TPS1100機(jī)載高拱壩測(cè)量程序的開發(fā)與應(yīng)用

沈紹羅，黃兵杰，張連發(fā)，耿勝輝

(1.中國(guó)水利水電第八工程局有限公司科研設(shè)計(jì)院，湖南 長(zhǎng)沙 410007;2.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

目前，在水利水電工程中雙曲拱壩放樣和檢測(cè)常采用卡西歐編程型計(jì)算器Fx4800、4850、5800、9750、9860 等進(jìn)行編程，然后根據(jù)全站儀測(cè)量的三維坐標(biāo)反復(fù)輸入到計(jì)算器中進(jìn)行計(jì)算，直至放樣和檢測(cè)滿足規(guī)范偏差要求為止，再將合格測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行手工記錄。當(dāng)轉(zhuǎn)到內(nèi)業(yè)時(shí)，校核人員需要重新逐一將手工記錄數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算器中進(jìn)行核算，并將數(shù)據(jù)手工輸入到電子表格和CAD 中進(jìn)行展點(diǎn)繪制放樣和檢測(cè)成果表。

以上常規(guī)放樣和檢測(cè)方法，容易出現(xiàn)看錯(cuò)數(shù)、聽錯(cuò)數(shù)、輸錯(cuò)數(shù)、記錯(cuò)數(shù)的可能性，從而造成外業(yè)時(shí)間和內(nèi)業(yè)時(shí)間花費(fèi)的時(shí)間過長(zhǎng)，一個(gè)班組需要配備的人員數(shù)量較多，工作效率低下，放樣和檢測(cè)質(zhì)量得不到全面控制和保證。針對(duì)徠卡公司生產(chǎn)的TPS1100 系列全站儀具有利用GeoBasic 平臺(tái)［1］進(jìn)行二次開發(fā)的條件;開發(fā)出一種集放樣計(jì)算、記錄、測(cè)量、內(nèi)業(yè)資料于一體的全站儀機(jī)載軟件，協(xié)助測(cè)量人員高效完成了溪洛渡拱壩施工過程中的放樣和檢測(cè)。

2 GeoBasic 軟件開發(fā)平臺(tái)

GeoBasic 集成開發(fā)環(huán)境是與徠佧TPS1100/TPS1000 系列全站儀的控制指令相配套的機(jī)載軟件二次開發(fā)平臺(tái)，與微軟Visual Studio 中的Visual Basic 開發(fā)環(huán)境類似，GeoBasic 符合絕大多數(shù)Basic 語(yǔ)言的通用語(yǔ)法規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，十分易學(xué)易用。然而，它真正強(qiáng)大的功能在于可以通過其嵌入式函數(shù)調(diào)用儀器內(nèi)已有的子系統(tǒng)和對(duì)話框來實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、測(cè)量指令操作、專門的測(cè)量計(jì)算等多種任務(wù)。開發(fā)人員可以迅速、靈活地構(gòu)造出復(fù)雜、實(shí)用的測(cè)量程序，經(jīng)過數(shù)據(jù)電纜上傳到全站儀內(nèi)存中，使用者可以像使用隨儀器出廠的機(jī)載軟件一樣自如使用由自己二次開發(fā)的應(yīng)用程序，真正做到用戶個(gè)性化配置，方便、高效地按照用戶的意愿進(jìn)行一些復(fù)雜性測(cè)量、計(jì)算、記錄的測(cè)量工作。最新的GeoBasic 集成開發(fā)環(huán)境是2001年發(fā)布的GBStudio，主要包括編輯器、編譯器、調(diào)試器和仿真器。

GeoBasic 的源代碼文件* ．gbs 保存在GBStudio 的代碼編輯器中［2］，調(diào)試成功的源代碼經(jīng)編譯器編譯后生成可解釋執(zhí)行的GeoBasic 應(yīng)用程序文件* ．gba 和語(yǔ)言文件* ．lng。其中，語(yǔ)言文件* ．lng 只與界面語(yǔ)言有關(guān)，便于提供該程序不同的語(yǔ)言環(huán)境，為程序在世界范圍內(nèi)的推廣應(yīng)用帶來便利。然后，通過上載到模擬器中運(yùn)行，從而模擬程序在全站儀上的運(yùn)行效果，并可通過類似辦法將GBStudio 的調(diào)試器和模擬器連接，跟蹤程序在模擬器中的運(yùn)行情況，包括設(shè)置斷點(diǎn)、查看變量值等［3］。最后，調(diào)試完畢的GeoBasic 應(yīng)用程序文件* ．gba 和語(yǔ)言文件* ．lng，隨同相應(yīng)版本的解釋程序(gbi_229．prg 或GBI_TPS1100_210．prg)一起通過徠佧測(cè)量辦公室(Leica Survey Office)軟件［4］上載到全站儀便可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化功能了。

3 軟件的功能

3.1 軟件設(shè)計(jì)思想與功能構(gòu)成

利用我項(xiàng)目部已有的4 臺(tái)TPS1100 系列全站儀作為硬件平臺(tái)，GBStudio 作為開發(fā)的軟件工具，本著操作簡(jiǎn)單、功能貼近生產(chǎn)實(shí)際為目的。程序具有數(shù)據(jù)文件管理、測(cè)站設(shè)置與方向檢查、拱壩上下游拱圈線的檢測(cè)與放樣、大壩橫縫的放樣及檢測(cè)、大壩參考線(如廊道、導(dǎo)流底孔、泄洪中、牛腿面等)具有空間直線結(jié)構(gòu)物的放樣及檢測(cè)、放樣及檢測(cè)數(shù)據(jù)的記錄、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)查詢與調(diào)閱、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的檢查等功能［5，6］。

功能基本上覆蓋了溪洛渡大壩放樣和檢測(cè)過程中計(jì)算比較復(fù)雜的部分，具有儀器測(cè)量與計(jì)算同步、測(cè)站觀測(cè)、記錄、計(jì)算于一體的特點(diǎn);擯除了人為修改測(cè)量數(shù)據(jù)、記錯(cuò)、看錯(cuò)、聽錯(cuò)數(shù)據(jù)的可能;內(nèi)業(yè)檢查100%且能做到外業(yè)記錄數(shù)據(jù)與內(nèi)業(yè)資料相互調(diào)入使用，可做到一步成放樣和檢測(cè)圖，從而有效避免常規(guī)內(nèi)業(yè)過程中人工輸入數(shù)據(jù)，人工逐一計(jì)算校核等煩瑣過程。從而使外業(yè)及內(nèi)業(yè)工作工作一體化，工作強(qiáng)度大大降低、工作效率得到很大提高的優(yōu)點(diǎn)，前方放樣及檢測(cè)過程的質(zhì)量能得到有效控制和保證。

軟件主界面采用條帶式一級(jí)菜單進(jìn)行各項(xiàng)功能模塊的調(diào)用，按F3 下面的PROG 鍵，調(diào)用應(yīng)用程序26 XLD ArcDam SO CHK V1.2，程序調(diào)用后，進(jìn)入簡(jiǎn)單介紹界面，時(shí)間停留2 s后進(jìn)入主功能菜單。

3.2 主界面功能子菜單介紹

進(jìn)入主界面后(如圖1 所示)，其功能子菜單代表意義如下:

圖1 軟件功能主界面

1 Station Job Mangage 測(cè)站作業(yè)管理

2 Measure Job Mangage 測(cè)量作業(yè)管理

3 Station Quick Set 測(cè)站快速設(shè)置

4 Arch Dam S－O And Chk 拱壩放樣與檢測(cè)

5 Cross S－O And Chk 橫縫放樣與檢測(cè)

6 Coordinate Transform 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

7 Data View And Edit 數(shù)據(jù)查看及編輯

由于功能主菜單中的第1、2、3、7 項(xiàng)基本符合常規(guī)全站儀操作步驟，對(duì)此不做詳細(xì)介紹，具體對(duì)4～6 項(xiàng)功能進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

4 Arch Dam S－O And Chk(拱壩放樣與檢測(cè))分為4 個(gè)子功能菜單:

The Upper Setout:拱圈上游面放樣，The Down Setout:拱圈下游面放樣，The Upper Check:拱圈上游面檢測(cè)，The Down Check:拱圈下游面檢測(cè)，如圖2 所示。

圖2 拱壩放樣與檢測(cè)功能界面

可以實(shí)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)及高程的快速采集，并自動(dòng)對(duì)模板砼面檢測(cè)，求出放樣點(diǎn)法向偏差值，“+”表示落在倉(cāng)面外邊，“－”表示落在倉(cāng)面內(nèi)邊。

5 Cross S－O And Chk 可以實(shí)現(xiàn)橫縫放樣與檢測(cè)，并自動(dòng)對(duì)模板砼面檢測(cè)，計(jì)算出至橫縫線上法向偏差，“+”表示落在橫縫左邊，“－”表示落在橫縫右邊。

6 Coordinate Transform(坐標(biāo)轉(zhuǎn)換)，可按已知空間參考直線進(jìn)行參考坐標(biāo)系計(jì)算，適用于大壩廊道、底孔、中孔、牛腿等空間直線結(jié)構(gòu)物的放樣及檢測(cè)，參考線起終點(diǎn)坐標(biāo)定義如圖3 所示，參數(shù)輸入完后，按F1(CONT)鍵進(jìn)入測(cè)量，參考線放樣可以直接計(jì)算相對(duì)于參考線的x，y 坐標(biāo)及高程較差。

圖3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參考線定義界面

3.3 內(nèi)外業(yè)一體化繪制

為了掌握前方放樣質(zhì)量及過程情況，文件記錄了測(cè)站的信息(如測(cè)站點(diǎn)名，儀器高、測(cè)站三維坐標(biāo)、氣象值等)及測(cè)量點(diǎn)的信息(如測(cè)量點(diǎn)的精度，棱鏡高等)。為便于內(nèi)業(yè)成圖及樣點(diǎn)圖及模板資料的繪制，測(cè)量數(shù)據(jù)文件為南方測(cè)繪CASS 軟件的坐標(biāo)文件格式進(jìn)行存儲(chǔ)，可直接在CASS 中進(jìn)行坐標(biāo)代碼展點(diǎn)，便于放樣簡(jiǎn)圖的繪制，而數(shù)據(jù)可直接在Excel 放樣和檢測(cè)表格中進(jìn)行復(fù)制、粘貼調(diào)用，從而便于模板或放樣圖資料的繪制。

4 應(yīng)用效果

(1)工作效率得成倍的提高。

以前采用常規(guī)全站儀配合編程型計(jì)算器放樣，每次測(cè)量，測(cè)量員都需要將測(cè)量的三維坐標(biāo)輸入到計(jì)算器中進(jìn)行偏差計(jì)算，然后指揮前站人員進(jìn)行偏差移動(dòng)，然后再次測(cè)量計(jì)算，直至偏差值滿足規(guī)范值為止，再將儀器的測(cè)量坐標(biāo)和計(jì)算器計(jì)算數(shù)據(jù)報(bào)給旁邊的記錄員進(jìn)行手工記錄。而采用該項(xiàng)技術(shù)，放樣的整個(gè)測(cè)量、計(jì)算、記錄全部由儀器來完成，其計(jì)算結(jié)果的顯示時(shí)間和測(cè)量幾乎同步。由于采用儀器記錄，記錄時(shí)間不到1 s。這樣測(cè)量員可以徹底從看數(shù)據(jù)、反復(fù)輸入計(jì)算器計(jì)算中解脫出來，工作效率的到大大的提高，工效是以前的4 倍以上。

(2)班組人員減少，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

按常規(guī)的測(cè)量放樣，一個(gè)班組至少配置人員3 人，其中儀器觀測(cè)員1 人，記錄員1 人，前站司鏡員1 人(不含配合人員)。在采用該項(xiàng)技術(shù)后，兩人便可輕松完成所有工作，儀器站1 人只需照準(zhǔn)和操作按鍵，其測(cè)站過程計(jì)算、記錄工作全部由儀器自動(dòng)完成。

(3)放樣質(zhì)量得到有效的保證。

由于減少了放樣過程中數(shù)據(jù)的傳遞環(huán)節(jié)，擯棄了人工記錄數(shù)據(jù)可能帶來的人為修改數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)數(shù)據(jù)采集與放樣數(shù)據(jù)計(jì)算的一體化，消除了人為因素導(dǎo)致的錯(cuò)誤，前方放樣點(diǎn)和放樣數(shù)據(jù)質(zhì)量得到有效的保證。以前采用人工計(jì)算、記錄的過程中，很容易出現(xiàn)的報(bào)錯(cuò)數(shù)據(jù)、聽錯(cuò)數(shù)據(jù)、計(jì)算輸錯(cuò)數(shù)據(jù)、記錄記錯(cuò)數(shù)據(jù)的情況得到有效消除。放樣過程中，由于儀器記錄為實(shí)際放樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，這樣前站采用量測(cè)法，記錄采用加減數(shù)法的弊端得到有效控制，從而確保放樣點(diǎn)的精度。

(4)內(nèi)業(yè)校核工作量大大減輕，校核面100%。

由于數(shù)據(jù)文件記錄了前方放樣過程中的所有重要信息，如設(shè)站情況、測(cè)量放樣中棱鏡高、棱鏡常數(shù)、放樣的參數(shù)值、每個(gè)放樣點(diǎn)的精度值等所有信息，從而便于內(nèi)業(yè)人員對(duì)外業(yè)放樣質(zhì)量及過程進(jìn)行全面了解和掌握。數(shù)據(jù)文件采用目前廣泛使用的南方CASS 坐標(biāo)格式，這樣，既可以通過在CASS 軟件展點(diǎn)位、點(diǎn)號(hào)來繪制1∶1 的放樣簡(jiǎn)圖，還可以通過展編碼的方式來進(jìn)行放樣質(zhì)量的檢查，還可以將數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到Excel 中進(jìn)行檢查。由于采用機(jī)內(nèi)程序計(jì)算，放樣計(jì)算出錯(cuò)的可能性為零，內(nèi)業(yè)檢查時(shí)，只需檢查放樣參數(shù)的正確性及每個(gè)放樣點(diǎn)精度是否在規(guī)定要求便可。從而消除以前需要從新輸入計(jì)算器進(jìn)行逐一檢查的弊端，檢查時(shí)間從以前的30 min縮短到目前的10 min，放樣、檢測(cè)成果表從以前的45 min縮短到目前的15 min，成果圖表采用表格打印輸出，美觀整齊。

5 結(jié) 語(yǔ)

全站儀的二次開發(fā)既充分利用了全站儀自身軟、硬件資源，又充分?jǐn)U展了全站儀的功能，使其發(fā)展為功能全面、使用便捷的具有多功能化或?qū)I(yè)化的數(shù)據(jù)采集和計(jì)算工具，以達(dá)到野外測(cè)量作業(yè)事半功倍、提高工作效率和放樣質(zhì)量、產(chǎn)生更好經(jīng)濟(jì)效益的目的，可作為全站儀功能升級(jí)的主要內(nèi)容來考慮。

［1］Leica Corp．GeoBasicfor TPS1lOOUser Manual Version1．30Switzerland:Printed in Switzerland．Copyright by Leica-Geosystems AG，Heerbrugg，Switzerland，2000．

［2］Leica Corp．TPSllO0 Professional Series．Switzerland:Printed in Switzerland．Copyright by Leica GeosystemsAG，Heerbrugg．Swi tzerl and，2001．

［3］楊柳．全站儀的二次開發(fā)［J］．測(cè)繪通報(bào)，2000(10):38～40．

［4］王世君．TCA2003 全站儀機(jī)載程序開發(fā)［J］．科技交流，2008(1)．

［5］梅文勝，張正祿，郭際明等．測(cè)量機(jī)器人變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件研究［J］．武漢大學(xué)學(xué)報(bào)·信息科學(xué)版，2002，27(2):165～171．

［6］王悅勇，徐忠陽(yáng)．基于GeoBasic 語(yǔ)言開發(fā)的軟件在TM51OOA 電子經(jīng)緯儀上的應(yīng)用［J］．測(cè)繪技術(shù)裝備，2002(2)．