)后，為了驗證該軟件系統(tǒng)的實用性，筆者對軟件進行了實際應用，運用徠卡TS30全站儀，在已有試驗平臺上進行了變形監(jiān)測的觀測試驗。筆者選定在強制對中樁3A處安置儀器，設為測站A，離測站A約300～500 m距離范圍的滑坡體上安置了6個圓棱鏡作為監(jiān)測目標，進行了為期1 d共20個周期的觀測，每期觀測8個測回。從試驗結(jié)果來看，徠卡TS30自動目標識別情況良好，測量精度較高。筆者用GNPS軟件對數(shù)據(jù)進行了平差解算和變形分析，以第一周期測量數(shù)據(jù)作為基準進行分析，得出了各個監(jiān)測點的變形情況，其中監(jiān)測點1后19個周期變形量如圖7所示。

圖7 監(jiān)測點1變形曲線

五、結(jié)束語

運用多測回測角軟件進行三角網(wǎng)測量、導線測量及變形監(jiān)測能夠大大提高作業(yè)效率，降低勞動強度。多測回測角軟件具有高質(zhì)量、高效、全自動、準確、實時性強、操作簡單等特點，特別適用于小區(qū)域多目標點的長期監(jiān)測和三角網(wǎng)、導線網(wǎng)控制測量。運用該軟件可以實現(xiàn)自動無人值守的形變監(jiān)測和網(wǎng)觀測與數(shù)據(jù)處理自動化。

(本專欄由徠卡測量系統(tǒng)和本刊編輯部共同主辦)