陳素貞

(上海市建筑科學(xué)研究院，上海 200032)

1 概論

PDA(Personal Digital Assistant)，字面翻譯是個人數(shù)碼助理，作為一種新興的電子智能產(chǎn)品，是數(shù)據(jù)采集的理想載體［1］。PDA系統(tǒng)具有便攜、快捷、方便地對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算等特點(diǎn)，在公路測量和橋梁檢測等方面有著廣泛的應(yīng)用。測繪的行業(yè)特點(diǎn)，使得許多的測繪工作需要在野外進(jìn)行，人工數(shù)據(jù)處理的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到工程進(jìn)度的需要，且紙質(zhì)手簿記錄數(shù)據(jù)十分繁瑣，不能提示拼寫錯誤。PDA的開放性，使得用戶可以根據(jù)自己的需要，開發(fā)適合自己的軟件，在PDA上進(jìn)行安裝，讓PDA完成特定的功能。工業(yè)或工程產(chǎn)品在制造或安裝過程中，經(jīng)常需要對其制造或安裝精度進(jìn)行檢測，常用的檢測方法為高精度全站儀極坐標(biāo)法、前方交會法等。目前，外業(yè)觀測數(shù)據(jù)多采用紙質(zhì)手簿記錄，由記錄人員現(xiàn)場記錄測量數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，利用相關(guān)測繪軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算。這種外業(yè)測量與內(nèi)業(yè)計(jì)算分開進(jìn)行的方法，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的實(shí)時檢測，甚至?xí)绊懙焦こ踢M(jìn)度。本文研究了基于PDA的外業(yè)數(shù)據(jù)處理和實(shí)時數(shù)據(jù)處理的方法，實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)的記錄、現(xiàn)場處理和有關(guān)分析，及時報(bào)告檢測結(jié)果，這樣將極大減少作業(yè)量，提高工作效率。

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型

以鋼箱梁外形規(guī)格檢測為例，在檢測過程中，為了測量的快捷，經(jīng)常采用自由設(shè)站的模式觀測各個角點(diǎn)坐標(biāo)，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系后，將觀測坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)品的合格性。測站的平面坐標(biāo)通過相似變換進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程可分3步進(jìn)行［2］:

1)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)。

首先將原始坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)一個角度a，使旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系平行，則［x，y］S在旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為［x，y］R:

2)坐標(biāo)系平移。

再將旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)系平移［Δx，Δy］，使平移后的坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，則［x，y］R在平移后的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為［x，y］M:

3)尺度修正。

最后將平移后的坐標(biāo)系進(jìn)行尺度修正，使修正后的坐標(biāo)系與目標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)尺度一致。設(shè)k為尺度因子，則［x，y］M在修正后的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為［x，y］T:

綜合上面3步，得:

通過解算轉(zhuǎn)換參數(shù)A，B，C，D來進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

利用坐標(biāo)系之間的公共點(diǎn)，建立間接平差誤差方程式:

根據(jù)最小二乘原理:

求得轉(zhuǎn)換參數(shù)的平差值:

3 PDA結(jié)合全站儀作業(yè)模式

“內(nèi)外業(yè)一體化”要求測繪工作者在完成外業(yè)采集數(shù)據(jù)后，能快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出測量結(jié)果數(shù)據(jù)。這種測繪模式，要求數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果輸出的一體化。利用PDA作為平臺，以嵌入式語言編寫測量數(shù)據(jù)的自動采集、存儲、處理的相關(guān)軟件，將PDA作為電子手簿。根據(jù)不同的工程需要，可以設(shè)計(jì)出符合實(shí)際測繪工作需要的產(chǎn)品［3］。PDA結(jié)合全站儀的測繪模式見圖1。在這個過程中，PDA起到了一個很大的協(xié)助作用，是數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出的載體。圖2為基于PDA的數(shù)據(jù)采集程序的流程圖。

圖1 數(shù)據(jù)處理流程圖

4 應(yīng)用實(shí)例

本文中采用鄂東長江公路大橋鋼箱梁制造第一輪測量的三組數(shù)據(jù)為例，一組是固定測量坐標(biāo)系統(tǒng)中的觀測數(shù)據(jù)，另外兩組是任意設(shè)站數(shù)據(jù)。利用這三組數(shù)據(jù)，對基于PDA開發(fā)的電子手簿進(jìn)行了測試，主要分?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三個大模塊。

數(shù)據(jù)采集用于現(xiàn)場記錄觀測數(shù)據(jù)，用電子手簿代替紙質(zhì)手簿，實(shí)現(xiàn)自動計(jì)算測量限差功能，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)測中的粗差，減少測量的返工率。數(shù)據(jù)采集的界面如圖3所示。

采集的數(shù)據(jù)為觀測的距離和角度值，數(shù)據(jù)采集后，進(jìn)入到【坐標(biāo)計(jì)算】界面，先導(dǎo)入之前的【數(shù)據(jù)采集】界面保存的觀測數(shù)據(jù)，再計(jì)算出每一站的坐標(biāo)，界面如圖4所示。坐標(biāo)計(jì)算后，要將不在固定測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到固定坐標(biāo)系中，因?yàn)樽鴺?biāo)轉(zhuǎn)換利用的是公共點(diǎn)法，必須保證有足夠的公共點(diǎn)。如果某個任意站不是和基準(zhǔn)站有公共點(diǎn)，而是和其他任意站有公共點(diǎn)，要通過公共點(diǎn)進(jìn)行傳遞，最后傳遞到固定坐標(biāo)系中。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的界面如圖5所示。

圖2 程序流程圖

圖3 測量數(shù)據(jù)采集

圖4 坐標(biāo)計(jì)算

圖5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的所有鋼箱梁角點(diǎn)坐標(biāo)位于相同的坐標(biāo)系內(nèi)，即可與實(shí)際的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，判斷產(chǎn)品的合格性。

5 結(jié)語

全站儀觀測速度快，精度高，結(jié)合PDA應(yīng)用程序，可以快速采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，提高工作效率，達(dá)到內(nèi)外業(yè)一體化。利用嵌入該程序的PDA，可以在鋼箱梁檢測現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理，從而省略了檢測外業(yè)到內(nèi)業(yè)的作業(yè)過程，提高了工作效率。在檢測現(xiàn)場，將測得的幾何控制點(diǎn)坐標(biāo)與其設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行比較，必要時進(jìn)行坐標(biāo)反算，可以對鋼箱梁的制造精度進(jìn)行實(shí)時分析和評價，為控制鋼箱梁的制造質(zhì)量提供依據(jù)。

［1］宋曉明，馮 曉，唐代華.路基施工檢測數(shù)據(jù)處理PDA系統(tǒng)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(27):941.

［2］李 劍.平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算程序的開發(fā)及應(yīng)用［J］.勘察、測繪與測試技術(shù)，2008(3):44-43.

［3］李永隆.Windows CE程序設(shè)計(jì)實(shí)務(wù)［M］.北京:中國電力出版社，2002.