GPS及全站儀外業(yè)數(shù)據(jù)傳輸在公路測設(shè)中的應(yīng)用

王永清

【摘 要】GPS測量儀器可高精度的確定測點的三維位置，在目前工程測量中廣泛應(yīng)用。全站儀是由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器，可以同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理。利用計算機與GPS及全站儀之間進行數(shù)據(jù)傳輸和處理，減少了室內(nèi)手工輸入數(shù)據(jù)易錯、漏點的缺點，使工作效率成倍提高。傳統(tǒng)的、常規(guī)的全站儀測量外業(yè)，手工輸入內(nèi)業(yè)的作業(yè)方式必將被現(xiàn)代的一體化的計算機及全站儀外業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用所代替。本文通過對GPS及全站儀數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用的介紹，闡述GPS及全站儀與計算機結(jié)合進行數(shù)據(jù)傳輸，在公路測量中廣泛應(yīng)用的使用技巧。

【關(guān)鍵詞】GPS 全站儀 數(shù)據(jù)傳輸 應(yīng)用

隨著高等級公路的迅速發(fā)展，對勘測技術(shù)提出了更高的要求，公路測設(shè)初期由于線路長，已知點少，用常規(guī)測量手段不僅布網(wǎng)困難，而且難以滿足高精度的要求。利用GPS接收機的快速靜態(tài)定位功能施測線路的全部初測導線，快速、高精度的建立數(shù)百公里的高速公路首級控制網(wǎng)，然后用常規(guī)方法布設(shè)導線加密，實踐證明在幾十公里范圍內(nèi)的點位誤差很小，達到了常規(guī)方法難以實現(xiàn)的精度，取得了良好的效果。GPS接收機在道路工程中主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測設(shè)點控制等。GPS接收機測量技術(shù)無需通視，減少了常規(guī)方法的中間環(huán)節(jié)，測設(shè)速度快、精度高，具有明顯的社會和經(jīng)濟效益，同時對檢測常規(guī)測量的控制點也非常有效。在道路、特大橋、隧道測量中具有廣泛的應(yīng)用前景。GPS是由美國國防部研制建立的一種具有全方位、全天候、全時段、高精度的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，能為全球用戶提供低成本、高精度的三維位置、速度和精確定時等導航信息，極大地提高了地球社會的信息化水平，有力地推動了數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展。全站儀是由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器，可以同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理。

1 工作原理

首先用常規(guī)方法建立高精度測量控制三角網(wǎng)，然后利用GPS接收機對該網(wǎng)進行觀測，GPS接收機觀測網(wǎng)達到毫米級精度。GPS測量儀器與手簿相連接，手薄就是一個小型的掌上電腦。GPS靜態(tài)測量數(shù)據(jù)記錄后可以利用專用測量軟件進行解算。原始觀測數(shù)據(jù)的讀入在進行基線解算時，首先需要讀取原始的GPS觀測值數(shù)據(jù)。各接收機廠商隨接收機一起提供的數(shù)據(jù)處理軟件都可以直接處理從接收機中傳輸出來的GPS原始觀測值數(shù)據(jù)，而由第三方所開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件則不一定能對各接收機的原始觀測數(shù)據(jù)進行處理，要處理這些數(shù)據(jù)，首先需要進行格式轉(zhuǎn)換。已有外業(yè)數(shù)據(jù)時，在讀入了GPS接收機觀測值數(shù)據(jù)后，就需要對觀測數(shù)據(jù)進行必要的檢查，檢查的項目包括：測站名、點號、測站坐標、天線高等。對這些項目進行檢查的目的，是為了避免外業(yè)操作時的誤操作。

不同的GPS接收機提供的數(shù)據(jù)記錄格式不同。例如觀測時刻這個記錄，可能采用接收機參考歷元，也可能是經(jīng)過改正歸算至GPS標準時間。在進行平差（基線向量的解算）之前，觀測值文件必須規(guī)格化、標準化。

全站儀的數(shù)據(jù)記錄與傳輸，觀測數(shù)據(jù)的記錄，隨儀器的結(jié)構(gòu)不同有三種方式：（1）一種是通過電纜，將儀器的數(shù)據(jù)傳輸接口和外接的記錄器連接起來，數(shù)據(jù)直接存儲在外接的記錄器中；（2）另一種是儀器同部有一個大容量的內(nèi)存，用于記錄數(shù)據(jù)；（3）還有的儀器是采用插入數(shù)據(jù)記錄卡。

利用計算機解算使測量控制點的精度更高，通過對外業(yè)數(shù)據(jù)的解算加密將計算機與儀器的結(jié)合減少常規(guī)環(huán)節(jié)中易錯及漏點的缺陷。全站儀與GPS的結(jié)合，它是集成GPS接收機的高性能的特點。使用GPS接收機確定該點的準確位置，然后就可以使用全站儀進行測量、放樣。這樣就可以得到高精度的外業(yè)控制點，在橋梁和隧道中應(yīng)用及為廣泛，特別是隧道工程中，GPS的衛(wèi)星接收信號差或無信號的情況下，全站儀的優(yōu)點就進一步顯示出來，當然也離不開數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

2操作方法

（1）已有基本外業(yè)數(shù)據(jù)的操作方法，這種方法在公路施工中較常應(yīng)用，已知導線或交點坐標數(shù)據(jù)，利用測量軟件將數(shù)據(jù)計算后可獲取所有的導線數(shù)據(jù)及逐樁（逐點）坐標，將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為txt文本格式，一般為點號、坐標。根據(jù)GPS及全站儀所需的文件格式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，目前測量儀器的文件格式通常為“txt”格式。

（2）無外業(yè)數(shù)據(jù)的操作方法，在公路工程設(shè)計中應(yīng)用較多，可利用部分外業(yè)數(shù)據(jù)進行試算，當試算彎道半徑及曲線符合要求路線設(shè)計規(guī)范要求時利用測量軟件計算所有逐樁坐標或交點的坐標，有利于提高外業(yè)數(shù)據(jù)計算的準確性，在實際操作中將計算機和測量儀器結(jié)合，將計算好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y量儀器中，提高工作效率，減少誤差。

3數(shù)據(jù)傳輸

以尼康DTM—352型全站儀數(shù)據(jù)為例，全站儀數(shù)據(jù)傳輸通常在測量中所講的通訊下載數(shù)據(jù)或上傳數(shù)據(jù)，即計算機與全站儀建立連接，選擇全站儀的型號。數(shù)據(jù)的格式一般是文本格式（txt）輸入即NIKON/SDR2X/SDR33，載入數(shù)據(jù)內(nèi)容和順序為PT（點號），E，N，Z，CD和空格；如果不設(shè)Z坐標順序為PT，E，N的形式。計算機通過軟件輸出可以是電子表格的形式轉(zhuǎn)換為文本格式V2.00，利用數(shù)據(jù)線連接到尼康DTM—352型全站儀的UP為載入點，MP為手工輸入點。為避免手工輸入的錯誤或漏輸采用計算機傳輸，將全站儀和計算機連接通過載入點傳輸數(shù)據(jù)。

首先在全站儀上設(shè)置通訊參數(shù)，計算機上設(shè)置相同的通訊參數(shù)，計算機進入接受狀態(tài)，全站儀發(fā)送數(shù)據(jù)；或全站儀進入接受狀態(tài)，計算機發(fā)送數(shù)據(jù)（1）在全站儀上選擇程序/菜單/通訊/下載/OK，選定需要下載的作業(yè)文件名；（2）在計算機上設(shè)置通訊口[COM]、通訊參數(shù)：9600（波特率）奇偶檢驗（NONE）、數(shù)據(jù)位8、停止位1；（3）在全站儀上進入接收或發(fā)送文件狀態(tài)。（4） 在計算機上運行[Comm]（通訊）軟件，按快捷鍵將顯示通訊參數(shù)設(shè)置，設(shè)為與全站儀相同的通訊參數(shù)及正確的串口后，按[REC]鍵，進入接收等待狀態(tài)；上傳坐標數(shù)據(jù)X，Y，Z。用RS—232數(shù)據(jù)線連接并在計算機上啟動終端程序。按[OK]或[ENT]鍵儀器處于“接收列表文件”模式。

例：原來數(shù)據(jù)：1，UB，30.000，20.000，L1

定義格式：PT/N/E/CD

上傳數(shù)據(jù)：PT=1，N=30.000，E=20.000，CD=L1

“PT”表示點號，“30.000”表示X坐標，“20.000”表示X坐標，L1表示表示點的高程。坐標數(shù)據(jù)文件可以用文本格式進行編輯。在一般外業(yè)測設(shè)由于精度的要求，主要采用的數(shù)據(jù)為PT，N，E。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及傳輸就采用該格式。

注意在通訊程序中，數(shù)據(jù)流必須設(shè)為“Xon/Xoff”；由于每個點均被儀器所接受，“Record”（記錄）數(shù)在增加；當代碼的字符超過16個字符時，系統(tǒng)會將其截去；格式不能接受復制的數(shù)據(jù)，PT，E，N，Z和CD都必須在一個格式中只用一次；如果在原始文件中要中止一些項，只要在忽視的欄中輸入“空白”即可；串口的設(shè)置必須與計算機的設(shè)置一樣；上傳列表代碼會代替原來的代碼列表。最大可以存儲254個代碼或PT列表中的點名。

通過數(shù)據(jù)傳輸計算機與GPS及全站儀建立連接，更大的提高工作效率，減少室內(nèi)輸入的時間和人工手工輸入的錯誤和漏點。目前測量技術(shù)方法和手段都在向計算機和和辦公自動化發(fā)展，測量儀器也向著多元化、數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。有效的利用測量軟件和測量儀器的結(jié)合，既能確保外業(yè)放線的準確度，又可以大大提高測設(shè)效率，同時可以進行逐樁或部分樁點的距離加密測設(shè)。

4 GPS及全站儀外業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點

（1）GPS測量由于無需通視，可構(gòu)成較強的三角測量網(wǎng)，作為外業(yè)控制點由GPS觀測的點位具有較高的精度，通過計算機解算應(yīng)用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可進一步提高控制點位的精度。

（2）計算機測量軟件內(nèi)業(yè)計算，避免計算誤差，提高常規(guī)觀測測量的三角網(wǎng)的精度。

（3）減少手工輸入錯誤和易漏點出錯的缺點，節(jié)約工作時間，提高了工作效率。

（4）內(nèi)業(yè)計算的精準度的進一步提高，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用可減少中間環(huán)節(jié)的誤差。同時可保證外業(yè)控制點的精度。在公路外業(yè)測設(shè)及施工過程中避免某些測量儀器的缺陷，就有必要進行數(shù)據(jù)間的傳輸及轉(zhuǎn)換。

5結(jié)語

利用計算機和GPS及全站儀進行數(shù)據(jù)傳輸減少了數(shù)據(jù)輸入作業(yè)時間和手工輸入的錯誤和漏點，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了測設(shè)成本，提高了測設(shè)作業(yè)精度，隨著測量儀器技術(shù)發(fā)展，計算機和GPS及全站儀的結(jié)合應(yīng)用必將成為時代的先驅(qū)，并在日益發(fā)展的科技工作中起到更大作用和普及使用。

參考文獻：

[1]《公路路線設(shè)計規(guī)范》（JTG D20—2006）.人民交通出版社.

[2]《全站儀使用說明書》.

[3]《公路勘測規(guī)范》（JTG C10—2007）.人民交通出版社.

[4]《公路勘測細則》（JTG/T C10—2007）.人民交通出版社.