基于全站儀的既有鐵路測量技術(shù)系統(tǒng)探討

侯建民 黃遠(yuǎn)宏

(鄭州鐵路局工務(wù)檢測所， 河南鄭州 450000)

1 系統(tǒng)概述

PDA在測量領(lǐng)域得到了越來越廣泛地應(yīng)用,并且和手機(jī)、商務(wù)通以及計算機(jī)等電子設(shè)備出現(xiàn)了融合發(fā)展的趨勢,隨著其性能的進(jìn)一步提高,PDA掌上電腦在測量領(lǐng)域的應(yīng)用前景會越來越廣泛。與傳統(tǒng)的測量設(shè)備相比,PDA掌上電腦在野外測量中有著其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)：

體積小,便于攜帶；供電時間長,較好地克服便攜機(jī)野外作業(yè)的供電問題；數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大,可以自己編程操作,實(shí)現(xiàn)專業(yè)測量功能；符合移動電子設(shè)備的發(fā)展潮流，兼容性和可擴(kuò)展性較強(qiáng),能夠支持多種測量設(shè)備和電子設(shè)備,可以方便快捷地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移和存儲；具有Windows的操作風(fēng)格,方便測量人員操作。

1.1 該系統(tǒng)主要組成

全站儀：具有Ⅱ級及以上等級光電測距、J6級以上測角系統(tǒng)功能；必須具有數(shù)據(jù)存儲功能、數(shù)據(jù)傳輸功能、RS232串行口(數(shù)據(jù)接口),數(shù)據(jù)通訊波特率高于1 200。

PDA掌上電腦：Intel PXA270 312 MHz處理器、內(nèi)存為64MB及以上,WinCE.net操作系統(tǒng)和Pocket PC2003操作平臺及ActiveSync(同步)環(huán)境系統(tǒng),電池能夠連續(xù)工作4 h以上。

1.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測量的主要形式

利用全站儀在測量過程中能夠?qū)崿F(xiàn)多種測量：測量距離、水平角度、豎直角度測量,同時能夠?qū)崿F(xiàn)測點(diǎn)坐標(biāo)(X,Y,H)計算等性能,通過對測點(diǎn)坐標(biāo)值及距離、水平角度、豎直角度值處理，實(shí)現(xiàn)對既線鐵路里程、線路設(shè)備里程、線路中線、高程、控制導(dǎo)線的測量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的既有線測量方式。

2 系統(tǒng)功能

2.1 數(shù)據(jù)采集

股道第一次測量時提示輸入股道里程。結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)可進(jìn)行兩次或多次存儲。測點(diǎn)號每記錄一次,其編號自動加1。當(dāng)坡度大于6/1 000時,提示測點(diǎn)間的距離不得大于50 m。當(dāng)曲線的弦長與弧長的比值大于1/4 000時,提示重測。自動進(jìn)行點(diǎn)位搜索,并計算里程。提供正反測模式,供測量人員選擇?？蓪?shí)時查看測量數(shù)據(jù),并禁止修改。形成主文件(*.dat)、曲線文件(*.daq)、導(dǎo)線文件(*.dao),設(shè)計了不同的文件格式和擴(kuò)展名,可方便直觀的進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索與分類。

2.2 導(dǎo)線測量

導(dǎo)線測量中給出正倒鏡的指標(biāo)差,供測量人員參考。自動根據(jù)測量得角度值,完成對測量導(dǎo)線坐標(biāo)值的計算。自動計算導(dǎo)線邊的方位角。實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)線測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、計算、分析、刪除、顯示等操作功能。

2.3 數(shù)據(jù)管理

在該項(xiàng)功能中,打開數(shù)據(jù)文件查看界面,在文件名組合框中選擇想查看的文件名,其內(nèi)容將顯示在列表框中?？梢愿鶕?jù)需要,將錯誤或冗余數(shù)據(jù)刪除。

3 數(shù)據(jù)處理和計算原理

3.1 坡度計算

在實(shí)際測量中,要求兩點(diǎn)間的坡度不大于6/1 000,在軟件程序設(shè)計過程中,采用的數(shù)學(xué)模型

(其中(H1-H2)為兩點(diǎn)高差,D為兩點(diǎn)間距離)

如果坡度超限,則系統(tǒng)會自動進(jìn)行提示警告。

3.2 半徑擬合

平面內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)圓方程為

將其變形可以得到

從而得到了線性誤差方程,進(jìn)一步即可得到法方程

從而最終得到了圓曲線的半徑R。

3.3 曲線部分?jǐn)?shù)據(jù)采集間隔限定

在曲線測量部分,實(shí)際工作中,通常利用弦長和對應(yīng)的弧長之比來限制點(diǎn)位密度,弦長和弧長的比值一般應(yīng)該大于1/4 000,其計算模型如下

其中D為兩點(diǎn)間直線距離,αR為兩點(diǎn)間圓弧距離。

3.4 直線部分里程計算

其中(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)為兩點(diǎn)坐標(biāo)。

3.5 曲線部分里程計算

其中α為圓心角,R為擬和出的半徑,(H1-H2)為兩點(diǎn)間的高差。

3.6 精度評定

Δx,Δy為兩次測量的坐標(biāo)差值。

4 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

4.1 全站儀通訊參數(shù)

為了保證全站儀和計算機(jī)之間正確的數(shù)據(jù)通訊,全站儀和計算機(jī)的通訊端口都必須設(shè)置正確的通訊參數(shù),主要包括以下幾項(xiàng)：

波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位、通訊協(xié)議等。

4.2 全站儀記錄數(shù)據(jù)設(shè)置

為了保證計算的方便和可靠,要求全站儀必須返回足夠的數(shù)據(jù)信息,返回數(shù)據(jù)包括：X、Y、H、水平角、垂直角、斜距。

4.3 PDA文件路徑設(shè)置

在WinCE.net應(yīng)用程序開發(fā)中,eVC4.0需采用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通訊,在初始化串口成功后,利用封裝的串口通訊類CCESeries，可以對GSI指令操作進(jìn)行操作。

5 系統(tǒng)效果

5.1 實(shí)現(xiàn)測量系統(tǒng)一體化

與傳統(tǒng)測量手段相比,本系統(tǒng)極大地減少了人工干預(yù)測量,將測量設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)計算和分析、數(shù)據(jù)管理、測量報警等功能有機(jī)地結(jié)合起來,極大地提高了測量效率和可靠性,符合測量一體化的發(fā)展趨勢。

5.2 測量的可靠性

傳統(tǒng)測量手段的數(shù)據(jù)記錄、分析和計算、數(shù)據(jù)的存儲管理都需要人工來完成,測量數(shù)據(jù)在記錄和轉(zhuǎn)移過程中,容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)錯誤的情況。而本系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)了測量設(shè)備和測量軟件的有機(jī)結(jié)合,極大地提高了數(shù)據(jù)計算的可靠性、數(shù)據(jù)記錄的可靠性、測量結(jié)果的可靠性。

6 結(jié)束語

全站儀的既有鐵路測量技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將PDA設(shè)備與全站儀相連,實(shí)時接收全站儀發(fā)送的測量數(shù)據(jù),并及時處理、顯示、報錯、存儲、查看?？煞奖愕剡M(jìn)行野外測量,減輕勞動強(qiáng)度,智能化地提示測量人員應(yīng)進(jìn)行的操作,減少因測量原因或人為操作失誤所導(dǎo)致的錯誤數(shù)據(jù),測量的自動化程度和一體化程度都得到了極大的提高,在比較危險的鐵路測量過程中,測量人員、儀器設(shè)備和測量數(shù)據(jù)的安全性都得到了保證，實(shí)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)文件直接提供給鐵路有關(guān)專業(yè)使用,提高了整體工作效率。

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