基于全站儀的既有鐵路測量技術系統探討

侯建民 黃遠宏

(鄭州鐵路局工務檢測所， 河南鄭州 450000)

1 系統概述

PDA在測量領域得到了越來越廣泛地應用,并且和手機、商務通以及計算機等電子設備出現了融合發展的趨勢,隨著其性能的進一步提高,PDA掌上電腦在測量領域的應用前景會越來越廣泛。與傳統的測量設備相比,PDA掌上電腦在野外測量中有著其獨到的優點：

體積小,便于攜帶；供電時間長,較好地克服便攜機野外作業的供電問題；數據處理功能強大,可以自己編程操作,實現專業測量功能；符合移動電子設備的發展潮流，兼容性和可擴展性較強,能夠支持多種測量設備和電子設備,可以方便快捷地實現數據的轉移和存儲；具有Windows的操作風格,方便測量人員操作。

1.1 該系統主要組成

全站儀：具有Ⅱ級及以上等級光電測距、J6級以上測角系統功能；必須具有數據存儲功能、數據傳輸功能、RS232串行口(數據接口),數據通訊波特率高于1 200。

PDA掌上電腦：Intel PXA270 312 MHz處理器、內存為64MB及以上,WinCE.net操作系統和Pocket PC2003操作平臺及ActiveSync(同步)環境系統,電池能夠連續工作4 h以上。

1.2 系統實現測量的主要形式

利用全站儀在測量過程中能夠實現多種測量：測量距離、水平角度、豎直角度測量,同時能夠實現測點坐標(X,Y,H)計算等性能,通過對測點坐標值及距離、水平角度、豎直角度值處理，實現對既線鐵路里程、線路設備里程、線路中線、高程、控制導線的測量，代替傳統的既有線測量方式。

2 系統功能

2.1 數據采集

股道第一次測量時提示輸入股道里程。結點數據可進行兩次或多次存儲。測點號每記錄一次,其編號自動加1。當坡度大于6/1 000時,提示測點間的距離不得大于50 m。當曲線的弦長與弧長的比值大于1/4 000時,提示重測。自動進行點位搜索,并計算里程。提供正反測模式,供測量人員選擇。可實時查看測量數據,并禁止修改。形成主文件(*.dat)、曲線文件(*.daq)、導線文件(*.dao),設計了不同的文件格式和擴展名,可方便直觀的進行數據檢索與分類。

2.2 導線測量

導線測量中給出正倒鏡的指標差,供測量人員參考。自動根據測量得角度值,完成對測量導線坐標值的計算。自動計算導線邊的方位角。實現對導線測量數據進行存儲、計算、分析、刪除、顯示等操作功能。

2.3 數據管理

在該項功能中,打開數據文件查看界面,在文件名組合框中選擇想查看的文件名,其內容將顯示在列表框中。可以根據需要,將錯誤或冗余數據刪除。

3 數據處理和計算原理

3.1 坡度計算

在實際測量中,要求兩點間的坡度不大于6/1 000,在軟件程序設計過程中,采用的數學模型

(其中(H1-H2)為兩點高差,D為兩點間距離)

如果坡度超限,則系統會自動進行提示警告。

3.2 半徑擬合

平面內標準圓方程為

將其變形可以得到

從而得到了線性誤差方程,進一步即可得到法方程

從而最終得到了圓曲線的半徑R。

3.3 曲線部分數據采集間隔限定

在曲線測量部分,實際工作中,通常利用弦長和對應的弧長之比來限制點位密度,弦長和弧長的比值一般應該大于1/4 000,其計算模型如下

其中D為兩點間直線距離,αR為兩點間圓弧距離。

3.4 直線部分里程計算

其中(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)為兩點坐標。

3.5 曲線部分里程計算

其中α為圓心角,R為擬和出的半徑,(H1-H2)為兩點間的高差。

3.6 精度評定

Δx,Δy為兩次測量的坐標差值。

4 系統參數設置

4.1 全站儀通訊參數

為了保證全站儀和計算機之間正確的數據通訊,全站儀和計算機的通訊端口都必須設置正確的通訊參數,主要包括以下幾項：

波特率、奇偶校驗、數據位、停止位、通訊協議等。

4.2 全站儀記錄數據設置

為了保證計算的方便和可靠,要求全站儀必須返回足夠的數據信息,返回數據包括：X、Y、H、水平角、垂直角、斜距。

4.3 PDA文件路徑設置

在WinCE.net應用程序開發中,eVC4.0需采用API函數實現串口通訊,在初始化串口成功后,利用封裝的串口通訊類CCESeries，可以對GSI指令操作進行操作。

5 系統效果

5.1 實現測量系統一體化

與傳統測量手段相比,本系統極大地減少了人工干預測量,將測量設備的數據采集、數據記錄、數據計算和分析、數據管理、測量報警等功能有機地結合起來,極大地提高了測量效率和可靠性,符合測量一體化的發展趨勢。

5.2 測量的可靠性

傳統測量手段的數據記錄、分析和計算、數據的存儲管理都需要人工來完成,測量數據在記錄和轉移過程中,容易產生數據錯誤的情況。而本系統則實現了測量設備和測量軟件的有機結合,極大地提高了數據計算的可靠性、數據記錄的可靠性、測量結果的可靠性。

6 結束語

全站儀的既有鐵路測量技術系統實現了將PDA設備與全站儀相連,實時接收全站儀發送的測量數據,并及時處理、顯示、報錯、存儲、查看。可方便地進行野外測量,減輕勞動強度,智能化地提示測量人員應進行的操作,減少因測量原因或人為操作失誤所導致的錯誤數據,測量的自動化程度和一體化程度都得到了極大的提高,在比較危險的鐵路測量過程中,測量人員、儀器設備和測量數據的安全性都得到了保證，實現了測量數據文件直接提供給鐵路有關專業使用,提高了整體工作效率。

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