電力線交跨測量無紙化作業(yè)系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

張 超，陳正宇，李 欣，王 寧，朱號(hào)東

( 中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 211102)

0 引言

在電力線路工程選線、終勘工作中，電力線交跨測量是其重要組成部分。交跨線路的位置和高度，是設(shè)計(jì)專業(yè)排桿塔的重要參考依據(jù)，因此需要測量專業(yè)提供精確的交跨數(shù)據(jù)。全站儀是電力線交跨測量的常規(guī)設(shè)備。

傳統(tǒng)的野外電力線交跨測量作業(yè)通常需要三人合作完成，架設(shè)全站儀、GPS-RTK 定向和手工記錄分別需要一人。這種作業(yè)模式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，尤其在艱苦惡劣的野外作業(yè)環(huán)境下，還容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)報(bào)漏報(bào)和記錄錯(cuò)誤等現(xiàn)象[1-3]。現(xiàn)在很多全站儀可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄，也可將架站坐標(biāo)和定向方位角輸入到全站儀中，直接得到測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，但此操作通常存在2 個(gè)問題：①架站次數(shù)較多時(shí)，需要頻繁輸入架站點(diǎn)的三維坐標(biāo)和定向方位角，效率不高；②配套的數(shù)據(jù)處理軟件經(jīng)常無法正確提取三維坐標(biāo)信息。基于此，使用C#語言開發(fā)基于全站儀的電力線交跨測量無紙化作業(yè)系統(tǒng)，外業(yè)現(xiàn)場無需手工記錄數(shù)據(jù)，全站儀可任意定向，極大提高作業(yè)效率；內(nèi)業(yè)既可提取角度和距離等觀測信息生成原始觀測記錄手簿，也可計(jì)算得到測點(diǎn)三維坐標(biāo)，同時(shí)還能提供道亨軟件內(nèi)部的命令，能夠降低內(nèi)業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，具有較大的使用價(jià)值。

1 全站儀數(shù)據(jù)格式分析

全站儀自動(dòng)記錄功能使外業(yè)測量無紙化成為可能，野外觀測的電力線交跨數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在全站儀內(nèi)。而全站儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)格式有多種，以徠卡全站儀為例，有GSI、XML 以及DAT等格式的文件，而且都有配套的辦公軟件(如Leica、Flex、Office)能夠?qū)ψ约覕?shù)據(jù)文件進(jìn)行讀取。如果要滿足個(gè)性化的功能需求，就需要自主開發(fā)軟件，但自主開發(fā)的前提是需要對全站儀數(shù)據(jù)記錄格式有全面的了解。下面以徠卡全站儀的GSI 數(shù)據(jù)文件為例，分析其數(shù)據(jù)組織格式[4-5]。

徠卡全站儀的GSI(Geo Serial Interface 串行接口)數(shù)據(jù)格式結(jié)構(gòu)有兩種存儲(chǔ)格式：①8 位字符的GSI-8 格式；②16 位字符的GSI-16 格式。

如圖1 所示，GSI-16 格式與GSI-8 格式的區(qū)別在于GSI-8 的數(shù)據(jù)位為8 位，而GSI-16 的數(shù)據(jù)位為16 位。現(xiàn)以GSI-16 格式為例進(jìn)行說明每個(gè)字具有固定的16(24)個(gè)字符的長度。

圖1 GSI數(shù)據(jù)格式

圖2 GSI-16字節(jié)表

字索引是用來識(shí)別“字”的，是儀器廠家的規(guī)定。如“11”表示點(diǎn)號(hào)“31”表示斜距。TCA2003 全站儀所使用的字索引表如下。

表1 萊卡全站儀字索引表

2 無紙化作業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 總體設(shè)計(jì)

電力線交跨測量無紙化作業(yè)系統(tǒng)包括外業(yè)和內(nèi)業(yè)2 個(gè)部分，外業(yè)部分基于現(xiàn)有的徠卡全站儀，所有測量數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在全站儀內(nèi)，現(xiàn)場無需輸入架站信息，定向角度可以任意輸入(一般情況下置零即可)。內(nèi)業(yè)部分自主開發(fā)了一套全站儀數(shù)據(jù)處理軟件—“全站儀精靈”，該軟件能夠提取角度、邊長等觀測信息并輸出Word 版的原始觀測記錄手簿；計(jì)算測量碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)并輸入Excel 文件中；將角度、邊長信息轉(zhuǎn)化為軟件的內(nèi)部命令，實(shí)現(xiàn)無縫連接。下面主要介紹全站儀數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)流程。

本軟件的功能模塊如圖3 所示。全站儀數(shù)據(jù)處理軟件涉及數(shù)據(jù)讀取，坐標(biāo)計(jì)算，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化和導(dǎo)出等功能，要求貼合測繪工程實(shí)際，滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)，軟件功能界面(圖4)友好，操作簡單、實(shí)用。

圖3 軟件功能模塊圖

圖4 軟件界面

2.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.2.1 讀取數(shù)據(jù)

讀取數(shù)據(jù)模塊支持GSI(8 位/16 位) 和XML 兩種數(shù)據(jù)格式，其中GSI 格式的文件數(shù)據(jù)組織格式簡單，讀取速度相對較快；XML 格式的文件以數(shù)據(jù)塊的組織形式存儲(chǔ)，信息豐富，但讀取速度較慢。支持單測站和多測站文件讀取，讀取之后能夠以表格的形式顯示觀測信息。支持對觀測信息的修改，比如現(xiàn)場忘記更改架站信息或未改定向點(diǎn)名稱，都可以在軟件中進(jìn)行修改。

2.2.2 參數(shù)設(shè)置

為了方便后期輸出到Word 文件中，需要在參數(shù)設(shè)置里將日期、設(shè)備名稱、觀測人員、記錄人員等信息填寫好。

2.2.3 數(shù)據(jù)解算

數(shù)據(jù)解算模塊需要輸入架站點(diǎn)和定向點(diǎn)坐標(biāo)以及定向角度等信息，方能計(jì)算出測點(diǎn)的三維坐標(biāo)。不同于徠卡配套軟件中定向角度必須為方位角[6-7]，本軟件需要的定向角度可以是任意角度，這就給現(xiàn)場測繪人員帶來了便利，即不需要再輸入架站坐標(biāo)以及方位角信息，在定向的時(shí)候直接置零即可，節(jié)省了大量時(shí)間的同時(shí)，避免了數(shù)據(jù)輸入錯(cuò)誤，提高了效率和可靠性[8-9]。

2.2.4 導(dǎo)出Excel文件

為方便后續(xù)的數(shù)據(jù)再利用，將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel 表格更為直觀。如圖5 所示，軟件可輸出測點(diǎn)的三維坐標(biāo)、架站點(diǎn)至測點(diǎn)的邊長和角度信息，此外還可輸出道亨軟件中的命令格式記錄，只需稍作修改，即可粘貼至道亨軟件中，節(jié)省大量的編輯工作。

圖5 Excel輸出結(jié)果

2.2.5 導(dǎo)出Word文件

將全站儀觀測的邊長和角度信息輸出到Word 中(如圖6 所示)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)記錄，節(jié)約成本、節(jié)省時(shí)間，還可避免觀測人員的讀數(shù)錯(cuò)誤和記錄人員的記錄錯(cuò)誤。同時(shí)可轉(zhuǎn)存為PDF 格式，相對紙質(zhì)材料更易于保存。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的電力線交跨測量需要觀測人員輸入架站點(diǎn)三維坐標(biāo)以及方位角，同時(shí)需要記錄人員根據(jù)觀測人員的讀報(bào)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，不但耗時(shí)耗力，而且可能出現(xiàn)讀數(shù)和記錄錯(cuò)誤。使用本文作業(yè)流程，現(xiàn)場無需輸入坐標(biāo)和方位角，同時(shí)不需要做數(shù)據(jù)記錄工作，使用內(nèi)業(yè)軟件“全站儀精靈”即可輸出電子版的觀測記錄手簿，同時(shí)還能夠計(jì)算得出測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，為測繪人員帶來便利的同時(shí)，很大程度上也提高了交跨測量工作的可靠性。