電力工程DNA數字水準測量平差處理程序開發與應用

劉安濤，任立華，毛玉麗，高 峰

(河北省電力勘測設計研究院，河北 石家莊 050000)

水準測量是工程建設中必不可少的一項工作，在電力工程設計和施工中，主要應用于電廠的廠區控制、變電站的站址控制、電廠方格網的布設和檢測、灰場大壩的變形觀測等。隨著微電子技術工藝水平的提高，DNA數字水準儀經不斷地改進,其觀測精度有了很大的提高，已經達到一、二等水準測量的精度要求。目前電子水準儀定位在中精度和高精度水準測量等級范圍內，其中中精度標準差范圍為：1.0-1.5 mm/km，高精度標準差范圍為：0.3-0.4 mm/km[2]。DNA電子水準儀具有測量速度快、精度高、勞動強度低、測量數據便于計算機操作、易于實現水準測量內外業一體化等特點。在實際生產過程中，數字水準儀已逐步取代了傳統的光學儀器，越來越廣泛地應用于電力建設等各項測繪生產作業中。

1 數字水準測量工作原理

數字水準儀是在自動安平水準儀的基礎上，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器(CCD)，并采用條碼標尺和數字圖像處理系統而構成的光機電測量一體化的產品。數字水準儀測量系統工作基本原理是條形碼標尺上的條碼圖案經過光反射，一部分光束直接成像在望遠鏡分劃板上，供目視觀測；另一部分光束通過分光鏡被轉折到線陣CCD傳感器的像平面上，經光電轉換、整形后再經過模數轉換，輸出數字信號被送到微處理器進行處理和存儲，并將其與儀器內存的標準碼按一定方式進行比較，即可得到高差讀數。它的出現，在很大程度上降低了作業人員的工作強度，可以更客觀、更快捷的顯示測量結果。

2 系統設計思路

軟件設計思路以實現水準測量內外業一體化為宗旨，以最大限度降低勞動強度、提高生產效率為目標，以操作簡單化、運行智能化、限差控制自動化為條件，使用目前主流開發語言Visual Basic.6.0，構建水準平差序的運行界面、輸入、輸出窗口并根據觀測數據和已知數據的輸入形式和數據結構，按照水準平差的平差模型編寫相應的代碼，形成平差模型計算模塊(module)。

結合工程測量規范與火力發電廠工程測量技術規程，經詳細的討論和分析，數字水準測量平差處理程序由六個功能模塊組成即采集原始水準測量數據、數據預處理、水準路線平差、精度評價、提取高程成果以及鏈接平差易2005接口模塊。系統功能框架圖見圖1。

圖1 系統功能框架圖

2.1 采集原始水準測量數據

外業觀測采用相應精度的DNA水準儀，按照相應等級的規范要求，進行外業高差觀測。

外業原始成果應包括：各測段的高差觀測值，以m為單位；各測段的路線長度，以m為單位。

基于數字水準儀輸出的原始數據為excel格式文件以及最終高程成果的提取，該系統應能夠傳輸 excel、dat、 txt 等格式的數據文件。原始數據為excel格式見表1。

表1 原始數據格式

2.2 數據預處理

利用visual basic和 vba開發水準測量預處理模塊。該模塊為水準測量平差的中間文件，主要計算各控制點間的距離與高差信息，為后續平差處理提供數據，為工作人員查看控制點間信息提供依據，同時也是水準測量檢查工作的重要依據。

2.3 水準測量平差

水準測量的所有數據信息確認無誤以后，就可以進行平差計算。本系統平差計算的步驟及方法如下：

① 根據本系統提取控制點間的高差與距離信息，依次查找往(返)測段各控制點、各控制點間路線長度及高差信息，計算水準路線的高差閉合差及允許閉合差，并將其保存在平差后的數據文件內。

②根據本系統提取控制點間的高差與距離信息，計算各控制點的高差改正數。

③根據水準測量已知的高程點，依次推算各控制點的高程。

2.4 水準測量精度評定

針對本系統的適用范圍，依據《火力發電廠工程測量技術規程》、《工程測量規范》及國家標準GB/T 12897-2006國家一、二等水準測量規范，系統將現行國家水準規范規定的二等、三等、四等水準測量限差置入程序中，供使用者隨時瀏覽查閱。

水準測量的主要技術要求如表2(單位mm)。

表2 水準限差

2.5 提取高程成果

水準測量平差成果輸出的項目包括以下幾項內容：

表3 成果輸出格式

① 已知點信息：已知水準點名稱、高程；

② 高差觀測值信息：起點名稱、終點名稱、點間距離、高差；

③ 精度信息：每公里觀測高差中數的偶然中誤差；

④ 高程平差數據：各水準點名稱、高程平差值。

平差成果按照一定的格式排列，輸出的方式可以為txt文件、dat文件或csv文件。平差成果輸出格式見表3。

2.6 與平差易軟件連接接口

該方案鑒于原始數據與平差易鏈接的不便性，綜合考慮了原始數據與平差易的數據特點，編寫代碼把原始數據轉換成平差易輸入文件。

3 平差處理系統設計

3.1 系統環境

硬件環境：Windows 95、98及以上版本；軟件開發環境：Visual Basic 6.0中文企業版。

3.2 系統介紹

該系統包括七個主要菜單，即文件、數據處理、水準路線平差、允許閉合差查看、允許偶然中誤差查看以及提取水準點高程及視圖。水準測量平差處理程序界面見圖2。

4 結語

應用可視化語言進行程序設計和開發，使編程工作更直觀、快捷、實用；并且程序各窗口的構建設計簡單，各算法的實現可編寫獨立的module。本文中的水準平差處理程序輸入形式簡單，程序運行穩定功能相對完善，通過對實例的驗證計算可靠，能在電力勘測、工程測繪等實際應用中提高內業處理效率，縮短工程工期；同時便于推廣，具有較高的使用價值。

圖2 水準測量平差處理程序界面

[1]陸輝，陳陸軍.評析DNA03高精度數字水準儀測量技術[J].浙江測繪，2003，(2).

[2]錢林春，李兵.DL-101 C數字水準儀水準測量精度研究[J].測繪與空間地理信息，2007，30(5).

[3]楊俊志，劉宗泉.數字水準儀的測量原理及其檢定[M].北京：測繪出版社，2005.

[4]楊俊志.徠卡SPRINTER系列數字水準儀的測量原理[J].測繪科學技術學報，2008，25(3).

[5]周軼峰，楊建.新編Visual Basic6.0實用編程技術[M].北京：中國水利出版社，1999.

[6]龔沛曾，陸慰民，楊志強.Visual Basic程序設計教程[M].北京：高等教育出版社，1998.

[7]DL/T5001-2004，火力發電廠工程測量技術規程[S].

[8]GB 50026-2007，工程測量規范[S].

[9]GB/T 12897-2006，國家一、二等水準測量規范[S].