橋梁工程施工測量資料自動(dòng)化軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱順生 肖根旺

摘 要 文章介紹了一種實(shí)現(xiàn)橋梁工程施工測量內(nèi)業(yè)測量資料自動(dòng)化的軟件。提出利用軟件快速生成施工測量內(nèi)業(yè)資料的實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)給定的墩號(hào)和外業(yè)測量坐標(biāo)數(shù)據(jù)，采用自定義標(biāo)準(zhǔn)測量資料模板，可以快速的自動(dòng)生成內(nèi)業(yè)測量資料，保證了資料格式標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，減輕測量人員編制內(nèi)業(yè)資料的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率；軟件采用自定義編碼思路，適用于各種不同種類的測量資料表格模板和式樣，具有通用性；同時(shí)軟件內(nèi)置線路計(jì)算功能對理論設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)算，并對外業(yè)測量成果自動(dòng)進(jìn)行復(fù)核，防止測量錯(cuò)誤，減小測量質(zhì)量事故發(fā)生的概率。

關(guān)鍵詞 橋梁工程；施工測量；測量資料；自動(dòng)化

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）230-0115-03

施工測量在橋梁工程建設(shè)施工中起著不可或缺的輔助作用，是一項(xiàng)技術(shù)含量較高的工作，貫穿橋梁工程的整個(gè)施工過程，直接影響橋梁工程的質(zhì)量。包括平面控制測量、高程控制測量，樁基、承臺(tái)、墩臺(tái)等施工測量，涉及施工各個(gè)工序，測量工作繁雜。

近年隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)快速發(fā)展，現(xiàn)場施工測量任務(wù)重，測量人員緊張，測量人員白天在現(xiàn)場從事繁重的外業(yè)測繪，外業(yè)結(jié)束后還要進(jìn)行繁雜的內(nèi)業(yè)測量資料的編制。

因測量人員水平不一，測量資料數(shù)量多，種類雜，造成測量資料格式不統(tǒng)一，測量資料編制不及時(shí)，測量資料存在小瑕疵、小錯(cuò)誤等現(xiàn)象。為提高測量人員內(nèi)業(yè)編制施工測量資料的效率，及時(shí)出具合格測量資料，減少資料中出現(xiàn)的低級(jí)錯(cuò)誤，保證資料的格式統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，設(shè)計(jì)一個(gè)專用測量資料軟件，根據(jù)外業(yè)施工測量觀測數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成內(nèi)業(yè)測量資料。

1 軟件設(shè)計(jì)思想

設(shè)計(jì)一款計(jì)算機(jī)軟件，直接利用外業(yè)觀測的數(shù)據(jù)，自動(dòng)根據(jù)已定義的測量模板，將外業(yè)測量數(shù)據(jù)快速生成合格的內(nèi)業(yè)測量資料。軟件需要具備以下功能：

1）根據(jù)設(shè)計(jì)提供的線路曲線要素，直接計(jì)算曲線各相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)給定的里程和偏距，計(jì)算相應(yīng)理論設(shè)計(jì)坐標(biāo)；

2）可以自由選擇工程部位；

3）可以自由選擇資料模板樣式；

4）直接從外業(yè)觀測數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取外業(yè)觀測坐標(biāo)；

5）根據(jù)選定的測量資料模板，自動(dòng)生成測量內(nèi)業(yè)資料。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

一般測量資料采用Word、Excel或WPS三種格式形成，微軟OFFICE更為常用，且Word和EXCEL自帶VBA功能，與VB更為兼容，因此采用VB進(jìn)行編程更宜實(shí)現(xiàn)對Word和Excel的控制。

程序運(yùn)行流程：給定墩號(hào)，計(jì)算里程樁號(hào)，根據(jù)樁號(hào)里程、結(jié)構(gòu)物尺寸，計(jì)算各特征點(diǎn)設(shè)計(jì)坐標(biāo)，讀取各特征點(diǎn)外業(yè)實(shí)測坐標(biāo)，計(jì)算結(jié)構(gòu)偏差，并填入測量資料模板，生成測量資料。軟件共具有以下幾項(xiàng)功能。

2.1 曲線參數(shù)計(jì)算

由于一個(gè)項(xiàng)目的如主線路、各匝道等存在多條線路數(shù)據(jù)，采用下接列表框?qū)Τ绦蛭募夸浵碌乃芯€路數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，以達(dá)到便捷的自由選取。系統(tǒng)軟件啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)根據(jù)給定的線路曲線參數(shù)（曲線起點(diǎn)樁號(hào)、交點(diǎn)坐標(biāo)，圓曲線半徑、出入緩和曲線長），如圖1所示，對各曲線特征點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算，生成曲線要素值（T1、T2、L、E）、曲線主點(diǎn)樁號(hào)（ZH、HY、ZQ、YH、HZ）表和線元要素（各曲線主點(diǎn)樁號(hào)、線元長度、方位角和主點(diǎn)坐標(biāo)）表，為防止平曲線參數(shù)修改，造成各曲線主點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)未能及時(shí)更新，在軟件啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)讀取曲線參數(shù)文件修改時(shí)間，與系統(tǒng)存檔時(shí)間進(jìn)行對比，如晚于系統(tǒng)時(shí)間，則說明曲線參數(shù)表進(jìn)行了更新，將會(huì)自動(dòng)根據(jù)平曲線參數(shù)表計(jì)算線路曲線相應(yīng)的各主點(diǎn)及相關(guān)曲線參數(shù)。

2.2 資料模板

資料員根據(jù)項(xiàng)目所規(guī)定的各種測量資料格式，結(jié)合軟件給定的參數(shù)代碼配置表，如圖2所示，對測量資料模板中對應(yīng)的位置設(shè)置好相對應(yīng)的編碼，每一種類的測量資料只需要進(jìn)行一次模板設(shè)置，設(shè)置好后存放在軟件系統(tǒng)目錄下，由軟件自動(dòng)調(diào)取。

由于各類測量資料格式、樣式各不相同，要想實(shí)現(xiàn)軟件能夠針對各類測量資料具有通用性，針對不同的測量資料模板均可以適用，通過對各類施工測量資料進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，所有測量類資料具有一個(gè)共同的特征，測量資料成果均可以采用點(diǎn)位坐標(biāo)來反映其結(jié)構(gòu)狀態(tài)和偏差，即實(shí)測坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)以及他們的差值，以及差值在軸線上的偏位，根據(jù)這一特征，采用編碼替代測量資料模板中相應(yīng)測量坐標(biāo)、偏差等相關(guān)內(nèi)容的方式，達(dá)到軟件適用于各種不同的測量資料模板，實(shí)現(xiàn)資料軟件的通用性。同時(shí)資料人員可以根據(jù)編碼內(nèi)容，自定義編碼，給予較大的自由度，適用各種不同編碼規(guī)則。

2.3 施工測量資料部位

橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序多，包括下部結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)和附屬結(jié)構(gòu)。其中下部測量就有樁基放樣、樁基護(hù)筒、樁基竣工、承臺(tái)放樣、承臺(tái)模板、承臺(tái)竣工、墩身放樣、墩身模板、墩身竣工、支座墊石測量等，種類多。為方便測量人員快速選擇外業(yè)測量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)部位，將整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)測量部位全部內(nèi)置至軟件中。

同時(shí)將設(shè)計(jì)的墩號(hào)和里程直接以文本文件的方式錄入軟件，只需要輸入墩號(hào)，即可以自動(dòng)調(diào)入里程，方便設(shè)計(jì)坐標(biāo)的計(jì)算。

2.4 控制點(diǎn)選取

項(xiàng)目控制網(wǎng)測量完成后，將各控制點(diǎn)測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件存儲(chǔ)。資料軟件復(fù)次啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)加載已存入的控制點(diǎn)坐標(biāo)，自動(dòng)顯示各控制點(diǎn)點(diǎn)名，由資料員根據(jù)外業(yè)所使用的測站點(diǎn)和后視點(diǎn)選擇相應(yīng)的點(diǎn)號(hào)，自動(dòng)調(diào)取對應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，填入資料模板相應(yīng)的位置，避免由資料員從外業(yè)記錄本中抄錄，同時(shí)保證了資料中的控制點(diǎn)數(shù)據(jù)正確無誤。

2.5 設(shè)計(jì)坐標(biāo)計(jì)算

軟件內(nèi)置了獨(dú)立的曲線計(jì)算程序，可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的項(xiàng)目設(shè)計(jì)線路要素，通過給定的樁號(hào)里程、結(jié)構(gòu)物的長寬尺寸和到線路中線距離，自動(dòng)計(jì)算出結(jié)構(gòu)物特征點(diǎn)（中間點(diǎn)或四角點(diǎn)）設(shè)計(jì)坐標(biāo)，如圖3所示。

由于此計(jì)算內(nèi)置于軟件內(nèi)部，與工程項(xiàng)目施工測量前的設(shè)計(jì)坐標(biāo)計(jì)算非同時(shí)計(jì)算，且計(jì)算方法也可能存在不同，對原設(shè)計(jì)坐標(biāo)計(jì)算起到復(fù)核作用，保證設(shè)計(jì)坐標(biāo)的正確性。曲線計(jì)算程序?qū)嵗缦隆?/p>

1）直線段上的點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算

X=xjd-（t1+l）×Cos（a0）

Y=yjd-（t1+l）×Sin（a0）

2）第一回旋線上的點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算

xp=l-l^5/（40×（R×ls1）^2）

2.6 外業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)讀取

測量外業(yè)觀測，采用全站儀觀測并存儲(chǔ)各結(jié)構(gòu)物特征點(diǎn)的外業(yè)觀測坐標(biāo)，內(nèi)業(yè)將全站儀觀測數(shù)據(jù)下載到電腦，并按（點(diǎn)名、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、高程）的基本數(shù)據(jù)格式保存為文本文件，利用軟件讀取實(shí)測數(shù)據(jù)功能，對外業(yè)測量坐標(biāo)文本文件進(jìn)行讀取，軟件根據(jù)結(jié)構(gòu)物不同部位設(shè)定的限差，與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)匹配，自動(dòng)讀入外業(yè)實(shí)測坐標(biāo)，全過程避免測量人員手工輸入，防止出現(xiàn)坐標(biāo)輸入性錯(cuò)誤。如對應(yīng)設(shè)計(jì)點(diǎn)位無匹配實(shí)測數(shù)據(jù)，可以立即發(fā)現(xiàn)此特征點(diǎn)外業(yè)實(shí)測數(shù)據(jù)超限或存在錯(cuò)誤，起到再次復(fù)核并預(yù)警的作用。

系統(tǒng)軟件在讀取外業(yè)數(shù)據(jù)后會(huì)自動(dòng)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差計(jì)算，樁基則進(jìn)行中心偏位計(jì)算，承臺(tái)和墩身則根據(jù)結(jié)構(gòu)物中心切線方位角轉(zhuǎn)換為橋軸線方向的偏位，并在資料中反映出相應(yīng)的偏位值，根據(jù)給定的限差判斷是否合格，避免手工填寫坐標(biāo)數(shù)據(jù)和繁雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)算。對讀取數(shù)據(jù)文件增加多種支持的數(shù)據(jù)格式，軟件可以將中英文逗號(hào)、分號(hào)、空格、TAB等分隔開的文本文件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)組供程序計(jì)算使用，以方便測量外業(yè)觀測數(shù)據(jù)到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)讀取實(shí)例如下：

2.7 生成測量資料

生成資料模塊自動(dòng)調(diào)用WORD文件模板，在Windows后臺(tái)利用VB控制Microsoft Word，對資料模板內(nèi)容進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)由軟件自動(dòng)填寫測量資料。根據(jù)參數(shù)代碼配置表，對測量資料模板中相應(yīng)的代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的工程部位、控制點(diǎn)信息、測量點(diǎn)位、點(diǎn)位坐標(biāo)、坐標(biāo)差值、中心偏位、軸線偏位等詳細(xì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)填寫完成后，顯示最終測量資料成果，如表1所示。資料員只需打印并辦理簽字手續(xù)并將和資料存檔即完成了內(nèi)業(yè)測量資料工作。部分功能實(shí)現(xiàn)代碼如下：

寫特征點(diǎn)坐標(biāo)

3 結(jié)論

1）通過測量資料軟件，編制一份測量內(nèi)業(yè)資料約1分鐘，快速完成測量資料編制，減輕了測量人員編制測量內(nèi)業(yè)資料的勞動(dòng)強(qiáng)度；

2）采用模板生成測量資料，保證測量資料格式標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一；

3）采寫自定義編碼，可以適用于各種不同種類的測量資料表格模板和式樣；

4）軟件內(nèi)置線路坐標(biāo)計(jì)算功能，對理論設(shè)計(jì)坐標(biāo)計(jì)算起到復(fù)核作用，同時(shí)對測量外業(yè)測量成果起到再次復(fù)核作用，減小測量質(zhì)量事故發(fā)生的概率；

5）采用此軟件思路，可以擴(kuò)展到工程施工中其它種類技術(shù)資料，為工程施工資料自動(dòng)化提供借鑒。

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