基于TSM Server平台的CPⅢ数据自动化采集软件的实现

张绪丰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

为了实现高速铁路无砟轨道的高平顺性，高速铁路CPⅢ控制基准的测量需要满足较高的精度要求。通过理论与实践的研究可知，CPⅢ测量具有外业数据采集工作量大，测量精度要求高的特点。因此，CPⅢ外业测量工作的自动化和程序化能够更好，更快的完成测量任务。本文结合CPⅢ外业采集的基本知识，从软件的计算原理、基本功能以及功能的实现等方面，对基于Trimble智能型全站仪开发平台TSM Sever的CPⅢ外业数据采集软件的实现进行阐述。

2 CPⅢ外业采集的基本知识

CPⅢ平面网测量外业数据采集的方法是自由测站边角交会法，CPⅢ网形如图1所示。

图1 CPⅢ网形示意(单位:m)

由图1可以看出，CPⅢ点间距为50至60m，每个测站架设在线路中线，观测6对CPⅢ点，测站间距约为120m。相邻测站要重复观测3对CPⅢ点，从而保证每个CPⅢ点至少被观测3次。外业测量时，为了提高作业效率，可以仅观测学习上一测站的任意两个重复CPⅢ点，利用后方交会的方法可计算得到当前测站点的坐标信息，利用当前测站和各重复目标点的坐标信息，推算出当前测站与重复点的水平方向和天顶距，从而完成重复点的学习测量。

重复点学习测量完毕后，再对当前测站上剩余的CPⅢ点进行观测学习，最后采集软件即可对当前测站的CPⅢ点进行自动观测。

3 TSM Server

3.1 TSM Server的构架

由图 2可知，TSM Server主要由 Survey ToolsServer、DeviceManager和 GenericDevice 三部分构成。全站仪的开发主要采用GenericDevice中TotalStation的相关指令进行的。

图2 TSM Server构架

3.2 TSM Server的开发流程

由图3可知，TSM Server的开发首先要初始化COM Server，实例化一个回调类并关联到通讯类中。然后，启动Device Manager实例以便进行设备的载入和连接。最后，调用成员函数进行具体的操作。例如，通讯参数的设置、仪器的连接与断开、执行测量操作、接收测量数据等。

图3 TSM Server开发流程图

4 软件基本功能

4.1 数据质量控制

进行CPⅢ平面网外业数据采集时应按如图4所示界面中对总测回数、2C限差等观测参数进行设置。这些参数将在自动观测中指导软件进行多测回方向和距离的观测，并实时判断观测数据是否超限。

此外，经过理论分析与实验论证可知，CPⅢ平面网采用半盘位观测的方式进行数据采集，同样可以满足CPⅢ平面网的建网精度。因此，软件具有全盘位与半盘位观测方式的切换功能。

图4 参数设置

4.2 自动化数据采集

软件完成点位学习，即可对目标点进行自动照准并测量，完全实现无需人工干预的自动化和智能化采集。同时，在自动测量过程中，软件可以根据图4所示界面设置好的参数，对获取测量数据的质量进行实时控制，能够实现超限报警，如图5和图6所示。

图5 数据质量控制(一)

图6 数据质量控制(二)

4.3 数据的输出与保存

为确保外业观测数据的完整性与准确性，软件会将观测数据自动保存为*．SUC文本文件的加密文件格式。这样可以有效避免观测数据由于未知原因损失或者被修改。

5 软件计算原理及实现的关键技术

5.1 软件的计算原理

根据CPⅢ平面网的测量方法和测量网型，可通过极坐标法与后方交会法计算出相邻测站重复目标点的学习数据，这样可减轻外业的劳动强度，极大地提高CPⅢ外业数据的采集效率。

(1)极坐标法计算

软件首先建立一个独立坐标系，坐标系的原点为第一个测站点P，假设其坐标为(0，0)，观测得到PA的水平方向值为其方位角，根据式(1)极坐标法计算公式即可得到A点的坐标。同理，可得到其他CPⅢ点在坐标系中的坐标(如图7所示)。

图7 极坐标计算原理

(2)后方交会计算

学习任意两个重复点m(xMyM)，N(xN，yN)，得到水平方向观测值LM，LN，根据式(2)的后方交会计算公式，可以得到新测站点O在独立坐标系中的坐标，然后即可利用剩余重复点坐标与测站点O的坐标反算水平方向值，以便软件完成自动照准及自动化采集(如图8所示)。

式中:l为LM在MN上的投影;h为O点到MN距离。

图8 后方交会计算原理

5.2 多线程技术与事件委托的应用

(1)线程的应用

启动线程:

Thread measuring=new Thread(new ThreadStart(CPⅢmeasure));

measuring．Start();

实现“暂停”和“继续”:

ManualResetEvent PauseEvent=new ManualResetEvent(true);

PauseEvent．Reset();

PauseEvent．Set();

(2)委托的应用

软件中通过委托调用自定义的方法，解决了线程中调用控件的问题。

实现字符串chs和fxs在textBox11和textBox12中的显示。

6 结束语

TSM Server是Trimble S8智能型全站仪底层开发接口，包含了TotalStation中相关指令和函数。通过这些指令和函数与智能型全站仪相连，实时控制全站仪进行外业数据自动采集，对采集获取的测量数据进行实时的计算处理，显示超限信息，捕捉操作错误，及时通知用户采取相应措施，最后形成准确可靠的测量数据。基于Trimble智能型全站仪开发平台Sever的CPⅢ数据自动化采集软件具有界面友好、操作简单、实时检查数据质量、自动化数据采集和多种数据保存格式等特点，不但有效解决了客运专线无砟轨道施工控制网数据采集中测量任务繁重、观测数据精度要求高等问题，而且对现有的自动化采集软件进行了优化，进一步提高了外业观测的效率，加入了新的观测模式，是对现行观测技术方法的重要补充，对提高野外测量工作效率有重要的意义。

［1］武汉大学测绘学院测量平差学科组．误差理论与测量平差基础［M］．武汉:武汉大学出版社，2003

［2］周东卫．应用智能型全站仪与PDA掌上电脑实现CPⅢ数据自动化采集［J］．铁道勘察，2008(6)

［3］王鹏，刘成龙，杨希．无碴轨道CPⅢ自由设站边角交会网平差概略坐标计算方法研究［J］．铁道勘察，2008(3):26-28

［4］刘成龙，杨友涛，徐小左．高速铁路CPⅢ交会网必要测量精度的仿真计算［J］．西南交通大学学报，2009(2)