GPS及全站儀外業數據傳輸在公路測設中的應用

王永清

【摘 要】GPS測量儀器可高精度的確定測點的三維位置，在目前工程測量中廣泛應用。全站儀是由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器，可以同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數據處理。利用計算機與GPS及全站儀之間進行數據傳輸和處理，減少了室內手工輸入數據易錯、漏點的缺點，使工作效率成倍提高。傳統的、常規的全站儀測量外業，手工輸入內業的作業方式必將被現代的一體化的計算機及全站儀外業數據應用所代替。本文通過對GPS及全站儀數據傳輸應用的介紹，闡述GPS及全站儀與計算機結合進行數據傳輸，在公路測量中廣泛應用的使用技巧。

【關鍵詞】GPS 全站儀 數據傳輸 應用

隨著高等級公路的迅速發展，對勘測技術提出了更高的要求，公路測設初期由于線路長，已知點少，用常規測量手段不僅布網困難，而且難以滿足高精度的要求。利用GPS接收機的快速靜態定位功能施測線路的全部初測導線，快速、高精度的建立數百公里的高速公路首級控制網，然后用常規方法布設導線加密，實踐證明在幾十公里范圍內的點位誤差很小，達到了常規方法難以實現的精度，取得了良好的效果。GPS接收機在道路工程中主要是用于建立各種道路工程控制網及測設點控制等。GPS接收機測量技術無需通視，減少了常規方法的中間環節，測設速度快、精度高，具有明顯的社會和經濟效益，同時對檢測常規測量的控制點也非常有效。在道路、特大橋、隧道測量中具有廣泛的應用前景。GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛星導航系統，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息，極大地提高了地球社會的信息化水平，有力地推動了數字經濟的發展。全站儀是由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器，可以同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數據處理。

1 工作原理

首先用常規方法建立高精度測量控制三角網，然后利用GPS接收機對該網進行觀測，GPS接收機觀測網達到毫米級精度。GPS測量儀器與手簿相連接，手薄就是一個小型的掌上電腦。GPS靜態測量數據記錄后可以利用專用測量軟件進行解算。原始觀測數據的讀入在進行基線解算時，首先需要讀取原始的GPS觀測值數據。各接收機廠商隨接收機一起提供的數據處理軟件都可以直接處理從接收機中傳輸出來的GPS原始觀測值數據，而由第三方所開發的數據處理軟件則不一定能對各接收機的原始觀測數據進行處理，要處理這些數據，首先需要進行格式轉換。已有外業數據時，在讀入了GPS接收機觀測值數據后，就需要對觀測數據進行必要的檢查，檢查的項目包括：測站名、點號、測站坐標、天線高等。對這些項目進行檢查的目的，是為了避免外業操作時的誤操作。

不同的GPS接收機提供的數據記錄格式不同。例如觀測時刻這個記錄，可能采用接收機參考歷元，也可能是經過改正歸算至GPS標準時間。在進行平差（基線向量的解算）之前，觀測值文件必須規格化、標準化。

全站儀的數據記錄與傳輸，觀測數據的記錄，隨儀器的結構不同有三種方式：（1）一種是通過電纜，將儀器的數據傳輸接口和外接的記錄器連接起來，數據直接存儲在外接的記錄器中；（2）另一種是儀器同部有一個大容量的內存，用于記錄數據；（3）還有的儀器是采用插入數據記錄卡。

利用計算機解算使測量控制點的精度更高，通過對外業數據的解算加密將計算機與儀器的結合減少常規環節中易錯及漏點的缺陷。全站儀與GPS的結合，它是集成GPS接收機的高性能的特點。使用GPS接收機確定該點的準確位置，然后就可以使用全站儀進行測量、放樣。這樣就可以得到高精度的外業控制點，在橋梁和隧道中應用及為廣泛，特別是隧道工程中，GPS的衛星接收信號差或無信號的情況下，全站儀的優點就進一步顯示出來，當然也離不開數據傳輸的應用。

2操作方法

（1）已有基本外業數據的操作方法，這種方法在公路施工中較常應用，已知導線或交點坐標數據，利用測量軟件將數據計算后可獲取所有的導線數據及逐樁（逐點）坐標，將數據格式轉換為txt文本格式，一般為點號、坐標。根據GPS及全站儀所需的文件格式進行數據轉換，目前測量儀器的文件格式通常為“txt”格式。

（2）無外業數據的操作方法，在公路工程設計中應用較多，可利用部分外業數據進行試算，當試算彎道半徑及曲線符合要求路線設計規范要求時利用測量軟件計算所有逐樁坐標或交點的坐標，有利于提高外業數據計算的準確性，在實際操作中將計算機和測量儀器結合，將計算好的數據傳輸的測量儀器中，提高工作效率，減少誤差。

3數據傳輸

以尼康DTM—352型全站儀數據為例，全站儀數據傳輸通常在測量中所講的通訊下載數據或上傳數據，即計算機與全站儀建立連接，選擇全站儀的型號。數據的格式一般是文本格式（txt）輸入即NIKON/SDR2X/SDR33，載入數據內容和順序為PT（點號），E，N，Z，CD和空格；如果不設Z坐標順序為PT，E，N的形式。計算機通過軟件輸出可以是電子表格的形式轉換為文本格式V2.00，利用數據線連接到尼康DTM—352型全站儀的UP為載入點，MP為手工輸入點。為避免手工輸入的錯誤或漏輸采用計算機傳輸，將全站儀和計算機連接通過載入點傳輸數據。

首先在全站儀上設置通訊參數，計算機上設置相同的通訊參數，計算機進入接受狀態，全站儀發送數據；或全站儀進入接受狀態，計算機發送數據（1）在全站儀上選擇程序/菜單/通訊/下載/OK，選定需要下載的作業文件名；（2）在計算機上設置通訊口[COM]、通訊參數：9600（波特率）奇偶檢驗（NONE）、數據位8、停止位1；（3）在全站儀上進入接收或發送文件狀態。（4） 在計算機上運行[Comm]（通訊）軟件，按快捷鍵將顯示通訊參數設置，設為與全站儀相同的通訊參數及正確的串口后，按[REC]鍵，進入接收等待狀態；上傳坐標數據X，Y，Z。用RS—232數據線連接并在計算機上啟動終端程序。按[OK]或[ENT]鍵儀器處于“接收列表文件”模式。

例：原來數據：1，UB，30.000，20.000，L1

定義格式：PT/N/E/CD

上傳數據：PT=1，N=30.000，E=20.000，CD=L1

“PT”表示點號，“30.000”表示X坐標，“20.000”表示X坐標，L1表示表示點的高程。坐標數據文件可以用文本格式進行編輯。在一般外業測設由于精度的要求，主要采用的數據為PT，N，E。數據轉換及傳輸就采用該格式。

注意在通訊程序中，數據流必須設為“Xon/Xoff”；由于每個點均被儀器所接受，“Record”（記錄）數在增加；當代碼的字符超過16個字符時，系統會將其截去；格式不能接受復制的數據，PT，E，N，Z和CD都必須在一個格式中只用一次；如果在原始文件中要中止一些項，只要在忽視的欄中輸入“空白”即可；串口的設置必須與計算機的設置一樣；上傳列表代碼會代替原來的代碼列表。最大可以存儲254個代碼或PT列表中的點名。

通過數據傳輸計算機與GPS及全站儀建立連接，更大的提高工作效率，減少室內輸入的時間和人工手工輸入的錯誤和漏點。目前測量技術方法和手段都在向計算機和和辦公自動化發展，測量儀器也向著多元化、數字化的轉變。有效的利用測量軟件和測量儀器的結合，既能確保外業放線的準確度，又可以大大提高測設效率，同時可以進行逐樁或部分樁點的距離加密測設。

4 GPS及全站儀外業數據傳輸的優點

（1）GPS測量由于無需通視，可構成較強的三角測量網，作為外業控制點由GPS觀測的點位具有較高的精度，通過計算機解算應用傳輸的數據可進一步提高控制點位的精度。

（2）計算機測量軟件內業計算，避免計算誤差，提高常規觀測測量的三角網的精度。

（3）減少手工輸入錯誤和易漏點出錯的缺點，節約工作時間，提高了工作效率。

（4）內業計算的精準度的進一步提高，數據傳輸的應用可減少中間環節的誤差。同時可保證外業控制點的精度。在公路外業測設及施工過程中避免某些測量儀器的缺陷，就有必要進行數據間的傳輸及轉換。

5結語

利用計算機和GPS及全站儀進行數據傳輸減少了數據輸入作業時間和手工輸入的錯誤和漏點，提高了生產效率，節約了測設成本，提高了測設作業精度，隨著測量儀器技術發展，計算機和GPS及全站儀的結合應用必將成為時代的先驅，并在日益發展的科技工作中起到更大作用和普及使用。

參考文獻：

[1]《公路路線設計規范》（JTG D20—2006）.人民交通出版社.

[2]《全站儀使用說明書》.

[3]《公路勘測規范》（JTG C10—2007）.人民交通出版社.

[4]《公路勘測細則》（JTG/T C10—2007）.人民交通出版社.