TPS1100機載高拱壩測量程序的開發(fā)與應(yīng)用

沈紹羅，黃兵杰，張連發(fā)，耿勝輝

(1.中國水利水電第八工程局有限公司科研設(shè)計院，湖南 長沙 410007;2.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

目前，在水利水電工程中雙曲拱壩放樣和檢測常采用卡西歐編程型計算器Fx4800、4850、5800、9750、9860 等進行編程，然后根據(jù)全站儀測量的三維坐標反復(fù)輸入到計算器中進行計算，直至放樣和檢測滿足規(guī)范偏差要求為止，再將合格測量數(shù)據(jù)進行手工記錄。當(dāng)轉(zhuǎn)到內(nèi)業(yè)時，校核人員需要重新逐一將手工記錄數(shù)據(jù)輸入到計算器中進行核算，并將數(shù)據(jù)手工輸入到電子表格和CAD 中進行展點繪制放樣和檢測成果表。

以上常規(guī)放樣和檢測方法，容易出現(xiàn)看錯數(shù)、聽錯數(shù)、輸錯數(shù)、記錯數(shù)的可能性，從而造成外業(yè)時間和內(nèi)業(yè)時間花費的時間過長，一個班組需要配備的人員數(shù)量較多，工作效率低下，放樣和檢測質(zhì)量得不到全面控制和保證。針對徠卡公司生產(chǎn)的TPS1100 系列全站儀具有利用GeoBasic 平臺［1］進行二次開發(fā)的條件;開發(fā)出一種集放樣計算、記錄、測量、內(nèi)業(yè)資料于一體的全站儀機載軟件，協(xié)助測量人員高效完成了溪洛渡拱壩施工過程中的放樣和檢測。

2 GeoBasic 軟件開發(fā)平臺

GeoBasic 集成開發(fā)環(huán)境是與徠佧TPS1100/TPS1000 系列全站儀的控制指令相配套的機載軟件二次開發(fā)平臺，與微軟Visual Studio 中的Visual Basic 開發(fā)環(huán)境類似，GeoBasic 符合絕大多數(shù)Basic 語言的通用語法規(guī)則和標準函數(shù)，十分易學(xué)易用。然而，它真正強大的功能在于可以通過其嵌入式函數(shù)調(diào)用儀器內(nèi)已有的子系統(tǒng)和對話框來實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、測量指令操作、專門的測量計算等多種任務(wù)。開發(fā)人員可以迅速、靈活地構(gòu)造出復(fù)雜、實用的測量程序，經(jīng)過數(shù)據(jù)電纜上傳到全站儀內(nèi)存中，使用者可以像使用隨儀器出廠的機載軟件一樣自如使用由自己二次開發(fā)的應(yīng)用程序，真正做到用戶個性化配置，方便、高效地按照用戶的意愿進行一些復(fù)雜性測量、計算、記錄的測量工作。最新的GeoBasic 集成開發(fā)環(huán)境是2001年發(fā)布的GBStudio，主要包括編輯器、編譯器、調(diào)試器和仿真器。

GeoBasic 的源代碼文件* ．gbs 保存在GBStudio 的代碼編輯器中［2］，調(diào)試成功的源代碼經(jīng)編譯器編譯后生成可解釋執(zhí)行的GeoBasic 應(yīng)用程序文件* ．gba 和語言文件* ．lng。其中，語言文件* ．lng 只與界面語言有關(guān)，便于提供該程序不同的語言環(huán)境，為程序在世界范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用帶來便利。然后，通過上載到模擬器中運行，從而模擬程序在全站儀上的運行效果，并可通過類似辦法將GBStudio 的調(diào)試器和模擬器連接，跟蹤程序在模擬器中的運行情況，包括設(shè)置斷點、查看變量值等［3］。最后，調(diào)試完畢的GeoBasic 應(yīng)用程序文件* ．gba 和語言文件* ．lng，隨同相應(yīng)版本的解釋程序(gbi_229．prg 或GBI_TPS1100_210．prg)一起通過徠佧測量辦公室(Leica Survey Office)軟件［4］上載到全站儀便可實現(xiàn)個性化功能了。

3 軟件的功能

3.1 軟件設(shè)計思想與功能構(gòu)成

利用我項目部已有的4 臺TPS1100 系列全站儀作為硬件平臺，GBStudio 作為開發(fā)的軟件工具，本著操作簡單、功能貼近生產(chǎn)實際為目的。程序具有數(shù)據(jù)文件管理、測站設(shè)置與方向檢查、拱壩上下游拱圈線的檢測與放樣、大壩橫縫的放樣及檢測、大壩參考線(如廊道、導(dǎo)流底孔、泄洪中、牛腿面等)具有空間直線結(jié)構(gòu)物的放樣及檢測、放樣及檢測數(shù)據(jù)的記錄、現(xiàn)場數(shù)據(jù)查詢與調(diào)閱、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的檢查等功能［5，6］。

功能基本上覆蓋了溪洛渡大壩放樣和檢測過程中計算比較復(fù)雜的部分，具有儀器測量與計算同步、測站觀測、記錄、計算于一體的特點;擯除了人為修改測量數(shù)據(jù)、記錯、看錯、聽錯數(shù)據(jù)的可能;內(nèi)業(yè)檢查100%且能做到外業(yè)記錄數(shù)據(jù)與內(nèi)業(yè)資料相互調(diào)入使用，可做到一步成放樣和檢測圖，從而有效避免常規(guī)內(nèi)業(yè)過程中人工輸入數(shù)據(jù)，人工逐一計算校核等煩瑣過程。從而使外業(yè)及內(nèi)業(yè)工作工作一體化，工作強度大大降低、工作效率得到很大提高的優(yōu)點，前方放樣及檢測過程的質(zhì)量能得到有效控制和保證。

軟件主界面采用條帶式一級菜單進行各項功能模塊的調(diào)用，按F3 下面的PROG 鍵，調(diào)用應(yīng)用程序26 XLD ArcDam SO CHK V1.2，程序調(diào)用后，進入簡單介紹界面，時間停留2 s后進入主功能菜單。

3.2 主界面功能子菜單介紹

進入主界面后(如圖1 所示)，其功能子菜單代表意義如下:

圖1 軟件功能主界面

1 Station Job Mangage 測站作業(yè)管理

2 Measure Job Mangage 測量作業(yè)管理

3 Station Quick Set 測站快速設(shè)置

4 Arch Dam S－O And Chk 拱壩放樣與檢測

5 Cross S－O And Chk 橫縫放樣與檢測

6 Coordinate Transform 坐標轉(zhuǎn)換

7 Data View And Edit 數(shù)據(jù)查看及編輯

由于功能主菜單中的第1、2、3、7 項基本符合常規(guī)全站儀操作步驟，對此不做詳細介紹，具體對4～6 項功能進行簡要介紹。

4 Arch Dam S－O And Chk(拱壩放樣與檢測)分為4 個子功能菜單:

The Upper Setout:拱圈上游面放樣，The Down Setout:拱圈下游面放樣，The Upper Check:拱圈上游面檢測，The Down Check:拱圈下游面檢測，如圖2 所示。

圖2 拱壩放樣與檢測功能界面

可以實現(xiàn)測點坐標及高程的快速采集，并自動對模板砼面檢測，求出放樣點法向偏差值，“+”表示落在倉面外邊，“－”表示落在倉面內(nèi)邊。

5 Cross S－O And Chk 可以實現(xiàn)橫縫放樣與檢測，并自動對模板砼面檢測，計算出至橫縫線上法向偏差，“+”表示落在橫縫左邊，“－”表示落在橫縫右邊。

6 Coordinate Transform(坐標轉(zhuǎn)換)，可按已知空間參考直線進行參考坐標系計算，適用于大壩廊道、底孔、中孔、牛腿等空間直線結(jié)構(gòu)物的放樣及檢測，參考線起終點坐標定義如圖3 所示，參數(shù)輸入完后，按F1(CONT)鍵進入測量，參考線放樣可以直接計算相對于參考線的x，y 坐標及高程較差。

圖3 坐標轉(zhuǎn)換參考線定義界面

3.3 內(nèi)外業(yè)一體化繪制

為了掌握前方放樣質(zhì)量及過程情況，文件記錄了測站的信息(如測站點名，儀器高、測站三維坐標、氣象值等)及測量點的信息(如測量點的精度，棱鏡高等)。為便于內(nèi)業(yè)成圖及樣點圖及模板資料的繪制，測量數(shù)據(jù)文件為南方測繪CASS 軟件的坐標文件格式進行存儲，可直接在CASS 中進行坐標代碼展點，便于放樣簡圖的繪制，而數(shù)據(jù)可直接在Excel 放樣和檢測表格中進行復(fù)制、粘貼調(diào)用，從而便于模板或放樣圖資料的繪制。

4 應(yīng)用效果

(1)工作效率得成倍的提高。

以前采用常規(guī)全站儀配合編程型計算器放樣，每次測量，測量員都需要將測量的三維坐標輸入到計算器中進行偏差計算，然后指揮前站人員進行偏差移動，然后再次測量計算，直至偏差值滿足規(guī)范值為止，再將儀器的測量坐標和計算器計算數(shù)據(jù)報給旁邊的記錄員進行手工記錄。而采用該項技術(shù)，放樣的整個測量、計算、記錄全部由儀器來完成，其計算結(jié)果的顯示時間和測量幾乎同步。由于采用儀器記錄，記錄時間不到1 s。這樣測量員可以徹底從看數(shù)據(jù)、反復(fù)輸入計算器計算中解脫出來，工作效率的到大大的提高，工效是以前的4 倍以上。

(2)班組人員減少，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益。

按常規(guī)的測量放樣，一個班組至少配置人員3 人，其中儀器觀測員1 人，記錄員1 人，前站司鏡員1 人(不含配合人員)。在采用該項技術(shù)后，兩人便可輕松完成所有工作，儀器站1 人只需照準和操作按鍵，其測站過程計算、記錄工作全部由儀器自動完成。

(3)放樣質(zhì)量得到有效的保證。

由于減少了放樣過程中數(shù)據(jù)的傳遞環(huán)節(jié)，擯棄了人工記錄數(shù)據(jù)可能帶來的人為修改數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了外業(yè)數(shù)據(jù)采集與放樣數(shù)據(jù)計算的一體化，消除了人為因素導(dǎo)致的錯誤，前方放樣點和放樣數(shù)據(jù)質(zhì)量得到有效的保證。以前采用人工計算、記錄的過程中，很容易出現(xiàn)的報錯數(shù)據(jù)、聽錯數(shù)據(jù)、計算輸錯數(shù)據(jù)、記錄記錯數(shù)據(jù)的情況得到有效消除。放樣過程中，由于儀器記錄為實際放樣點數(shù)據(jù)，這樣前站采用量測法，記錄采用加減數(shù)法的弊端得到有效控制，從而確保放樣點的精度。

(4)內(nèi)業(yè)校核工作量大大減輕，校核面100%。

由于數(shù)據(jù)文件記錄了前方放樣過程中的所有重要信息，如設(shè)站情況、測量放樣中棱鏡高、棱鏡常數(shù)、放樣的參數(shù)值、每個放樣點的精度值等所有信息，從而便于內(nèi)業(yè)人員對外業(yè)放樣質(zhì)量及過程進行全面了解和掌握。數(shù)據(jù)文件采用目前廣泛使用的南方CASS 坐標格式，這樣，既可以通過在CASS 軟件展點位、點號來繪制1∶1 的放樣簡圖，還可以通過展編碼的方式來進行放樣質(zhì)量的檢查，還可以將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到Excel 中進行檢查。由于采用機內(nèi)程序計算，放樣計算出錯的可能性為零，內(nèi)業(yè)檢查時，只需檢查放樣參數(shù)的正確性及每個放樣點精度是否在規(guī)定要求便可。從而消除以前需要從新輸入計算器進行逐一檢查的弊端，檢查時間從以前的30 min縮短到目前的10 min，放樣、檢測成果表從以前的45 min縮短到目前的15 min，成果圖表采用表格打印輸出，美觀整齊。

5 結(jié) 語

全站儀的二次開發(fā)既充分利用了全站儀自身軟、硬件資源，又充分擴展了全站儀的功能，使其發(fā)展為功能全面、使用便捷的具有多功能化或?qū)I(yè)化的數(shù)據(jù)采集和計算工具，以達到野外測量作業(yè)事半功倍、提高工作效率和放樣質(zhì)量、產(chǎn)生更好經(jīng)濟效益的目的，可作為全站儀功能升級的主要內(nèi)容來考慮。

［1］Leica Corp．GeoBasicfor TPS1lOOUser Manual Version1．30Switzerland:Printed in Switzerland．Copyright by Leica-Geosystems AG，Heerbrugg，Switzerland，2000．

［2］Leica Corp．TPSllO0 Professional Series．Switzerland:Printed in Switzerland．Copyright by Leica GeosystemsAG，Heerbrugg．Swi tzerl and，2001．

［3］楊柳．全站儀的二次開發(fā)［J］．測繪通報，2000(10):38～40．

［4］王世君．TCA2003 全站儀機載程序開發(fā)［J］．科技交流，2008(1)．

［5］梅文勝，張正祿，郭際明等．測量機器人變形監(jiān)測系統(tǒng)軟件研究［J］．武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版，2002，27(2):165～171．

［6］王悅勇，徐忠陽．基于GeoBasic 語言開發(fā)的軟件在TM51OOA 電子經(jīng)緯儀上的應(yīng)用［J］．測繪技術(shù)裝備，2002(2)．