基于TSM Server平臺的CPⅢ數(shù)據(jù)自動化采集軟件的實現(xiàn)

張緒豐

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 概述

為了實現(xiàn)高速鐵路無砟軌道的高平順性，高速鐵路CPⅢ控制基準的測量需要滿足較高的精度要求。通過理論與實踐的研究可知，CPⅢ測量具有外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作量大，測量精度要求高的特點。因此，CPⅢ外業(yè)測量工作的自動化和程序化能夠更好，更快的完成測量任務(wù)。本文結(jié)合CPⅢ外業(yè)采集的基本知識，從軟件的計算原理、基本功能以及功能的實現(xiàn)等方面，對基于Trimble智能型全站儀開發(fā)平臺TSM Sever的CPⅢ外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件的實現(xiàn)進行闡述。

2 CPⅢ外業(yè)采集的基本知識

CPⅢ平面網(wǎng)測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集的方法是自由測站邊角交會法，CPⅢ網(wǎng)形如圖1所示。

圖1 CPⅢ網(wǎng)形示意(單位:m)

由圖1可以看出，CPⅢ點間距為50至60m，每個測站架設(shè)在線路中線，觀測6對CPⅢ點，測站間距約為120m。相鄰測站要重復觀測3對CPⅢ點，從而保證每個CPⅢ點至少被觀測3次。外業(yè)測量時，為了提高作業(yè)效率，可以僅觀測學習上一測站的任意兩個重復CPⅢ點，利用后方交會的方法可計算得到當前測站點的坐標信息，利用當前測站和各重復目標點的坐標信息，推算出當前測站與重復點的水平方向和天頂距，從而完成重復點的學習測量。

重復點學習測量完畢后，再對當前測站上剩余的CPⅢ點進行觀測學習，最后采集軟件即可對當前測站的CPⅢ點進行自動觀測。

3 TSM Server

3.1 TSM Server的構(gòu)架

由圖 2可知，TSM Server主要由 Survey ToolsServer、DeviceManager和 GenericDevice 三部分構(gòu)成。全站儀的開發(fā)主要采用GenericDevice中TotalStation的相關(guān)指令進行的。

圖2 TSM Server構(gòu)架

3.2 TSM Server的開發(fā)流程

由圖3可知，TSM Server的開發(fā)首先要初始化COM Server，實例化一個回調(diào)類并關(guān)聯(lián)到通訊類中。然后，啟動Device Manager實例以便進行設(shè)備的載入和連接。最后，調(diào)用成員函數(shù)進行具體的操作。例如，通訊參數(shù)的設(shè)置、儀器的連接與斷開、執(zhí)行測量操作、接收測量數(shù)據(jù)等。

圖3 TSM Server開發(fā)流程圖

4 軟件基本功能

4.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

進行CPⅢ平面網(wǎng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集時應按如圖4所示界面中對總測回數(shù)、2C限差等觀測參數(shù)進行設(shè)置。這些參數(shù)將在自動觀測中指導軟件進行多測回方向和距離的觀測，并實時判斷觀測數(shù)據(jù)是否超限。

此外，經(jīng)過理論分析與實驗論證可知，CPⅢ平面網(wǎng)采用半盤位觀測的方式進行數(shù)據(jù)采集，同樣可以滿足CPⅢ平面網(wǎng)的建網(wǎng)精度。因此，軟件具有全盤位與半盤位觀測方式的切換功能。

圖4 參數(shù)設(shè)置

4.2 自動化數(shù)據(jù)采集

軟件完成點位學習，即可對目標點進行自動照準并測量，完全實現(xiàn)無需人工干預的自動化和智能化采集。同時，在自動測量過程中，軟件可以根據(jù)圖4所示界面設(shè)置好的參數(shù)，對獲取測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行實時控制，能夠?qū)崿F(xiàn)超限報警，如圖5和圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制(一)

圖6 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制(二)

4.3 數(shù)據(jù)的輸出與保存

為確保外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的完整性與準確性，軟件會將觀測數(shù)據(jù)自動保存為*．SUC文本文件的加密文件格式。這樣可以有效避免觀測數(shù)據(jù)由于未知原因損失或者被修改。

5 軟件計算原理及實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 軟件的計算原理

根據(jù)CPⅢ平面網(wǎng)的測量方法和測量網(wǎng)型，可通過極坐標法與后方交會法計算出相鄰測站重復目標點的學習數(shù)據(jù)，這樣可減輕外業(yè)的勞動強度，極大地提高CPⅢ外業(yè)數(shù)據(jù)的采集效率。

(1)極坐標法計算

軟件首先建立一個獨立坐標系，坐標系的原點為第一個測站點P，假設(shè)其坐標為(0，0)，觀測得到PA的水平方向值為其方位角，根據(jù)式(1)極坐標法計算公式即可得到A點的坐標。同理，可得到其他CPⅢ點在坐標系中的坐標(如圖7所示)。

圖7 極坐標計算原理

(2)后方交會計算

學習任意兩個重復點m(xMyM)，N(xN，yN)，得到水平方向觀測值LM，LN，根據(jù)式(2)的后方交會計算公式，可以得到新測站點O在獨立坐標系中的坐標，然后即可利用剩余重復點坐標與測站點O的坐標反算水平方向值，以便軟件完成自動照準及自動化采集(如圖8所示)。

式中:l為LM在MN上的投影;h為O點到MN距離。

圖8 后方交會計算原理

5.2 多線程技術(shù)與事件委托的應用

(1)線程的應用

啟動線程:

Thread measuring=new Thread(new ThreadStart(CPⅢmeasure));

measuring．Start();

實現(xiàn)“暫停”和“繼續(xù)”:

ManualResetEvent PauseEvent=new ManualResetEvent(true);

PauseEvent．Reset();

PauseEvent．Set();

(2)委托的應用

軟件中通過委托調(diào)用自定義的方法，解決了線程中調(diào)用控件的問題。

實現(xiàn)字符串chs和fxs在textBox11和textBox12中的顯示。

6 結(jié)束語

TSM Server是Trimble S8智能型全站儀底層開發(fā)接口，包含了TotalStation中相關(guān)指令和函數(shù)。通過這些指令和函數(shù)與智能型全站儀相連，實時控制全站儀進行外業(yè)數(shù)據(jù)自動采集，對采集獲取的測量數(shù)據(jù)進行實時的計算處理，顯示超限信息，捕捉操作錯誤，及時通知用戶采取相應措施，最后形成準確可靠的測量數(shù)據(jù)。基于Trimble智能型全站儀開發(fā)平臺Sever的CPⅢ數(shù)據(jù)自動化采集軟件具有界面友好、操作簡單、實時檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量、自動化數(shù)據(jù)采集和多種數(shù)據(jù)保存格式等特點，不但有效解決了客運專線無砟軌道施工控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中測量任務(wù)繁重、觀測數(shù)據(jù)精度要求高等問題，而且對現(xiàn)有的自動化采集軟件進行了優(yōu)化，進一步提高了外業(yè)觀測的效率，加入了新的觀測模式，是對現(xiàn)行觀測技術(shù)方法的重要補充，對提高野外測量工作效率有重要的意義。

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