郭春生

【摘 要】利用Leica型測量機(jī)器人的GeoCom接口，二次開發(fā)可實現(xiàn)自動化觀測，為重復(fù)、高頻次的變形觀測提供解決方案。輔以GPRS模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對數(shù)據(jù)采集。通過對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行測量平差和差分，數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定可靠，在很大程度上提高了傳統(tǒng)測量工作的效率，在生產(chǎn)實踐工作中有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】變形觀測；GeoCom；自動化觀測

0 概述

隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，全站儀的自動目標(biāo)識別（Automatic Target Recognition）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。全站儀發(fā)送的紅外光被反射棱鏡返回，經(jīng)儀器內(nèi)置的CCD相機(jī)接受并判斷后，馬達(dá)驅(qū)動全站儀自動轉(zhuǎn)向棱鏡，自動精確確定棱鏡中心的位置，代替大量人工照準(zhǔn)目標(biāo)枯燥、繁瑣的調(diào)焦和精確照準(zhǔn)工作。

瑞士徠卡公司生產(chǎn)的TPS系列測量機(jī)器人提供了GeoCOM接口技術(shù)，可以對測量機(jī)器人進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)用戶對測量程序的定制。

GeoCOM接口是一個函數(shù)包，其封裝了用戶與徠卡全站儀進(jìn)行通訊交互時調(diào)用儀器上的子系統(tǒng)所需的客戶端調(diào)用接口：例如控制全站儀進(jìn)行動作，計算地理數(shù)據(jù)等。這些接口類似于全站儀內(nèi)部的機(jī)載程序，用戶通過全站儀COM口向全站儀發(fā)送一系列可識別的ASC碼指令，全站儀響應(yīng)后，再把執(zhí)行結(jié)果通過COM口發(fā)還給用戶。

1 技術(shù)流程

本系統(tǒng)使用的是TS30全自動全站儀，該儀器測角精度為0.5″，測距精度為lmm±1ppm*D（D為所測距離），轉(zhuǎn)速為180°/秒，正倒鏡的轉(zhuǎn)換只需2.9秒，非常有利于進(jìn)行自動化觀測。本系統(tǒng)利用C#，開發(fā)機(jī)載觀測程序，測量思路如下：

（1）工程配置：設(shè)定工程的2C差、2C互差、歸零差、測回互差、測距誤差等限差；

（2）測站配置：輸入測站名、 儀器高以及測站的三維坐標(biāo)；

（3）學(xué)習(xí)點配置：輸入觀測點名稱、 棱鏡高， 確認(rèn)后測量，得到學(xué)習(xí)點的三維坐標(biāo)；

（4）重復(fù)步驟3，完成所有學(xué)習(xí)點的測量；

（5）設(shè)定測回數(shù)，開始測量，儀器按照全圓觀測法，對所有待測點進(jìn)行指定測回數(shù)的測量， 測量完成后自動保存數(shù)據(jù)；

（6）若發(fā)生觀測誤差超限的情況， 儀器自動重測；（重測規(guī)則：①對上半測回歸零差超限以及其它原因未測完的測回，都可以立即重測。②若零方向的2C互差超限或下半測回的歸零差超限，則應(yīng)重測整個測回。C.某一測回距離互差超限，應(yīng)重測該整個測回。）

（7）對測量結(jié)果進(jìn)行平差處理，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中；

（8）導(dǎo)出數(shù)據(jù)結(jié)果，保存為Excel2003格式。

2 通訊方案

變形監(jiān)測任務(wù)中往往會遇到操作人員無法直接碰觸儀器的場景，同時任務(wù)又要求數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r的更新與獲取。全站儀自身提供的Rs232電纜線可用距離非常短（1.5m），無法將觀測數(shù)據(jù)及時、有效的送達(dá)到遠(yuǎn)程的操作人員。當(dāng)有新的測量任務(wù)或測量目標(biāo)更改時，遠(yuǎn)程操作人員無法將指令及時下達(dá)至全站儀。本文采用的技術(shù)路線：

（1）全站儀通過RS232電纜與藍(lán)牙適配器連接；

（2）藍(lán)牙適配器與前端工業(yè)級PDA通過藍(lán)牙連接；

（3）工業(yè)級PDA采用GPRA與監(jiān)控計算機(jī)連接。

以上連接均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的雙向通訊，通訊路線如下圖：

圖1 測量機(jī)器人開發(fā)通訊解決方案

為保證觀測系統(tǒng)可靠性，測量指令采用配置文件的形式保存在前端工業(yè)PDA內(nèi)，PDA測量模塊有微電腦功能和GPRS通訊功能。測量模塊與全站儀連接，按預(yù)定時間點驅(qū)動全站儀觀測，并實現(xiàn)與遠(yuǎn)程控制端的通訊。遠(yuǎn)程控制端也可把修改的配置信息發(fā)往測量模塊，或指揮測量模塊即時開始測量。

3 工程案例及數(shù)據(jù)處理

3.1 項目介紹

本系統(tǒng)成功應(yīng)用于某大型基坑監(jiān)測工程。為儀器通視要求，現(xiàn)場測量機(jī)器人架設(shè)在6米高的儀器臺上，監(jiān)測現(xiàn)場如圖2。

圖2 測量機(jī)器人自動化觀測現(xiàn)場

為評價儀器臺的穩(wěn)定性，在周邊的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置6個基準(zhǔn)點，歷次觀測前采用后方交會方法實時糾正儀器臺的坐標(biāo)，然后實施對監(jiān)測點的觀測。

根據(jù)平差理論，以全站儀的方向，角度，邊長為觀測值的平面網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，可以用間接平差的函數(shù)模型來進(jìn)行求解，如圖3所示：

圖3 觀測示意圖

圖中，j為全站儀測站，h、k為已知控制點，則方向jk的角度觀測值的誤差方程在k為已知點時就可以寫為[8]：

？啄？琢■=■■■-■■■

另外，當(dāng)k為已知點時，jk的測邊誤差方程可以寫為[8]：

v■=■■■-■■■

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)建立誤差方程，在程序中可寫為：

角度方程：

AXi（I，0）=-P*Dyf/Dstf/Dstf

AXi（I，1）=P*Dxf/Dstf/Dstf

ALi（I，0）=Azf-CtrPnts（I）.Hz

邊長方程：

AXi（I，0）=Dxb/Dstb

AXi（I，1）=Dyb/Dstb

ALi（I，0）=Dstb-BianChang（I）

利用程序?qū)Ψ匠踢M(jìn)行迭代計算，最終求得測站坐標(biāo)的改正值（x，y），圖4、圖5所示。

圖4 測站點x坐標(biāo)變化曲線

圖5 測站點y坐標(biāo)變化曲線

上圖選取的是一天之內(nèi)測站點坐標(biāo)x，y曲線，由于儀器臺是一根6米高的鐵柱，如圖6所示，熱脹冷縮比較嚴(yán)重，圖中可以看出，在晴天，測站的坐標(biāo)跟日照的關(guān)系有著很大的相關(guān)性：夜間無日照，測站坐標(biāo)平滑穩(wěn)定；白天日出，測站坐標(biāo)開始偏移，并在午間日照最大時達(dá)到頂峰，隨后逐漸回落，夜間又開始平穩(wěn)。說明了獲取數(shù)據(jù)后平差處理的必要性。

3.2 數(shù)據(jù)差分

在利用測量機(jī)器人進(jìn)行觀測時，測量過程受到了很多誤差因素的干擾，例如大氣垂直折光、水平折光、氣溫、氣壓變化、儀器內(nèi)部誤差等等，采用差分的方法可以消除或減弱這些誤差的影響，以提高測量的精度。而差分技術(shù)要求一周期的測量時間不能太長，測量機(jī)器人進(jìn)行自動監(jiān)測就能夠滿足這一要求。所以本程序中對監(jiān)測數(shù)據(jù)采用差分的方法進(jìn)行處理。

（1）距離差分

因為測站點和參考點位于非變形區(qū)域，可以認(rèn)為它們之間的距離是不變的[7]，設(shè)監(jiān)測站至某參考點的己知的斜距為dj， 在監(jiān)測過程中，某一時刻該方向距離的實測值為dj′，兩者之間的差異可以認(rèn)為是由于氣象條件變化引起的，則氣象改正的比例系數(shù)為：

Δd=（dj- dj′）/dj′

為保證氣象改正比例系數(shù)的可靠性，程序中取所有參考點測定的氣象改正系數(shù)的平均數(shù)△d，來用于對監(jiān)測點的距離測量數(shù)據(jù)D進(jìn)行改正。

（2）角度差分

長期的無人看守自動監(jiān)測過程中，儀器不可避免的產(chǎn)生水平度盤零方向的變化，對方位角的影響是不可忽略的[6]。在變形監(jiān)測中，所求變形量均是相對于第一期而言的，所以可把參考點第一次測量的方位角Hzj作為基準(zhǔn)方位角，利用參考點觀測值和平差后的測站坐標(biāo)可以計算本次測量的方位角Hzj′與基準(zhǔn)方位角相比，有一個差異ΔHz。

ΔHz=Hzj′- Hzj

同樣，取所有參考點的角度差分平均值ΔHz，對所有監(jiān)測點的Hz進(jìn)行改正。圖6、7顯示了差分后的計算對比，結(jié)果是顯而易見的。

圖6 未差分的計算結(jié)果

圖7 差分后的計算結(jié)果

4 結(jié)論

本文利用GeoCOM控制全站儀進(jìn)行變形觀測數(shù)據(jù)采集，大幅度的提高測量效率，實現(xiàn)24小時的不間斷觀測，真正意義上實現(xiàn)了無人值守，節(jié)省了大量人力，采集的數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)過平差和差分后也有較好的可靠性，用戶能清晰地看到儀器與電腦通訊過程 ，并及時處理通訊及遠(yuǎn)程調(diào)用時出現(xiàn)的各種情況。并且通過裝備藍(lán)牙或者GPRS工業(yè)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)一臺電腦操作幾臺全站儀，在工程測量當(dāng)中有著較好的開發(fā)前景。

[責(zé)任編輯：謝慶云]

【摘 要】利用Leica型測量機(jī)器人的GeoCom接口，二次開發(fā)可實現(xiàn)自動化觀測，為重復(fù)、高頻次的變形觀測提供解決方案。輔以GPRS模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對數(shù)據(jù)采集。通過對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行測量平差和差分，數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定可靠，在很大程度上提高了傳統(tǒng)測量工作的效率，在生產(chǎn)實踐工作中有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】變形觀測；GeoCom；自動化觀測

0 概述

隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，全站儀的自動目標(biāo)識別（Automatic Target Recognition）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。全站儀發(fā)送的紅外光被反射棱鏡返回，經(jīng)儀器內(nèi)置的CCD相機(jī)接受并判斷后，馬達(dá)驅(qū)動全站儀自動轉(zhuǎn)向棱鏡，自動精確確定棱鏡中心的位置，代替大量人工照準(zhǔn)目標(biāo)枯燥、繁瑣的調(diào)焦和精確照準(zhǔn)工作。

瑞士徠卡公司生產(chǎn)的TPS系列測量機(jī)器人提供了GeoCOM接口技術(shù)，可以對測量機(jī)器人進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)用戶對測量程序的定制。

GeoCOM接口是一個函數(shù)包，其封裝了用戶與徠卡全站儀進(jìn)行通訊交互時調(diào)用儀器上的子系統(tǒng)所需的客戶端調(diào)用接口：例如控制全站儀進(jìn)行動作，計算地理數(shù)據(jù)等。這些接口類似于全站儀內(nèi)部的機(jī)載程序，用戶通過全站儀COM口向全站儀發(fā)送一系列可識別的ASC碼指令，全站儀響應(yīng)后，再把執(zhí)行結(jié)果通過COM口發(fā)還給用戶。

1 技術(shù)流程

本系統(tǒng)使用的是TS30全自動全站儀，該儀器測角精度為0.5″，測距精度為lmm±1ppm*D（D為所測距離），轉(zhuǎn)速為180°/秒，正倒鏡的轉(zhuǎn)換只需2.9秒，非常有利于進(jìn)行自動化觀測。本系統(tǒng)利用C#，開發(fā)機(jī)載觀測程序，測量思路如下：

（1）工程配置：設(shè)定工程的2C差、2C互差、歸零差、測回互差、測距誤差等限差；

（2）測站配置：輸入測站名、 儀器高以及測站的三維坐標(biāo)；

（3）學(xué)習(xí)點配置：輸入觀測點名稱、 棱鏡高， 確認(rèn)后測量，得到學(xué)習(xí)點的三維坐標(biāo)；

（4）重復(fù)步驟3，完成所有學(xué)習(xí)點的測量；

（5）設(shè)定測回數(shù)，開始測量，儀器按照全圓觀測法，對所有待測點進(jìn)行指定測回數(shù)的測量， 測量完成后自動保存數(shù)據(jù)；

（6）若發(fā)生觀測誤差超限的情況， 儀器自動重測；（重測規(guī)則：①對上半測回歸零差超限以及其它原因未測完的測回，都可以立即重測。②若零方向的2C互差超限或下半測回的歸零差超限，則應(yīng)重測整個測回。C.某一測回距離互差超限，應(yīng)重測該整個測回。）

（7）對測量結(jié)果進(jìn)行平差處理，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中；

（8）導(dǎo)出數(shù)據(jù)結(jié)果，保存為Excel2003格式。

2 通訊方案

變形監(jiān)測任務(wù)中往往會遇到操作人員無法直接碰觸儀器的場景，同時任務(wù)又要求數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r的更新與獲取。全站儀自身提供的Rs232電纜線可用距離非常短（1.5m），無法將觀測數(shù)據(jù)及時、有效的送達(dá)到遠(yuǎn)程的操作人員。當(dāng)有新的測量任務(wù)或測量目標(biāo)更改時，遠(yuǎn)程操作人員無法將指令及時下達(dá)至全站儀。本文采用的技術(shù)路線：

（1）全站儀通過RS232電纜與藍(lán)牙適配器連接；

（2）藍(lán)牙適配器與前端工業(yè)級PDA通過藍(lán)牙連接；

（3）工業(yè)級PDA采用GPRA與監(jiān)控計算機(jī)連接。

以上連接均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的雙向通訊，通訊路線如下圖：

圖1 測量機(jī)器人開發(fā)通訊解決方案

為保證觀測系統(tǒng)可靠性，測量指令采用配置文件的形式保存在前端工業(yè)PDA內(nèi)，PDA測量模塊有微電腦功能和GPRS通訊功能。測量模塊與全站儀連接，按預(yù)定時間點驅(qū)動全站儀觀測，并實現(xiàn)與遠(yuǎn)程控制端的通訊。遠(yuǎn)程控制端也可把修改的配置信息發(fā)往測量模塊，或指揮測量模塊即時開始測量。

3 工程案例及數(shù)據(jù)處理

3.1 項目介紹

本系統(tǒng)成功應(yīng)用于某大型基坑監(jiān)測工程。為儀器通視要求，現(xiàn)場測量機(jī)器人架設(shè)在6米高的儀器臺上，監(jiān)測現(xiàn)場如圖2。

圖2 測量機(jī)器人自動化觀測現(xiàn)場

為評價儀器臺的穩(wěn)定性，在周邊的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置6個基準(zhǔn)點，歷次觀測前采用后方交會方法實時糾正儀器臺的坐標(biāo)，然后實施對監(jiān)測點的觀測。

根據(jù)平差理論，以全站儀的方向，角度，邊長為觀測值的平面網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，可以用間接平差的函數(shù)模型來進(jìn)行求解，如圖3所示：

圖3 觀測示意圖

圖中，j為全站儀測站，h、k為已知控制點，則方向jk的角度觀測值的誤差方程在k為已知點時就可以寫為[8]：

？啄？琢■=■■■-■■■

另外，當(dāng)k為已知點時，jk的測邊誤差方程可以寫為[8]：

v■=■■■-■■■

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)建立誤差方程，在程序中可寫為：

角度方程：

AXi（I，0）=-P*Dyf/Dstf/Dstf

AXi（I，1）=P*Dxf/Dstf/Dstf

ALi（I，0）=Azf-CtrPnts（I）.Hz

邊長方程：

AXi（I，0）=Dxb/Dstb

AXi（I，1）=Dyb/Dstb

ALi（I，0）=Dstb-BianChang（I）

利用程序?qū)Ψ匠踢M(jìn)行迭代計算，最終求得測站坐標(biāo)的改正值（x，y），圖4、圖5所示。

圖4 測站點x坐標(biāo)變化曲線

圖5 測站點y坐標(biāo)變化曲線

上圖選取的是一天之內(nèi)測站點坐標(biāo)x，y曲線，由于儀器臺是一根6米高的鐵柱，如圖6所示，熱脹冷縮比較嚴(yán)重，圖中可以看出，在晴天，測站的坐標(biāo)跟日照的關(guān)系有著很大的相關(guān)性：夜間無日照，測站坐標(biāo)平滑穩(wěn)定；白天日出，測站坐標(biāo)開始偏移，并在午間日照最大時達(dá)到頂峰，隨后逐漸回落，夜間又開始平穩(wěn)。說明了獲取數(shù)據(jù)后平差處理的必要性。

3.2 數(shù)據(jù)差分

在利用測量機(jī)器人進(jìn)行觀測時，測量過程受到了很多誤差因素的干擾，例如大氣垂直折光、水平折光、氣溫、氣壓變化、儀器內(nèi)部誤差等等，采用差分的方法可以消除或減弱這些誤差的影響，以提高測量的精度。而差分技術(shù)要求一周期的測量時間不能太長，測量機(jī)器人進(jìn)行自動監(jiān)測就能夠滿足這一要求。所以本程序中對監(jiān)測數(shù)據(jù)采用差分的方法進(jìn)行處理。

（1）距離差分

因為測站點和參考點位于非變形區(qū)域，可以認(rèn)為它們之間的距離是不變的[7]，設(shè)監(jiān)測站至某參考點的己知的斜距為dj， 在監(jiān)測過程中，某一時刻該方向距離的實測值為dj′，兩者之間的差異可以認(rèn)為是由于氣象條件變化引起的，則氣象改正的比例系數(shù)為：

Δd=（dj- dj′）/dj′

為保證氣象改正比例系數(shù)的可靠性，程序中取所有參考點測定的氣象改正系數(shù)的平均數(shù)△d，來用于對監(jiān)測點的距離測量數(shù)據(jù)D進(jìn)行改正。

（2）角度差分

長期的無人看守自動監(jiān)測過程中，儀器不可避免的產(chǎn)生水平度盤零方向的變化，對方位角的影響是不可忽略的[6]。在變形監(jiān)測中，所求變形量均是相對于第一期而言的，所以可把參考點第一次測量的方位角Hzj作為基準(zhǔn)方位角，利用參考點觀測值和平差后的測站坐標(biāo)可以計算本次測量的方位角Hzj′與基準(zhǔn)方位角相比，有一個差異ΔHz。

ΔHz=Hzj′- Hzj

同樣，取所有參考點的角度差分平均值ΔHz，對所有監(jiān)測點的Hz進(jìn)行改正。圖6、7顯示了差分后的計算對比，結(jié)果是顯而易見的。

圖6 未差分的計算結(jié)果

圖7 差分后的計算結(jié)果

4 結(jié)論

本文利用GeoCOM控制全站儀進(jìn)行變形觀測數(shù)據(jù)采集，大幅度的提高測量效率，實現(xiàn)24小時的不間斷觀測，真正意義上實現(xiàn)了無人值守，節(jié)省了大量人力，采集的數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)過平差和差分后也有較好的可靠性，用戶能清晰地看到儀器與電腦通訊過程 ，并及時處理通訊及遠(yuǎn)程調(diào)用時出現(xiàn)的各種情況。并且通過裝備藍(lán)牙或者GPRS工業(yè)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)一臺電腦操作幾臺全站儀，在工程測量當(dāng)中有著較好的開發(fā)前景。

[責(zé)任編輯：謝慶云]

【摘 要】利用Leica型測量機(jī)器人的GeoCom接口，二次開發(fā)可實現(xiàn)自動化觀測，為重復(fù)、高頻次的變形觀測提供解決方案。輔以GPRS模塊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對數(shù)據(jù)采集。通過對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行測量平差和差分，數(shù)據(jù)結(jié)果穩(wěn)定可靠，在很大程度上提高了傳統(tǒng)測量工作的效率，在生產(chǎn)實踐工作中有十分重要的意義。

【關(guān)鍵詞】變形觀測；GeoCom；自動化觀測

0 概述

隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，全站儀的自動目標(biāo)識別（Automatic Target Recognition）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。全站儀發(fā)送的紅外光被反射棱鏡返回，經(jīng)儀器內(nèi)置的CCD相機(jī)接受并判斷后，馬達(dá)驅(qū)動全站儀自動轉(zhuǎn)向棱鏡，自動精確確定棱鏡中心的位置，代替大量人工照準(zhǔn)目標(biāo)枯燥、繁瑣的調(diào)焦和精確照準(zhǔn)工作。

瑞士徠卡公司生產(chǎn)的TPS系列測量機(jī)器人提供了GeoCOM接口技術(shù)，可以對測量機(jī)器人進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)用戶對測量程序的定制。

GeoCOM接口是一個函數(shù)包，其封裝了用戶與徠卡全站儀進(jìn)行通訊交互時調(diào)用儀器上的子系統(tǒng)所需的客戶端調(diào)用接口：例如控制全站儀進(jìn)行動作，計算地理數(shù)據(jù)等。這些接口類似于全站儀內(nèi)部的機(jī)載程序，用戶通過全站儀COM口向全站儀發(fā)送一系列可識別的ASC碼指令，全站儀響應(yīng)后，再把執(zhí)行結(jié)果通過COM口發(fā)還給用戶。

1 技術(shù)流程

本系統(tǒng)使用的是TS30全自動全站儀，該儀器測角精度為0.5″，測距精度為lmm±1ppm*D（D為所測距離），轉(zhuǎn)速為180°/秒，正倒鏡的轉(zhuǎn)換只需2.9秒，非常有利于進(jìn)行自動化觀測。本系統(tǒng)利用C#，開發(fā)機(jī)載觀測程序，測量思路如下：

（1）工程配置：設(shè)定工程的2C差、2C互差、歸零差、測回互差、測距誤差等限差；

（2）測站配置：輸入測站名、 儀器高以及測站的三維坐標(biāo)；

（3）學(xué)習(xí)點配置：輸入觀測點名稱、 棱鏡高， 確認(rèn)后測量，得到學(xué)習(xí)點的三維坐標(biāo)；

（4）重復(fù)步驟3，完成所有學(xué)習(xí)點的測量；

（5）設(shè)定測回數(shù)，開始測量，儀器按照全圓觀測法，對所有待測點進(jìn)行指定測回數(shù)的測量， 測量完成后自動保存數(shù)據(jù)；

（6）若發(fā)生觀測誤差超限的情況， 儀器自動重測；（重測規(guī)則：①對上半測回歸零差超限以及其它原因未測完的測回，都可以立即重測。②若零方向的2C互差超限或下半測回的歸零差超限，則應(yīng)重測整個測回。C.某一測回距離互差超限，應(yīng)重測該整個測回。）

（7）對測量結(jié)果進(jìn)行平差處理，導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中；

（8）導(dǎo)出數(shù)據(jù)結(jié)果，保存為Excel2003格式。

2 通訊方案

變形監(jiān)測任務(wù)中往往會遇到操作人員無法直接碰觸儀器的場景，同時任務(wù)又要求數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r的更新與獲取。全站儀自身提供的Rs232電纜線可用距離非常短（1.5m），無法將觀測數(shù)據(jù)及時、有效的送達(dá)到遠(yuǎn)程的操作人員。當(dāng)有新的測量任務(wù)或測量目標(biāo)更改時，遠(yuǎn)程操作人員無法將指令及時下達(dá)至全站儀。本文采用的技術(shù)路線：

（1）全站儀通過RS232電纜與藍(lán)牙適配器連接；

（2）藍(lán)牙適配器與前端工業(yè)級PDA通過藍(lán)牙連接；

（3）工業(yè)級PDA采用GPRA與監(jiān)控計算機(jī)連接。

以上連接均能實現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的雙向通訊，通訊路線如下圖：

圖1 測量機(jī)器人開發(fā)通訊解決方案

為保證觀測系統(tǒng)可靠性，測量指令采用配置文件的形式保存在前端工業(yè)PDA內(nèi)，PDA測量模塊有微電腦功能和GPRS通訊功能。測量模塊與全站儀連接，按預(yù)定時間點驅(qū)動全站儀觀測，并實現(xiàn)與遠(yuǎn)程控制端的通訊。遠(yuǎn)程控制端也可把修改的配置信息發(fā)往測量模塊，或指揮測量模塊即時開始測量。

3 工程案例及數(shù)據(jù)處理

3.1 項目介紹

本系統(tǒng)成功應(yīng)用于某大型基坑監(jiān)測工程。為儀器通視要求，現(xiàn)場測量機(jī)器人架設(shè)在6米高的儀器臺上，監(jiān)測現(xiàn)場如圖2。

圖2 測量機(jī)器人自動化觀測現(xiàn)場

為評價儀器臺的穩(wěn)定性，在周邊的穩(wěn)定區(qū)域設(shè)置6個基準(zhǔn)點，歷次觀測前采用后方交會方法實時糾正儀器臺的坐標(biāo)，然后實施對監(jiān)測點的觀測。

根據(jù)平差理論，以全站儀的方向，角度，邊長為觀測值的平面網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)，可以用間接平差的函數(shù)模型來進(jìn)行求解，如圖3所示：

圖3 觀測示意圖

圖中，j為全站儀測站，h、k為已知控制點，則方向jk的角度觀測值的誤差方程在k為已知點時就可以寫為[8]：

？啄？琢■=■■■-■■■

另外，當(dāng)k為已知點時，jk的測邊誤差方程可以寫為[8]：

v■=■■■-■■■

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)建立誤差方程，在程序中可寫為：

角度方程：

AXi（I，0）=-P*Dyf/Dstf/Dstf

AXi（I，1）=P*Dxf/Dstf/Dstf

ALi（I，0）=Azf-CtrPnts（I）.Hz

邊長方程：

AXi（I，0）=Dxb/Dstb

AXi（I，1）=Dyb/Dstb

ALi（I，0）=Dstb-BianChang（I）

利用程序?qū)Ψ匠踢M(jìn)行迭代計算，最終求得測站坐標(biāo)的改正值（x，y），圖4、圖5所示。

圖4 測站點x坐標(biāo)變化曲線

圖5 測站點y坐標(biāo)變化曲線

上圖選取的是一天之內(nèi)測站點坐標(biāo)x，y曲線，由于儀器臺是一根6米高的鐵柱，如圖6所示，熱脹冷縮比較嚴(yán)重，圖中可以看出，在晴天，測站的坐標(biāo)跟日照的關(guān)系有著很大的相關(guān)性：夜間無日照，測站坐標(biāo)平滑穩(wěn)定；白天日出，測站坐標(biāo)開始偏移，并在午間日照最大時達(dá)到頂峰，隨后逐漸回落，夜間又開始平穩(wěn)。說明了獲取數(shù)據(jù)后平差處理的必要性。

3.2 數(shù)據(jù)差分

在利用測量機(jī)器人進(jìn)行觀測時，測量過程受到了很多誤差因素的干擾，例如大氣垂直折光、水平折光、氣溫、氣壓變化、儀器內(nèi)部誤差等等，采用差分的方法可以消除或減弱這些誤差的影響，以提高測量的精度。而差分技術(shù)要求一周期的測量時間不能太長，測量機(jī)器人進(jìn)行自動監(jiān)測就能夠滿足這一要求。所以本程序中對監(jiān)測數(shù)據(jù)采用差分的方法進(jìn)行處理。

（1）距離差分

因為測站點和參考點位于非變形區(qū)域，可以認(rèn)為它們之間的距離是不變的[7]，設(shè)監(jiān)測站至某參考點的己知的斜距為dj， 在監(jiān)測過程中，某一時刻該方向距離的實測值為dj′，兩者之間的差異可以認(rèn)為是由于氣象條件變化引起的，則氣象改正的比例系數(shù)為：

Δd=（dj- dj′）/dj′

為保證氣象改正比例系數(shù)的可靠性，程序中取所有參考點測定的氣象改正系數(shù)的平均數(shù)△d，來用于對監(jiān)測點的距離測量數(shù)據(jù)D進(jìn)行改正。

（2）角度差分

長期的無人看守自動監(jiān)測過程中，儀器不可避免的產(chǎn)生水平度盤零方向的變化，對方位角的影響是不可忽略的[6]。在變形監(jiān)測中，所求變形量均是相對于第一期而言的，所以可把參考點第一次測量的方位角Hzj作為基準(zhǔn)方位角，利用參考點觀測值和平差后的測站坐標(biāo)可以計算本次測量的方位角Hzj′與基準(zhǔn)方位角相比，有一個差異ΔHz。

ΔHz=Hzj′- Hzj

同樣，取所有參考點的角度差分平均值ΔHz，對所有監(jiān)測點的Hz進(jìn)行改正。圖6、7顯示了差分后的計算對比，結(jié)果是顯而易見的。

圖6 未差分的計算結(jié)果

圖7 差分后的計算結(jié)果

4 結(jié)論

本文利用GeoCOM控制全站儀進(jìn)行變形觀測數(shù)據(jù)采集，大幅度的提高測量效率，實現(xiàn)24小時的不間斷觀測，真正意義上實現(xiàn)了無人值守，節(jié)省了大量人力，采集的數(shù)據(jù)結(jié)果經(jīng)過平差和差分后也有較好的可靠性，用戶能清晰地看到儀器與電腦通訊過程 ，并及時處理通訊及遠(yuǎn)程調(diào)用時出現(xiàn)的各種情況。并且通過裝備藍(lán)牙或者GPRS工業(yè)模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)一臺電腦操作幾臺全站儀，在工程測量當(dāng)中有著較好的開發(fā)前景。

[責(zé)任編輯：謝慶云]