基于Basic語言的前方交會內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)

李娜　劉彩紅

摘要：針對大壩外觀變形監(jiān)測外業(yè)自動化程度低，內(nèi)外業(yè)耗時長等劣勢，以GeoBasic和Visual Basic為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)前方交會內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了外業(yè)測量數(shù)據(jù)的自動化采集、電子觀測手簿生成、平差計算、歷史數(shù)據(jù)提取以及變形曲線圖繪制等實(shí)用功能，提高了作業(yè)效率，節(jié)約了勞動成本，實(shí)現(xiàn)了大壩外觀前方交會測量的內(nèi)外業(yè)一體化。結(jié)合某電站大壩外觀前方交會測量詳述了系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。

關(guān)鍵詞：邊角前方交會；內(nèi)外業(yè)一體化；GeoBasic；Visual Basic；作業(yè)效率

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）26-6070-02

大壩外觀的安全監(jiān)測主要采用前方交會法、視準(zhǔn)線方法和水準(zhǔn)測量來監(jiān)測壩表面的變形情況，這些目前都是采用人工方法觀測，需要手工記錄邊長、水平角、垂直角以及大氣元素等，而且需要記錄者現(xiàn)場算出差值，檢查限差，這些對觀測者和記錄者的能力要求比較高，一旦出錯，也不易檢查；內(nèi)業(yè)工作也相當(dāng)繁瑣，需要進(jìn)行觀測值的改正、平差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等，而且重復(fù)計算，出錯機(jī)率達(dá)；目前該項(xiàng)工作的內(nèi)業(yè)和外業(yè)耗時都比較長，自動化程度低，滿足不了變形監(jiān)測快速反映變形的要求。

為了解決上述問題，逐步實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的作業(yè)模式，開發(fā)一個外業(yè)自動觀測機(jī)載軟件和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)顯得必然且迫切。該文以某電站防浪墻變形監(jiān)測為例，以全站儀為數(shù)據(jù)采集手段，采用邊角前方交會方法，野外數(shù)據(jù)采集通過基于GeoBasic[1]開發(fā)的前方交會機(jī)載軟件實(shí)現(xiàn)自動觀測并生成原始觀測文件，內(nèi)業(yè)通過基于Visual Baisc[2]內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的平差處理工作，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。

1 系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

以實(shí)現(xiàn)大壩防浪墻位移監(jiān)測內(nèi)外業(yè)一體化作業(yè)為宗旨，將外業(yè)數(shù)據(jù)采集、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸及預(yù)處理和平差分析三個子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用TCA2003測量機(jī)器人，配合自主開發(fā)的前方交會自動觀測機(jī)載軟件[3]，實(shí)現(xiàn)操作簡單化、運(yùn)行智能化、限差控制自動化為程序設(shè)計目標(biāo)；內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)處理部分以實(shí)現(xiàn)外業(yè)數(shù)據(jù)的預(yù)處理和觀測手簿和表格的生成為目標(biāo)；數(shù)據(jù)的平差和分析以完成監(jiān)測點(diǎn)位移量計算和過程線為目標(biāo)。

1.2 前方交會機(jī)載軟件

TCA2003是在機(jī)載軟件的控制下實(shí)現(xiàn)自動化的，根據(jù)工程需要應(yīng)用GeoBasic語言開發(fā)相應(yīng)的機(jī)載程序。針對大壩防浪墻位移監(jiān)測精度高，觀測工作量大，方向數(shù)多等特點(diǎn)，開發(fā)了一套前方交會機(jī)載軟件完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。

1.3 LYSWGS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

LYSWGS系統(tǒng)在Windows XP平臺上使用Visual Basic語言進(jìn)行開發(fā)，界面友好，操作簡單。它采用數(shù)據(jù)庫來組織與管理各種測量數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)具有對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計算的功能，生成各種監(jiān)測點(diǎn)的位移變化圖；還可以將數(shù)據(jù)和結(jié)果輸出到外部指定的文件。系統(tǒng)功能主要包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)分析、圖表生成以及報表生成等模塊。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖2。

2 內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)的基本功能

1） 外業(yè)數(shù)據(jù)的自動采集。外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用測量機(jī)器人配置自主開發(fā)的前方交會機(jī)載軟件，系統(tǒng)完全按照測量規(guī)范中的相應(yīng)條款設(shè)置外業(yè)觀測的各項(xiàng)技術(shù)要求，在自動測量過程中，若有超限情況，能即時告訴操作人員，作出相應(yīng)的處理，大大減少了外業(yè)出錯幾率。

2） 數(shù)據(jù)通信功能。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)TCA2003與計算機(jī)通信的功能，通過數(shù)據(jù)線將外業(yè)測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機(jī)，同時也可將數(shù)據(jù)導(dǎo)入儀器的PCMCIA卡。

3） 數(shù)據(jù)預(yù)處理功能。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)外業(yè)觀測氣象信息的整理以及電子觀測手簿的生成功能。

4） 數(shù)據(jù)平差功能。采用最小二乘原理實(shí)現(xiàn)對三維邊角前方交會的平差計算，獲取點(diǎn)位平差后的三維信息。

5） 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能。系統(tǒng)完成主、副壩防浪墻監(jiān)測點(diǎn)位移值變化的計算、變相曲線圖的生成、變形矢量圖的生成。

6） 數(shù)據(jù)查詢與管理功能。利用系統(tǒng)后臺的Access數(shù)據(jù)庫查詢當(dāng)期或往期數(shù)據(jù)，并可根據(jù)用戶需求導(dǎo)出相應(yīng)數(shù)據(jù)。

7） 成果輸出功能。系統(tǒng)將整個過程中的原始數(shù)據(jù)、邊長改正數(shù)據(jù)、前方交會結(jié)果、三角高程數(shù)據(jù)以及過程線圖形數(shù)據(jù)等按用戶要求進(jìn)行輸出（如EXCEL表格、PDF等）。

3 實(shí)例分析

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于瑯琊山抽水蓄能電站大壩外觀變形監(jiān)測及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理過程中，該文以某期監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理為例進(jìn)行說明。

1） 外業(yè)自動監(jiān)測。采用TCA2003配備開發(fā)的機(jī)載軟件選擇大氣較為穩(wěn)定的時間進(jìn)行野外觀測，觀測員實(shí)時記錄測站與鏡站的干溫、濕溫、氣壓以及棱鏡高、儀器高等。

2） 原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出。將儀器中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出至計算機(jī)，包含水平角文件（*.TPT），垂直角文件（*.TZT）和距離文件（*.TXT）。

3） 原始數(shù)據(jù)預(yù)處理。對野外測量過程中記錄的溫度、氣壓、儀高、鏡高等數(shù)據(jù)整理成相應(yīng)的格式，導(dǎo)入平差系統(tǒng)；對斜距進(jìn)行氣象改正、周期改正、傾斜改正以及投影改正[4]，改正后平距用于后期的前方交會平差計算。

4） 前方交會平差計算。將預(yù)處理后的平距、角度等信息導(dǎo)入平差系統(tǒng)，按下“計算”鍵，軟件自動在后臺進(jìn)行計算，并把平差計算后的結(jié)果以表格的形式在窗口顯示。

5） 入庫與圖表顯示。經(jīng)過平差計算后，窗口列表顯示了平差后監(jiān)測點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)以及點(diǎn)位中誤差等技術(shù)指標(biāo)，如果本期數(shù)據(jù)合格，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Access數(shù)據(jù)庫；如果數(shù)據(jù)庫已有多期平差后成果，這時就可以對各期數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算各個點(diǎn)相鄰兩期的變形量以及累計變形量，繪圖的測期、測點(diǎn)可以方便、隨意地選擇，操作簡便、快捷。這里以某期數(shù)據(jù)為例，作出各個點(diǎn)的△E（平行于壩方向）和△F（垂直于壩方向）變化曲線圖，見圖3。

6） 成果輸出。以Excel和PDF等形式輸出電子手簿（水平角觀測手簿、距離觀測手簿等）以及成果表。

4 結(jié)論

采用基于Basic語言的前方交會內(nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)完成大壩的變形監(jiān)測及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，既保證了監(jiān)測質(zhì)量又大大提高了監(jiān)測速度。系統(tǒng)是基于特定工程需要而開發(fā)出的專用系統(tǒng)，在工程中取得了較好的效果，但在實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的過程中，發(fā)現(xiàn)以下問題需要進(jìn)一步研究與思考：

1） 本系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)野外用計算機(jī)控制測量機(jī)器人，因此研究GeoCom接口[5]技術(shù)成為下一階段需要突破的難點(diǎn)；

2） 內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理尚需到室內(nèi)完成，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時解算成果，因此如何在野外實(shí)時獲取監(jiān)測點(diǎn)的平差成果，以便能夠及時發(fā)現(xiàn)錯誤，成為下一階段研究重點(diǎn)。

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