基于全站仪的既有铁路测量技术系统探讨

侯建民 黄远宏

(郑州铁路局工务检测所， 河南郑州 450000)

1 系统概述

PDA在测量领域得到了越来越广泛地应用,并且和手机、商务通以及计算机等电子设备出现了融合发展的趋势,随着其性能的进一步提高,PDA掌上电脑在测量领域的应用前景会越来越广泛。与传统的测量设备相比,PDA掌上电脑在野外测量中有着其独到的优点：

体积小,便于携带；供电时间长,较好地克服便携机野外作业的供电问题；数据处理功能强大,可以自己编程操作,实现专业测量功能；符合移动电子设备的发展潮流，兼容性和可扩展性较强,能够支持多种测量设备和电子设备,可以方便快捷地实现数据的转移和存储；具有Windows的操作风格,方便测量人员操作。

1.1 该系统主要组成

全站仪：具有Ⅱ级及以上等级光电测距、J6级以上测角系统功能；必须具有数据存储功能、数据传输功能、RS232串行口(数据接口),数据通讯波特率高于1 200。

PDA掌上电脑：Intel PXA270 312 MHz处理器、内存为64MB及以上,WinCE.net操作系统和Pocket PC2003操作平台及ActiveSync(同步)环境系统,电池能够连续工作4 h以上。

1.2 系统实现测量的主要形式

利用全站仪在测量过程中能够实现多种测量：测量距离、水平角度、竖直角度测量,同时能够实现测点坐标(X,Y,H)计算等性能,通过对测点坐标值及距离、水平角度、竖直角度值处理，实现对既线铁路里程、线路设备里程、线路中线、高程、控制导线的测量，代替传统的既有线测量方式。

2 系统功能

2.1 数据采集

股道第一次测量时提示输入股道里程。结点数据可进行两次或多次存储。测点号每记录一次,其编号自动加1。当坡度大于6/1 000时,提示测点间的距离不得大于50 m。当曲线的弦长与弧长的比值大于1/4 000时,提示重测。自动进行点位搜索,并计算里程。提供正反测模式,供测量人员选择。可实时查看测量数据,并禁止修改。形成主文件(*.dat)、曲线文件(*.daq)、导线文件(*.dao),设计了不同的文件格式和扩展名,可方便直观的进行数据检索与分类。

2.2 导线测量

导线测量中给出正倒镜的指标差,供测量人员参考。自动根据测量得角度值,完成对测量导线坐标值的计算。自动计算导线边的方位角。实现对导线测量数据进行存储、计算、分析、删除、显示等操作功能。

2.3 数据管理

在该项功能中,打开数据文件查看界面,在文件名组合框中选择想查看的文件名,其内容将显示在列表框中。可以根据需要,将错误或冗余数据删除。

3 数据处理和计算原理

3.1 坡度计算

在实际测量中,要求两点间的坡度不大于6/1 000,在软件程序设计过程中,采用的数学模型

(其中(H1-H2)为两点高差,D为两点间距离)

如果坡度超限,则系统会自动进行提示警告。

3.2 半径拟合

平面内标准圆方程为

将其变形可以得到

从而得到了线性误差方程,进一步即可得到法方程

从而最终得到了圆曲线的半径R。

3.3 曲线部分数据采集间隔限定

在曲线测量部分,实际工作中,通常利用弦长和对应的弧长之比来限制点位密度,弦长和弧长的比值一般应该大于1/4 000,其计算模型如下

其中D为两点间直线距离,αR为两点间圆弧距离。

3.4 直线部分里程计算

其中(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)为两点坐标。

3.5 曲线部分里程计算

其中α为圆心角,R为拟和出的半径,(H1-H2)为两点间的高差。

3.6 精度评定

Δx,Δy为两次测量的坐标差值。

4 系统参数设置

4.1 全站仪通讯参数

为了保证全站仪和计算机之间正确的数据通讯,全站仪和计算机的通讯端口都必须设置正确的通讯参数,主要包括以下几项：

波特率、奇偶校验、数据位、停止位、通讯协议等。

4.2 全站仪记录数据设置

为了保证计算的方便和可靠,要求全站仪必须返回足够的数据信息,返回数据包括：X、Y、H、水平角、垂直角、斜距。

4.3 PDA文件路径设置

在WinCE.net应用程序开发中,eVC4.0需采用API函数实现串口通讯,在初始化串口成功后,利用封装的串口通讯类CCESeries，可以对GSI指令操作进行操作。

5 系统效果

5.1 实现测量系统一体化

与传统测量手段相比,本系统极大地减少了人工干预测量,将测量设备的数据采集、数据记录、数据计算和分析、数据管理、测量报警等功能有机地结合起来,极大地提高了测量效率和可靠性,符合测量一体化的发展趋势。

5.2 测量的可靠性

传统测量手段的数据记录、分析和计算、数据的存储管理都需要人工来完成,测量数据在记录和转移过程中,容易产生数据错误的情况。而本系统则实现了测量设备和测量软件的有机结合,极大地提高了数据计算的可靠性、数据记录的可靠性、测量结果的可靠性。

6 结束语

全站仪的既有铁路测量技术系统实现了将PDA设备与全站仪相连,实时接收全站仪发送的测量数据,并及时处理、显示、报错、存储、查看。可方便地进行野外测量,减轻劳动强度,智能化地提示测量人员应进行的操作,减少因测量原因或人为操作失误所导致的错误数据,测量的自动化程度和一体化程度都得到了极大的提高,在比较危险的铁路测量过程中,测量人员、仪器设备和测量数据的安全性都得到了保证，实现了测量数据文件直接提供给铁路有关专业使用,提高了整体工作效率。

[1] 张正禄，等.工程测量学[M].武汉：武汉大学出版社,2005

[2] 张坤宜，等.交通土木工程测量[M].武汉：武汉大学出版社,2003

[3] 张良琚，等.徕卡TPS1000系统[M].郑州：解放军测绘学院出版社,1997

[4] 张良琚，等.全站仪的使用与数据通讯[M].郑州：解放军测绘学院出版社,1992

[5] 夏治国.电子速测实用技术[M].郑州：解放军测绘学院出版社,1996

[6] 邱卫宁，等.测量数据处理理论与方法[M].武汉.武汉大学出版社,2008

[7] 刘志宇，等.VISUAL C++6.0程序设计[M].北京.中国铁道出版社,2000

[8] 刘仁钊.工程测量技术[M].郑州：黄河水利出版社，2008