張緒豐

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100055)

1 概述

為了實(shí)現(xiàn)高速鐵路無(wú)砟軌道的高平順性，高速鐵路CPⅢ控制基準(zhǔn)的測(cè)量需要滿足較高的精度要求。通過(guò)理論與實(shí)踐的研究可知，CPⅢ測(cè)量具有外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作量大，測(cè)量精度要求高的特點(diǎn)。因此，CPⅢ外業(yè)測(cè)量工作的自動(dòng)化和程序化能夠更好，更快的完成測(cè)量任務(wù)。本文結(jié)合CPⅢ外業(yè)采集的基本知識(shí)，從軟件的計(jì)算原理、基本功能以及功能的實(shí)現(xiàn)等方面，對(duì)基于Trimble智能型全站儀開(kāi)發(fā)平臺(tái)TSM Sever的CPⅢ外業(yè)數(shù)據(jù)采集軟件的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述。

2 CPⅢ外業(yè)采集的基本知識(shí)

CPⅢ平面網(wǎng)測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集的方法是自由測(cè)站邊角交會(huì)法，CPⅢ網(wǎng)形如圖1所示。

圖1 CPⅢ網(wǎng)形示意(單位:m)

由圖1可以看出，CPⅢ點(diǎn)間距為50至60m，每個(gè)測(cè)站架設(shè)在線路中線，觀測(cè)6對(duì)CPⅢ點(diǎn)，測(cè)站間距約為120m。相鄰測(cè)站要重復(fù)觀測(cè)3對(duì)CPⅢ點(diǎn)，從而保證每個(gè)CPⅢ點(diǎn)至少被觀測(cè)3次。外業(yè)測(cè)量時(shí)，為了提高作業(yè)效率，可以僅觀測(cè)學(xué)習(xí)上一測(cè)站的任意兩個(gè)重復(fù)CPⅢ點(diǎn)，利用后方交會(huì)的方法可計(jì)算得到當(dāng)前測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)信息，利用當(dāng)前測(cè)站和各重復(fù)目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)信息，推算出當(dāng)前測(cè)站與重復(fù)點(diǎn)的水平方向和天頂距，從而完成重復(fù)點(diǎn)的學(xué)習(xí)測(cè)量。

重復(fù)點(diǎn)學(xué)習(xí)測(cè)量完畢后，再對(duì)當(dāng)前測(cè)站上剩余的CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)學(xué)習(xí)，最后采集軟件即可對(duì)當(dāng)前測(cè)站的CPⅢ點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)。

3 TSM Server

3.1 TSM Server的構(gòu)架

由圖 2可知，TSM Server主要由 Survey ToolsServer、DeviceManager和 GenericDevice 三部分構(gòu)成。全站儀的開(kāi)發(fā)主要采用GenericDevice中TotalStation的相關(guān)指令進(jìn)行的。

圖2 TSM Server構(gòu)架

3.2 TSM Server的開(kāi)發(fā)流程

由圖3可知，TSM Server的開(kāi)發(fā)首先要初始化COM Server，實(shí)例化一個(gè)回調(diào)類并關(guān)聯(lián)到通訊類中。然后，啟動(dòng)Device Manager實(shí)例以便進(jìn)行設(shè)備的載入和連接。最后，調(diào)用成員函數(shù)進(jìn)行具體的操作。例如，通訊參數(shù)的設(shè)置、儀器的連接與斷開(kāi)、執(zhí)行測(cè)量操作、接收測(cè)量數(shù)據(jù)等。

圖3 TSM Server開(kāi)發(fā)流程圖

4 軟件基本功能

4.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

進(jìn)行CPⅢ平面網(wǎng)外業(yè)數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)按如圖4所示界面中對(duì)總測(cè)回?cái)?shù)、2C限差等觀測(cè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。這些參數(shù)將在自動(dòng)觀測(cè)中指導(dǎo)軟件進(jìn)行多測(cè)回方向和距離的觀測(cè)，并實(shí)時(shí)判斷觀測(cè)數(shù)據(jù)是否超限。

此外，經(jīng)過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)論證可知，CPⅢ平面網(wǎng)采用半盤位觀測(cè)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同樣可以滿足CPⅢ平面網(wǎng)的建網(wǎng)精度。因此，軟件具有全盤位與半盤位觀測(cè)方式的切換功能。

圖4 參數(shù)設(shè)置

4.2 自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集

軟件完成點(diǎn)位學(xué)習(xí)，即可對(duì)目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)照準(zhǔn)并測(cè)量，完全實(shí)現(xiàn)無(wú)需人工干預(yù)的自動(dòng)化和智能化采集。同時(shí)，在自動(dòng)測(cè)量過(guò)程中，軟件可以根據(jù)圖4所示界面設(shè)置好的參數(shù)，對(duì)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)超限報(bào)警，如圖5和圖6所示。

圖5 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制(一)

圖6 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制(二)

4.3 數(shù)據(jù)的輸出與保存

為確保外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性，軟件會(huì)將觀測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)保存為*．SUC文本文件的加密文件格式。這樣可以有效避免觀測(cè)數(shù)據(jù)由于未知原因損失或者被修改。

5 軟件計(jì)算原理及實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 軟件的計(jì)算原理

根據(jù)CPⅢ平面網(wǎng)的測(cè)量方法和測(cè)量網(wǎng)型，可通過(guò)極坐標(biāo)法與后方交會(huì)法計(jì)算出相鄰測(cè)站重復(fù)目標(biāo)點(diǎn)的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，這樣可減輕外業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，極大地提高CPⅢ外業(yè)數(shù)據(jù)的采集效率。

(1)極坐標(biāo)法計(jì)算

軟件首先建立一個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的原點(diǎn)為第一個(gè)測(cè)站點(diǎn)P，假設(shè)其坐標(biāo)為(0，0)，觀測(cè)得到PA的水平方向值為其方位角，根據(jù)式(1)極坐標(biāo)法計(jì)算公式即可得到A點(diǎn)的坐標(biāo)。同理，可得到其他CPⅢ點(diǎn)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(如圖7所示)。

圖7 極坐標(biāo)計(jì)算原理

(2)后方交會(huì)計(jì)算

學(xué)習(xí)任意兩個(gè)重復(fù)點(diǎn)m(xMyM)，N(xN，yN)，得到水平方向觀測(cè)值LM，LN，根據(jù)式(2)的后方交會(huì)計(jì)算公式，可以得到新測(cè)站點(diǎn)O在獨(dú)立坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，然后即可利用剩余重復(fù)點(diǎn)坐標(biāo)與測(cè)站點(diǎn)O的坐標(biāo)反算水平方向值，以便軟件完成自動(dòng)照準(zhǔn)及自動(dòng)化采集(如圖8所示)。

式中:l為L(zhǎng)M在MN上的投影;h為O點(diǎn)到MN距離。

圖8 后方交會(huì)計(jì)算原理

5.2 多線程技術(shù)與事件委托的應(yīng)用

(1)線程的應(yīng)用

啟動(dòng)線程:

Thread measuring=new Thread(new ThreadStart(CPⅢmeasure));

measuring．Start();

實(shí)現(xiàn)“暫停”和“繼續(xù)”:

ManualResetEvent PauseEvent=new ManualResetEvent(true);

PauseEvent．Reset();

PauseEvent．Set();

(2)委托的應(yīng)用

軟件中通過(guò)委托調(diào)用自定義的方法，解決了線程中調(diào)用控件的問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)字符串chs和fxs在textBox11和textBox12中的顯示。

6 結(jié)束語(yǔ)

TSM Server是Trimble S8智能型全站儀底層開(kāi)發(fā)接口，包含了TotalStation中相關(guān)指令和函數(shù)。通過(guò)這些指令和函數(shù)與智能型全站儀相連，實(shí)時(shí)控制全站儀進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，對(duì)采集獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算處理，顯示超限信息，捕捉操作錯(cuò)誤，及時(shí)通知用戶采取相應(yīng)措施，最后形成準(zhǔn)確可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)?；赥rimble智能型全站儀開(kāi)發(fā)平臺(tái)Sever的CPⅢ數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集軟件具有界面友好、操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量、自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集和多種數(shù)據(jù)保存格式等特點(diǎn)，不但有效解決了客運(yùn)專線無(wú)砟軌道施工控制網(wǎng)數(shù)據(jù)采集中測(cè)量任務(wù)繁重、觀測(cè)數(shù)據(jù)精度要求高等問(wèn)題，而且對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)化采集軟件進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步提高了外業(yè)觀測(cè)的效率，加入了新的觀測(cè)模式，是對(duì)現(xiàn)行觀測(cè)技術(shù)方法的重要補(bǔ)充，對(duì)提高野外測(cè)量工作效率有重要的意義。

［1］武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院測(cè)量平差學(xué)科組．誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2003

［2］周東衛(wèi)．應(yīng)用智能型全站儀與PDA掌上電腦實(shí)現(xiàn)CPⅢ數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集［J］．鐵道勘察，2008(6)

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