電力線交跨測量無紙化作業系統開發及應用

張 超，陳正宇，李 欣，王 寧，朱號東

( 中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

在電力線路工程選線、終勘工作中，電力線交跨測量是其重要組成部分。交跨線路的位置和高度，是設計專業排桿塔的重要參考依據，因此需要測量專業提供精確的交跨數據。全站儀是電力線交跨測量的常規設備。

傳統的野外電力線交跨測量作業通常需要三人合作完成，架設全站儀、GPS-RTK 定向和手工記錄分別需要一人。這種作業模式費時費力，尤其在艱苦惡劣的野外作業環境下，還容易出現數據錯報漏報和記錄錯誤等現象[1-3]。現在很多全站儀可以進行數據的自動記錄，也可將架站坐標和定向方位角輸入到全站儀中，直接得到測量點的三維坐標信息，但此操作通常存在2 個問題：①架站次數較多時，需要頻繁輸入架站點的三維坐標和定向方位角，效率不高；②配套的數據處理軟件經常無法正確提取三維坐標信息。基于此，使用C#語言開發基于全站儀的電力線交跨測量無紙化作業系統，外業現場無需手工記錄數據，全站儀可任意定向，極大提高作業效率；內業既可提取角度和距離等觀測信息生成原始觀測記錄手簿，也可計算得到測點三維坐標，同時還能提供道亨軟件內部的命令，能夠降低內業勞動強度，具有較大的使用價值。

1 全站儀數據格式分析

全站儀自動記錄功能使外業測量無紙化成為可能，野外觀測的電力線交跨數據可以存儲在全站儀內。而全站儀存儲數據格式有多種，以徠卡全站儀為例，有GSI、XML 以及DAT等格式的文件，而且都有配套的辦公軟件(如Leica、Flex、Office)能夠對自家數據文件進行讀取。如果要滿足個性化的功能需求，就需要自主開發軟件，但自主開發的前提是需要對全站儀數據記錄格式有全面的了解。下面以徠卡全站儀的GSI 數據文件為例，分析其數據組織格式[4-5]。

徠卡全站儀的GSI(Geo Serial Interface 串行接口)數據格式結構有兩種存儲格式：①8 位字符的GSI-8 格式；②16 位字符的GSI-16 格式。

如圖1 所示，GSI-16 格式與GSI-8 格式的區別在于GSI-8 的數據位為8 位，而GSI-16 的數據位為16 位。現以GSI-16 格式為例進行說明每個字具有固定的16(24)個字符的長度。

圖1 GSI數據格式

圖2 GSI-16字節表

字索引是用來識別“字”的，是儀器廠家的規定。如“11”表示點號“31”表示斜距。TCA2003 全站儀所使用的字索引表如下。

表1 萊卡全站儀字索引表

2 無紙化作業系統的設計與實現

2.1 總體設計

電力線交跨測量無紙化作業系統包括外業和內業2 個部分，外業部分基于現有的徠卡全站儀，所有測量數據均存儲在全站儀內，現場無需輸入架站信息，定向角度可以任意輸入(一般情況下置零即可)。內業部分自主開發了一套全站儀數據處理軟件—“全站儀精靈”，該軟件能夠提取角度、邊長等觀測信息并輸出Word 版的原始觀測記錄手簿；計算測量碎部點的三維坐標并輸入Excel 文件中；將角度、邊長信息轉化為軟件的內部命令，實現無縫連接。下面主要介紹全站儀數據處理軟件的設計流程。

本軟件的功能模塊如圖3 所示。全站儀數據處理軟件涉及數據讀取，坐標計算，數據轉化和導出等功能，要求貼合測繪工程實際，滿足生產需求的同時，軟件功能界面(圖4)友好，操作簡單、實用。

圖3 軟件功能模塊圖

圖4 軟件界面

2.2 詳細設計

2.2.1 讀取數據

讀取數據模塊支持GSI(8 位/16 位) 和XML 兩種數據格式，其中GSI 格式的文件數據組織格式簡單，讀取速度相對較快；XML 格式的文件以數據塊的組織形式存儲，信息豐富，但讀取速度較慢。支持單測站和多測站文件讀取，讀取之后能夠以表格的形式顯示觀測信息。支持對觀測信息的修改，比如現場忘記更改架站信息或未改定向點名稱，都可以在軟件中進行修改。

2.2.2 參數設置

為了方便后期輸出到Word 文件中，需要在參數設置里將日期、設備名稱、觀測人員、記錄人員等信息填寫好。

2.2.3 數據解算

數據解算模塊需要輸入架站點和定向點坐標以及定向角度等信息，方能計算出測點的三維坐標。不同于徠卡配套軟件中定向角度必須為方位角[6-7]，本軟件需要的定向角度可以是任意角度，這就給現場測繪人員帶來了便利，即不需要再輸入架站坐標以及方位角信息，在定向的時候直接置零即可，節省了大量時間的同時，避免了數據輸入錯誤，提高了效率和可靠性[8-9]。

2.2.4 導出Excel文件

為方便后續的數據再利用，將數據導出到Excel 表格更為直觀。如圖5 所示，軟件可輸出測點的三維坐標、架站點至測點的邊長和角度信息，此外還可輸出道亨軟件中的命令格式記錄，只需稍作修改，即可粘貼至道亨軟件中，節省大量的編輯工作。

圖5 Excel輸出結果

2.2.5 導出Word文件

將全站儀觀測的邊長和角度信息輸出到Word 中(如圖6 所示)，代替傳統的紙質記錄，節約成本、節省時間，還可避免觀測人員的讀數錯誤和記錄人員的記錄錯誤。同時可轉存為PDF 格式，相對紙質材料更易于保存。

3 結語

傳統的電力線交跨測量需要觀測人員輸入架站點三維坐標以及方位角，同時需要記錄人員根據觀測人員的讀報進行數據記錄，不但耗時耗力，而且可能出現讀數和記錄錯誤。使用本文作業流程，現場無需輸入坐標和方位角，同時不需要做數據記錄工作，使用內業軟件“全站儀精靈”即可輸出電子版的觀測記錄手簿，同時還能夠計算得出測點的三維坐標，為測繪人員帶來便利的同時，很大程度上也提高了交跨測量工作的可靠性。