電力工程DNA數(shù)字水準(zhǔn)測量平差處理程序開發(fā)與應(yīng)用

劉安濤，任立華，毛玉麗，高 峰

(河北省電力勘測設(shè)計研究院，河北 石家莊 050000)

水準(zhǔn)測量是工程建設(shè)中必不可少的一項工作，在電力工程設(shè)計和施工中，主要應(yīng)用于電廠的廠區(qū)控制、變電站的站址控制、電廠方格網(wǎng)的布設(shè)和檢測、灰場大壩的變形觀測等。隨著微電子技術(shù)工藝水平的提高，DNA數(shù)字水準(zhǔn)儀經(jīng)不斷地改進,其觀測精度有了很大的提高，已經(jīng)達到一、二等水準(zhǔn)測量的精度要求。目前電子水準(zhǔn)儀定位在中精度和高精度水準(zhǔn)測量等級范圍內(nèi)，其中中精度標(biāo)準(zhǔn)差范圍為：1.0-1.5 mm/km，高精度標(biāo)準(zhǔn)差范圍為：0.3-0.4 mm/km[2]。DNA電子水準(zhǔn)儀具有測量速度快、精度高、勞動強度低、測量數(shù)據(jù)便于計算機操作、易于實現(xiàn)水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)一體化等特點。在實際生產(chǎn)過程中，數(shù)字水準(zhǔn)儀已逐步取代了傳統(tǒng)的光學(xué)儀器，越來越廣泛地應(yīng)用于電力建設(shè)等各項測繪生產(chǎn)作業(yè)中。

1 數(shù)字水準(zhǔn)測量工作原理

數(shù)字水準(zhǔn)儀是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器(CCD)，并采用條碼標(biāo)尺和數(shù)字圖像處理系統(tǒng)而構(gòu)成的光機電測量一體化的產(chǎn)品。數(shù)字水準(zhǔn)儀測量系統(tǒng)工作基本原理是條形碼標(biāo)尺上的條碼圖案經(jīng)過光反射，一部分光束直接成像在望遠鏡分劃板上，供目視觀測；另一部分光束通過分光鏡被轉(zhuǎn)折到線陣CCD傳感器的像平面上，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、整形后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字信號被送到微處理器進行處理和存儲，并將其與儀器內(nèi)存的標(biāo)準(zhǔn)碼按一定方式進行比較，即可得到高差讀數(shù)。它的出現(xiàn)，在很大程度上降低了作業(yè)人員的工作強度，可以更客觀、更快捷的顯示測量結(jié)果。

2 系統(tǒng)設(shè)計思路

軟件設(shè)計思路以實現(xiàn)水準(zhǔn)測量內(nèi)外業(yè)一體化為宗旨，以最大限度降低勞動強度、提高生產(chǎn)效率為目標(biāo)，以操作簡單化、運行智能化、限差控制自動化為條件，使用目前主流開發(fā)語言Visual Basic.6.0，構(gòu)建水準(zhǔn)平差序的運行界面、輸入、輸出窗口并根據(jù)觀測數(shù)據(jù)和已知數(shù)據(jù)的輸入形式和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照水準(zhǔn)平差的平差模型編寫相應(yīng)的代碼，形成平差模型計算模塊(module)。

結(jié)合工程測量規(guī)范與火力發(fā)電廠工程測量技術(shù)規(guī)程，經(jīng)詳細的討論和分析，數(shù)字水準(zhǔn)測量平差處理程序由六個功能模塊組成即采集原始水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、水準(zhǔn)路線平差、精度評價、提取高程成果以及鏈接平差易2005接口模塊。系統(tǒng)功能框架圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)功能框架圖

2.1 采集原始水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)

外業(yè)觀測采用相應(yīng)精度的DNA水準(zhǔn)儀，按照相應(yīng)等級的規(guī)范要求，進行外業(yè)高差觀測。

外業(yè)原始成果應(yīng)包括：各測段的高差觀測值，以m為單位；各測段的路線長度，以m為單位。

基于數(shù)字水準(zhǔn)儀輸出的原始數(shù)據(jù)為excel格式文件以及最終高程成果的提取，該系統(tǒng)應(yīng)能夠傳輸 excel、dat、 txt 等格式的數(shù)據(jù)文件。原始數(shù)據(jù)為excel格式見表1。

表1 原始數(shù)據(jù)格式

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

利用visual basic和 vba開發(fā)水準(zhǔn)測量預(yù)處理模塊。該模塊為水準(zhǔn)測量平差的中間文件，主要計算各控制點間的距離與高差信息，為后續(xù)平差處理提供數(shù)據(jù)，為工作人員查看控制點間信息提供依據(jù)，同時也是水準(zhǔn)測量檢查工作的重要依據(jù)。

2.3 水準(zhǔn)測量平差

水準(zhǔn)測量的所有數(shù)據(jù)信息確認(rèn)無誤以后，就可以進行平差計算。本系統(tǒng)平差計算的步驟及方法如下：

① 根據(jù)本系統(tǒng)提取控制點間的高差與距離信息，依次查找往(返)測段各控制點、各控制點間路線長度及高差信息，計算水準(zhǔn)路線的高差閉合差及允許閉合差，并將其保存在平差后的數(shù)據(jù)文件內(nèi)。

②根據(jù)本系統(tǒng)提取控制點間的高差與距離信息，計算各控制點的高差改正數(shù)。

③根據(jù)水準(zhǔn)測量已知的高程點，依次推算各控制點的高程。

2.4 水準(zhǔn)測量精度評定

針對本系統(tǒng)的適用范圍，依據(jù)《火力發(fā)電廠工程測量技術(shù)規(guī)程》、《工程測量規(guī)范》及國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12897-2006國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范，系統(tǒng)將現(xiàn)行國家水準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的二等、三等、四等水準(zhǔn)測量限差置入程序中，供使用者隨時瀏覽查閱。

水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)要求如表2(單位mm)。

表2 水準(zhǔn)限差

2.5 提取高程成果

水準(zhǔn)測量平差成果輸出的項目包括以下幾項內(nèi)容：

表3 成果輸出格式

① 已知點信息：已知水準(zhǔn)點名稱、高程；

② 高差觀測值信息：起點名稱、終點名稱、點間距離、高差；

③ 精度信息：每公里觀測高差中數(shù)的偶然中誤差；

④ 高程平差數(shù)據(jù)：各水準(zhǔn)點名稱、高程平差值。

平差成果按照一定的格式排列，輸出的方式可以為txt文件、dat文件或csv文件。平差成果輸出格式見表3。

2.6 與平差易軟件連接接口

該方案鑒于原始數(shù)據(jù)與平差易鏈接的不便性，綜合考慮了原始數(shù)據(jù)與平差易的數(shù)據(jù)特點，編寫代碼把原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成平差易輸入文件。

3 平差處理系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)環(huán)境

硬件環(huán)境：Windows 95、98及以上版本；軟件開發(fā)環(huán)境：Visual Basic 6.0中文企業(yè)版。

3.2 系統(tǒng)介紹

該系統(tǒng)包括七個主要菜單，即文件、數(shù)據(jù)處理、水準(zhǔn)路線平差、允許閉合差查看、允許偶然中誤差查看以及提取水準(zhǔn)點高程及視圖。水準(zhǔn)測量平差處理程序界面見圖2。

4 結(jié)語

應(yīng)用可視化語言進行程序設(shè)計和開發(fā)，使編程工作更直觀、快捷、實用；并且程序各窗口的構(gòu)建設(shè)計簡單，各算法的實現(xiàn)可編寫?yīng)毩⒌膍odule。本文中的水準(zhǔn)平差處理程序輸入形式簡單，程序運行穩(wěn)定功能相對完善，通過對實例的驗證計算可靠，能在電力勘測、工程測繪等實際應(yīng)用中提高內(nèi)業(yè)處理效率，縮短工程工期；同時便于推廣，具有較高的使用價值。

圖2 水準(zhǔn)測量平差處理程序界面

[1]陸輝，陳陸軍.評析DNA03高精度數(shù)字水準(zhǔn)儀測量技術(shù)[J].浙江測繪，2003，(2).

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[7]DL/T5001-2004，火力發(fā)電廠工程測量技術(shù)規(guī)程[S].

[8]GB 50026-2007，工程測量規(guī)范[S].

[9]GB/T 12897-2006，國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].