GTS—720全站儀坐標(biāo)測(cè)量程序開(kāi)發(fā)

摘 要：WinCE嵌入式操作系統(tǒng)的全站儀應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這樣的全站儀具有可二次開(kāi)發(fā)的功能，利用嵌入式開(kāi)發(fā)工具可以開(kāi)發(fā)出滿足用戶特定要求的程序，文章以GTS-720托普康全站儀為例，介紹了坐標(biāo)測(cè)量程序開(kāi)發(fā)的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：全站儀；坐標(biāo)測(cè)量；程序開(kāi)發(fā)

1 概述

GTS-720是拓普康公司開(kāi)發(fā)的智能全站儀，其軟件操作系統(tǒng)是內(nèi)嵌的WinCE，操作界面同臺(tái)式機(jī)的Windows系統(tǒng)界面類(lèi)似，使用戶對(duì)其二次開(kāi)發(fā)更容易。對(duì)智能全站儀開(kāi)發(fā)各種放樣系統(tǒng)時(shí)，需要自動(dòng)獲得全站儀測(cè)定的角度、距離及坐標(biāo)數(shù)據(jù)，所以用戶需要從底層開(kāi)發(fā)坐標(biāo)測(cè)量程序，然后再結(jié)合各種算法實(shí)現(xiàn)各種放樣系統(tǒng)。如果采用其自帶的坐標(biāo)測(cè)量程序，由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)用戶同全站儀交互操作，就只能實(shí)現(xiàn)基本計(jì)算的功能。

對(duì)GTS-720全站儀從底層開(kāi)發(fā)坐標(biāo)測(cè)量程序，必須有GTS-720sdk，即此全站儀專(zhuān)用的操作指令，該指令常用的基本函數(shù)如下：

（1）fpTsSetStnCoord：輸入儀器測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)；（2）fpTsSetInstHeight：輸入儀高和棱鏡高；（3）fpTsSetHangle：輸入全站儀定向邊方位角；（4）fpTsRequest：設(shè)置全站儀角度和距離測(cè)量模式；（5）fpTsStopMeas：設(shè)置全站儀是否停止距離測(cè)量；（6）fpTsReadMeas：讀取全站儀觀測(cè)返回的字符串。

2 坐標(biāo)測(cè)量程序開(kāi)發(fā)

2.1 程序開(kāi)發(fā)的整體思路

（1）程序開(kāi)發(fā)應(yīng)該首先創(chuàng)建一個(gè)空白的“TXT”文本文件，該文件的保存路徑和文件名都必須采用全局的程序變量，因?yàn)樽鴺?biāo)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)是在其他類(lèi)中完成的，文件保存時(shí)需要調(diào)用該文件的全局變量名稱。（2）全站儀進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量之前要輸入儀器點(diǎn)的坐標(biāo)和目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，其目的是需要獲得測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)和一條已知邊的起算方位角；如果需要測(cè)量點(diǎn)的高程，就需要輸入儀器高和棱鏡高。由于棱鏡高度可能需要頻繁變換，所以棱鏡高和儀器高分別采用不同的對(duì)話框來(lái)分開(kāi)進(jìn)行設(shè)置，而且系統(tǒng)中應(yīng)自動(dòng)保留上一次測(cè)量時(shí)儀器的高度值，以免同一站儀器沒(méi)有變換，還需要重新輸入儀器的高度。（3）測(cè)量返回的字符串包含了角度和觀測(cè)距離的信息，需要對(duì)這些字符串進(jìn)行分割后，將測(cè)定的距離和方位角換算成坐標(biāo)；坐標(biāo)測(cè)量完成后，系統(tǒng)自動(dòng)彈出一個(gè)話框來(lái)顯示測(cè)定出的坐標(biāo)值，用戶輸入坐標(biāo)點(diǎn)號(hào)后將坐標(biāo)值保存在文本文件中。

2.2 坐標(biāo)方位角的計(jì)算

設(shè)站常用的方法為兩點(diǎn)定向，即輸入測(cè)站點(diǎn)和定向點(diǎn)的坐標(biāo)。而定向的方位角需要通過(guò)程序計(jì)算出來(lái)，然后此變量需要通過(guò)函數(shù)設(shè)置為全站儀的水平角。兩點(diǎn)定向需用到四個(gè)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，其含義和變量如表1所示：

表1

在用atan（ ）函數(shù)的值域范圍是（-？仔/2，？仔/2），而方位角的取值方位是（-360°，+360°）。對(duì)x、y方向的坐標(biāo)增量的正負(fù)做判斷，其算法如下：

if （（aim_x-site_x）>0）

orient=atan（（aim_y-site_y）/（aim_x-site_x））

else if（（aim_x-site_x） <0）

orient=atan（y/x）+PI；

如果aim_x-site_x=0 ，則說(shuō)明方位角是90°或270°，這時(shí)就不能通過(guò)上述的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)榇肷鲜街谐龜?shù)為零，其判斷方法如下：

if（（aim_x-site_x =0）&&（y>0））

orient=PI/2；

if（（aim_x-site_x =0）&&（y<0））

orient=-PI/2；

PI的值等于？仔；當(dāng)度盤(pán)為負(fù)數(shù)時(shí)，GTS-720的函數(shù)“fpTsSetHangle”會(huì)自動(dòng)加上2？仔設(shè)值度盤(pán)；atan（）返回值的單位是弧度，需要將其轉(zhuǎn)換成度、分、秒格式。

2.3 測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)

測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)主要用“fpTsRequest（）”開(kāi)發(fā)函數(shù)，其主要程序的主要流程如圖1：

圖1 使用fpTsRequest（）實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能流程圖

此部分程序幾點(diǎn)說(shuō)明：（1）開(kāi)發(fā)函數(shù)fpTsRequest（）以硬件為操作對(duì)象。而硬件要完成距離測(cè)量工作需要運(yùn)行一段時(shí)間，一般情況下，運(yùn)行fpTsRequest（）函數(shù)后，就立刻執(zhí)行下一般操作函數(shù)，則fpTsRequest（）函數(shù)無(wú)法完成測(cè)量功能，返回一群無(wú)用雜亂的字符串。（2）由于上述的原因，運(yùn)行fpTsRequest（）函數(shù)后，程序應(yīng)該等待一段時(shí)間再執(zhí)行下一步操作。該函數(shù)需要測(cè)量的時(shí)間同觀測(cè)距離的遠(yuǎn)近相關(guān)，所以設(shè)置成一個(gè)固定時(shí)間段是不合理的，所以需要設(shè)置一個(gè)循環(huán)來(lái)完成此功能。其方法如下：創(chuàng)建一個(gè)for循環(huán)語(yǔ)句，共循環(huán)五次；循環(huán)一次的時(shí)間是4秒種；每次循環(huán)后對(duì)返回的字符進(jìn)行校對(duì)，如果結(jié)果正確就跳出循環(huán)，進(jìn)入下一步程序；如果程序已循環(huán)5次后，得到正確的字符串仍不正確，則循環(huán)終止，程序結(jié)束；（3）數(shù)據(jù)校對(duì)就是利用fpTsRequest（）函數(shù)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，判斷獲得正確數(shù)據(jù)是否是有效的數(shù)據(jù)。

3 對(duì)GTS-720全站儀進(jìn)行開(kāi)發(fā)的幾點(diǎn)說(shuō)明

（1）GTS-720全站儀采用嵌入式工具EVC4.0進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，該開(kāi)發(fā)軟件可以從微軟網(wǎng)站上免費(fèi)下載。（2）GTS-720全站儀進(jìn)行開(kāi)發(fā)需要有針對(duì)該儀器的開(kāi)發(fā)包，該開(kāi)發(fā)包中含有專(zhuān)用于GTS-720全站儀測(cè)量程序開(kāi)發(fā)的接口命令，不過(guò)該開(kāi)發(fā)包不能直接在該儀器公司的官方網(wǎng)站上直接下載，而應(yīng)該與Topcon公司簽訂相關(guān)的保密協(xié)議后，才能從Topcon事務(wù)所得到該開(kāi)發(fā)包。（3）GTS-720全站儀的開(kāi)發(fā)中由于用到了全站儀的開(kāi)發(fā)函數(shù)，該函數(shù)是同儀器的硬件相關(guān)的，所以在模擬器下無(wú)法進(jìn)行進(jìn)行調(diào)試，而必須全站儀與PC連接后才能進(jìn)行相關(guān)的調(diào)試。（4）全站儀測(cè)定的水平距離和高差需進(jìn)行地球曲率和大氣折光的改正。地球曲率對(duì)高差的影響較大，如果高差不進(jìn)行地球曲率改正，則兩點(diǎn)相距1km時(shí)，測(cè)定的高差誤差能達(dá)到7cm左右。由于此系統(tǒng)函數(shù)fpTsRequest（）的測(cè)量功能已經(jīng)自動(dòng)進(jìn)行了這些改正，而不再需要對(duì)此部分功能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]萬(wàn)躍華Visual C++NET網(wǎng)絡(luò)編程[M].北京：科學(xué)出版社.

[2]張慧慧，孫艷崇.控制測(cè)量技術(shù)[M].東北大學(xué)出版社，2013

作者簡(jiǎn)介：孫艷崇（1978，3-），男，漢族，遼寧綏中，講師，注冊(cè)測(cè)繪師，碩士研究生，研究方向：數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)。