基于PDA的測量機器人自動化多測回測角軟件設計與實現

武漢大學測繪學院 胡 波

徠卡測量系統貿易(北京)有限公司 葉 威

精密工程與工業測量國家測繪地理信息局重點實驗室 朱勇超 童 魁

一、引 言

隨著測繪技術的進步及測量機器人的出現，高精度測量機器人廣泛應用于控制網觀測與變形監測工作中。多測回測角軟件是建立高等級三角網、導線(網)及大型構筑物和建筑物形變監測網時的主要觀測手段。這些觀測具有觀測目標多、測回數多、精度要求高等特點，人工觀測費時費力，作業效率難以提高，因此基于測量機器人開發多測回測角程序可以提供高效、便捷的自動化測量，大大提高工作效率，降低勞動強度，同時可以滿足內、外業數據一體化、規范化的作業要求。基于測量機器人的程序開發主要有PDA程序設計和機載程序設計兩種模式。但是機載程序通用性差，為了適應多種測量機器人的應用需求，筆者以徠卡TS30/TM30系列全站儀為基礎，在 Microsoft Visual Studio.NET2008和.NET Compact Framework平臺上利用C#語言在PDA上實現了自動化多測回測角軟件。PDA與全站儀通過藍牙或數據線進行通信，控制儀器進行自動化測量。

二、系統開發平臺搭建

PDA使用的操作系統是 Windows Mobile 5.0，開發平臺是 Microsoft Visual Studio.NET 2008和.NET Compact Framework，開發語言為C#。基于PDA的多測回測角軟件與測量機器人之間的通信是通過.NET Compact Framework提供的通用類 Serial Port中串口通信的API函數來實現的。在開發過程中，調用ClassGeGeoCom.dll類庫，利用GeoCOM 指令來控制儀器進行自動測量、轉盤、倒鏡等工作。

三、系統設計及實現

為了保證高質量、高效、便捷地完成測量任務，且測量成果滿足國家測量規范，系統必須具有良好的性能。系統設計主要分為需求分析、功能設計、數據結構設計、系統設計的關鍵技術，其總體框架如圖1所示。

圖1 系統框架圖

1.需求分析

首先要求利用該系統能夠進行高等級的控制網及高精度的變形監測網測量;其次要求數據采集程序能夠實時對數據進行解算和記錄，控制數據質量;最后從系統開發的角度考慮，該系統必須具有良好的用戶接口，能夠方便地進行移植，當用戶進行不當操作時，該系統能夠進行錯誤處理，給予提示或警告，且不影響系統正常運行。

2.功能設計及實現

1)系統主界面。Leica TS30/TM 30手持數據采集終端如圖2所示。

2)項目。包含新建項目、打開項目、刪除項目等功能。

3)配置。包括串口設置和限差設置兩個部分。串口設置參數有儀器類型、波特率、數據位、停止位、檢校位;限差設置參數有水平角讀數互差、歸零差、2C互差、測回互差，豎直角讀數互差、指標差、測回互差，距離讀數互差、測回互差。串口設置如圖3所示，限差設置如圖4所示。

圖2 系統主界面

圖3 串口設置

圖4 限差設置

4)測量。包括學習測量和自動測量兩個單元。學習測量是初始測量，首先設置測站信息，包括測站名稱、測站高、測回數、度盤置零;然后對目標點按照順時針方向依次觀測，每個目標點測量一次，完成所有目標點測量后，保存測站信息和目標點信息到數據庫，如圖5所示。學習測量完成后開始自動測量，自動測量模塊會按照設定的測回數對目標點觀測，在觀測的同時對測量數據進行質量檢核，如果數據檢核未通過，程序會自動對超限測回或超限測點進行修測，以保證數據質量，如圖6所示。

圖5 學習測量

圖6 自動測量

5)數據。該功能實現的是數據查看、數據格式轉換、數據導出。為了實現觀測和數據處理自動化，筆者設計了數據格式轉換模塊，通過該模塊可以將原始觀測值數據轉換成多種數據后處理軟件的數據格式。本系統主要是將數據格式轉換為科傻(COSA)和 GNPS軟件格式，科傻(COSA)和GNPS軟件都能對數據進行平差處理，對多期觀測數據進行變形監測分析。

6)幫助。主要包括多測回測角軟件的幫助文檔、軟件注冊和軟件研制相關的信息。

3.數據結構設計

本系統采用SQlite數據庫進行數據的存儲與釋放。項目數據管理包括對項目信息的存儲與修改，在本系統中主要分為項目列表文件和項目數據庫文件兩部分。項目列表文件存儲所有項目的基本信息，以便對項目進行打開、刪除等操作;項目數據庫文件設有4個數據庫內表，分別是串口設置、限差設置、學習測量和自動測量數據表，通過對數據庫內表的操作來實現數據的提取與存儲，穩定高效。

四、系統應用

實現了多測回測角系統后，為了驗證該軟件系統的實用性，筆者對軟件進行了實際應用，運用徠卡TS30全站儀，在已有試驗平臺上進行了變形監測的觀測試驗。筆者選定在強制對中樁3A處安置儀器，設為測站A，離測站A約300～500 m距離范圍的滑坡體上安置了6個圓棱鏡作為監測目標，進行了為期1 d共20個周期的觀測，每期觀測8個測回。從試驗結果來看，徠卡TS30自動目標識別情況良好，測量精度較高。筆者用GNPS軟件對數據進行了平差解算和變形分析，以第一周期測量數據作為基準進行分析，得出了各個監測點的變形情況，其中監測點1后19個周期變形量如圖7所示。

圖7 監測點1變形曲線

五、結束語

運用多測回測角軟件進行三角網測量、導線測量及變形監測能夠大大提高作業效率，降低勞動強度。多測回測角軟件具有高質量、高效、全自動、準確、實時性強、操作簡單等特點，特別適用于小區域多目標點的長期監測和三角網、導線網控制測量。運用該軟件可以實現自動無人值守的形變監測和網觀測與數據處理自動化。

(本專欄由徠卡測量系統和本刊編輯部共同主辦)