李娜　劉彩紅

摘要：針對(duì)大壩外觀變形監(jiān)測(cè)外業(yè)自動(dòng)化程度低，內(nèi)外業(yè)耗時(shí)長(zhǎng)等劣勢(shì)，以GeoBasic和Visual Basic為開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)前方交會(huì)內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集、電子觀測(cè)手簿生成、平差計(jì)算、歷史數(shù)據(jù)提取以及變形曲線圖繪制等實(shí)用功能，提高了作業(yè)效率，節(jié)約了勞動(dòng)成本，實(shí)現(xiàn)了大壩外觀前方交會(huì)測(cè)量的內(nèi)外業(yè)一體化。結(jié)合某電站大壩外觀前方交會(huì)測(cè)量詳述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞：邊角前方交會(huì)；內(nèi)外業(yè)一體化；GeoBasic；Visual Basic；作業(yè)效率

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）26-6070-02

大壩外觀的安全監(jiān)測(cè)主要采用前方交會(huì)法、視準(zhǔn)線方法和水準(zhǔn)測(cè)量來(lái)監(jiān)測(cè)壩表面的變形情況，這些目前都是采用人工方法觀測(cè)，需要手工記錄邊長(zhǎng)、水平角、垂直角以及大氣元素等，而且需要記錄者現(xiàn)場(chǎng)算出差值，檢查限差，這些對(duì)觀測(cè)者和記錄者的能力要求比較高，一旦出錯(cuò)，也不易檢查；內(nèi)業(yè)工作也相當(dāng)繁瑣，需要進(jìn)行觀測(cè)值的改正、平差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等，而且重復(fù)計(jì)算，出錯(cuò)機(jī)率達(dá)；目前該項(xiàng)工作的內(nèi)業(yè)和外業(yè)耗時(shí)都比較長(zhǎng)，自動(dòng)化程度低，滿足不了變形監(jiān)測(cè)快速反映變形的要求。

為了解決上述問(wèn)題，逐步實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的作業(yè)模式，開(kāi)發(fā)一個(gè)外業(yè)自動(dòng)觀測(cè)機(jī)載軟件和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)顯得必然且迫切。該文以某電站防浪墻變形監(jiān)測(cè)為例，以全站儀為數(shù)據(jù)采集手段，采用邊角前方交會(huì)方法，野外數(shù)據(jù)采集通過(guò)基于GeoBasic[1]開(kāi)發(fā)的前方交會(huì)機(jī)載軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)并生成原始觀測(cè)文件，內(nèi)業(yè)通過(guò)基于Visual Baisc[2]內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的平差處理工作，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

以實(shí)現(xiàn)大壩防浪墻位移監(jiān)測(cè)內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)為宗旨，將外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸及預(yù)處理和平差分析三個(gè)子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用TCA2003測(cè)量機(jī)器人，配合自主開(kāi)發(fā)的前方交會(huì)自動(dòng)觀測(cè)機(jī)載軟件[3]，實(shí)現(xiàn)操作簡(jiǎn)單化、運(yùn)行智能化、限差控制自動(dòng)化為程序設(shè)計(jì)目標(biāo)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)處理部分以實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理和觀測(cè)手簿和表格的生成為目標(biāo)；數(shù)據(jù)的平差和分析以完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移量計(jì)算和過(guò)程線為目標(biāo)。

1.2 前方交會(huì)機(jī)載軟件

TCA2003是在機(jī)載軟件的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的，根據(jù)工程需要應(yīng)用GeoBasic語(yǔ)言開(kāi)發(fā)相應(yīng)的機(jī)載程序。針對(duì)大壩防浪墻位移監(jiān)測(cè)精度高，觀測(cè)工作量大，方向數(shù)多等特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了一套前方交會(huì)機(jī)載軟件完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。

1.3 LYSWGS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

LYSWGS系統(tǒng)在Windows XP平臺(tái)上使用Visual Basic語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，界面友好，操作簡(jiǎn)單。它采用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)組織與管理各種測(cè)量數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)具有對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算的功能，生成各種監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移變化圖；還可以將數(shù)據(jù)和結(jié)果輸出到外部指定的文件。系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、數(shù)據(jù)分析、圖表生成以及報(bào)表生成等模塊。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2。

2 內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)的基本功能

1） 外業(yè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用測(cè)量機(jī)器人配置自主開(kāi)發(fā)的前方交會(huì)機(jī)載軟件，系統(tǒng)完全按照測(cè)量規(guī)范中的相應(yīng)條款設(shè)置外業(yè)觀測(cè)的各項(xiàng)技術(shù)要求，在自動(dòng)測(cè)量過(guò)程中，若有超限情況，能即時(shí)告訴操作人員，作出相應(yīng)的處理，大大減少了外業(yè)出錯(cuò)幾率。

2） 數(shù)據(jù)通信功能。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)TCA2003與計(jì)算機(jī)通信的功能，通過(guò)數(shù)據(jù)線將外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，同時(shí)也可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入儀器的PCMCIA卡。

3） 數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)外業(yè)觀測(cè)氣象信息的整理以及電子觀測(cè)手簿的生成功能。

4） 數(shù)據(jù)平差功能。采用最小二乘原理實(shí)現(xiàn)對(duì)三維邊角前方交會(huì)的平差計(jì)算，獲取點(diǎn)位平差后的三維信息。

5） 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能。系統(tǒng)完成主、副壩防浪墻監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移值變化的計(jì)算、變相曲線圖的生成、變形矢量圖的生成。

6） 數(shù)據(jù)查詢與管理功能。利用系統(tǒng)后臺(tái)的Access數(shù)據(jù)庫(kù)查詢當(dāng)期或往期數(shù)據(jù)，并可根據(jù)用戶需求導(dǎo)出相應(yīng)數(shù)據(jù)。

7） 成果輸出功能。系統(tǒng)將整個(gè)過(guò)程中的原始數(shù)據(jù)、邊長(zhǎng)改正數(shù)據(jù)、前方交會(huì)結(jié)果、三角高程數(shù)據(jù)以及過(guò)程線圖形數(shù)據(jù)等按用戶要求進(jìn)行輸出（如EXCEL表格、PDF等）。

3 實(shí)例分析

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于瑯琊山抽水蓄能電站大壩外觀變形監(jiān)測(cè)及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，該文以某期監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理為例進(jìn)行說(shuō)明。

1） 外業(yè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。采用TCA2003配備開(kāi)發(fā)的機(jī)載軟件選擇大氣較為穩(wěn)定的時(shí)間進(jìn)行野外觀測(cè)，觀測(cè)員實(shí)時(shí)記錄測(cè)站與鏡站的干溫、濕溫、氣壓以及棱鏡高、儀器高等。

2） 原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出。將儀器中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出至計(jì)算機(jī)，包含水平角文件（*.TPT），垂直角文件（*.TZT）和距離文件（*.TXT）。

3） 原始數(shù)據(jù)預(yù)處理。對(duì)野外測(cè)量過(guò)程中記錄的溫度、氣壓、儀高、鏡高等數(shù)據(jù)整理成相應(yīng)的格式，導(dǎo)入平差系統(tǒng)；對(duì)斜距進(jìn)行氣象改正、周期改正、傾斜改正以及投影改正[4]，改正后平距用于后期的前方交會(huì)平差計(jì)算。

4） 前方交會(huì)平差計(jì)算。將預(yù)處理后的平距、角度等信息導(dǎo)入平差系統(tǒng)，按下“計(jì)算”鍵，軟件自動(dòng)在后臺(tái)進(jìn)行計(jì)算，并把平差計(jì)算后的結(jié)果以表格的形式在窗口顯示。

5） 入庫(kù)與圖表顯示。經(jīng)過(guò)平差計(jì)算后，窗口列表顯示了平差后監(jiān)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)以及點(diǎn)位中誤差等技術(shù)指標(biāo)，如果本期數(shù)據(jù)合格，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Access數(shù)據(jù)庫(kù)；如果數(shù)據(jù)庫(kù)已有多期平差后成果，這時(shí)就可以對(duì)各期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算各個(gè)點(diǎn)相鄰兩期的變形量以及累計(jì)變形量，繪圖的測(cè)期、測(cè)點(diǎn)可以方便、隨意地選擇，操作簡(jiǎn)便、快捷。這里以某期數(shù)據(jù)為例，作出各個(gè)點(diǎn)的△E（平行于壩方向）和△F（垂直于壩方向）變化曲線圖，見(jiàn)圖3。

6） 成果輸出。以Excel和PDF等形式輸出電子手簿（水平角觀測(cè)手簿、距離觀測(cè)手簿等）以及成果表。

4 結(jié)論

采用基于Basic語(yǔ)言的前方交會(huì)內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)完成大壩的變形監(jiān)測(cè)及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，既保證了監(jiān)測(cè)質(zhì)量又大大提高了監(jiān)測(cè)速度。系統(tǒng)是基于特定工程需要而開(kāi)發(fā)出的專用系統(tǒng)，在工程中取得了較好的效果，但在實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題需要進(jìn)一步研究與思考：

1） 本系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)野外用計(jì)算機(jī)控制測(cè)量機(jī)器人，因此研究GeoCom接口[5]技術(shù)成為下一階段需要突破的難點(diǎn)；

2） 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理尚需到室內(nèi)完成，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)解算成果，因此如何在野外實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平差成果，以便能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，成為下一階段研究重點(diǎn)。

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