TPS1100机载高拱坝测量程序的开发与应用

沈绍罗，黄兵杰，张连发，耿胜辉

(1.中国水利水电第八工程局有限公司科研设计院，湖南 长沙 410007;2.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022)

1 引 言

目前，在水利水电工程中双曲拱坝放样和检测常采用卡西欧编程型计算器Fx4800、4850、5800、9750、9860 等进行编程，然后根据全站仪测量的三维坐标反复输入到计算器中进行计算，直至放样和检测满足规范偏差要求为止，再将合格测量数据进行手工记录。当转到内业时，校核人员需要重新逐一将手工记录数据输入到计算器中进行核算，并将数据手工输入到电子表格和CAD 中进行展点绘制放样和检测成果表。

以上常规放样和检测方法，容易出现看错数、听错数、输错数、记错数的可能性，从而造成外业时间和内业时间花费的时间过长，一个班组需要配备的人员数量较多，工作效率低下，放样和检测质量得不到全面控制和保证。针对徕卡公司生产的TPS1100 系列全站仪具有利用GeoBasic 平台［1］进行二次开发的条件;开发出一种集放样计算、记录、测量、内业资料于一体的全站仪机载软件，协助测量人员高效完成了溪洛渡拱坝施工过程中的放样和检测。

2 GeoBasic 软件开发平台

GeoBasic 集成开发环境是与徕佧TPS1100/TPS1000 系列全站仪的控制指令相配套的机载软件二次开发平台，与微软Visual Studio 中的Visual Basic 开发环境类似，GeoBasic 符合绝大多数Basic 语言的通用语法规则和标准函数，十分易学易用。然而，它真正强大的功能在于可以通过其嵌入式函数调用仪器内已有的子系统和对话框来实现参数设置、测量指令操作、专门的测量计算等多种任务。开发人员可以迅速、灵活地构造出复杂、实用的测量程序，经过数据电缆上传到全站仪内存中，使用者可以像使用随仪器出厂的机载软件一样自如使用由自己二次开发的应用程序，真正做到用户个性化配置，方便、高效地按照用户的意愿进行一些复杂性测量、计算、记录的测量工作。最新的GeoBasic 集成开发环境是2001年发布的GBStudio，主要包括编辑器、编译器、调试器和仿真器。

GeoBasic 的源代码文件* ．gbs 保存在GBStudio 的代码编辑器中［2］，调试成功的源代码经编译器编译后生成可解释执行的GeoBasic 应用程序文件* ．gba 和语言文件* ．lng。其中，语言文件* ．lng 只与界面语言有关，便于提供该程序不同的语言环境，为程序在世界范围内的推广应用带来便利。然后，通过上载到模拟器中运行，从而模拟程序在全站仪上的运行效果，并可通过类似办法将GBStudio 的调试器和模拟器连接，跟踪程序在模拟器中的运行情况，包括设置断点、查看变量值等［3］。最后，调试完毕的GeoBasic 应用程序文件* ．gba 和语言文件* ．lng，随同相应版本的解释程序(gbi_229．prg 或GBI_TPS1100_210．prg)一起通过徕佧测量办公室(Leica Survey Office)软件［4］上载到全站仪便可实现个性化功能了。

3 软件的功能

3.1 软件设计思想与功能构成

利用我项目部已有的4 台TPS1100 系列全站仪作为硬件平台，GBStudio 作为开发的软件工具，本着操作简单、功能贴近生产实际为目的。程序具有数据文件管理、测站设置与方向检查、拱坝上下游拱圈线的检测与放样、大坝横缝的放样及检测、大坝参考线(如廊道、导流底孔、泄洪中、牛腿面等)具有空间直线结构物的放样及检测、放样及检测数据的记录、现场数据查询与调阅、内业数据的检查等功能［5，6］。

功能基本上覆盖了溪洛渡大坝放样和检测过程中计算比较复杂的部分，具有仪器测量与计算同步、测站观测、记录、计算于一体的特点;摈除了人为修改测量数据、记错、看错、听错数据的可能;内业检查100%且能做到外业记录数据与内业资料相互调入使用，可做到一步成放样和检测图，从而有效避免常规内业过程中人工输入数据，人工逐一计算校核等烦琐过程。从而使外业及内业工作工作一体化，工作强度大大降低、工作效率得到很大提高的优点，前方放样及检测过程的质量能得到有效控制和保证。

软件主界面采用条带式一级菜单进行各项功能模块的调用，按F3 下面的PROG 键，调用应用程序26 XLD ArcDam SO CHK V1.2，程序调用后，进入简单介绍界面，时间停留2 s后进入主功能菜单。

3.2 主界面功能子菜单介绍

进入主界面后(如图1 所示)，其功能子菜单代表意义如下:

图1 软件功能主界面

1 Station Job Mangage 测站作业管理

2 Measure Job Mangage 测量作业管理

3 Station Quick Set 测站快速设置

4 Arch Dam S－O And Chk 拱坝放样与检测

5 Cross S－O And Chk 横缝放样与检测

6 Coordinate Transform 坐标转换

7 Data View And Edit 数据查看及编辑

由于功能主菜单中的第1、2、3、7 项基本符合常规全站仪操作步骤，对此不做详细介绍，具体对4～6 项功能进行简要介绍。

4 Arch Dam S－O And Chk(拱坝放样与检测)分为4 个子功能菜单:

The Upper Setout:拱圈上游面放样，The Down Setout:拱圈下游面放样，The Upper Check:拱圈上游面检测，The Down Check:拱圈下游面检测，如图2 所示。

图2 拱坝放样与检测功能界面

可以实现测点坐标及高程的快速采集，并自动对模板砼面检测，求出放样点法向偏差值，“+”表示落在仓面外边，“－”表示落在仓面内边。

5 Cross S－O And Chk 可以实现横缝放样与检测，并自动对模板砼面检测，计算出至横缝线上法向偏差，“+”表示落在横缝左边，“－”表示落在横缝右边。

6 Coordinate Transform(坐标转换)，可按已知空间参考直线进行参考坐标系计算，适用于大坝廊道、底孔、中孔、牛腿等空间直线结构物的放样及检测，参考线起终点坐标定义如图3 所示，参数输入完后，按F1(CONT)键进入测量，参考线放样可以直接计算相对于参考线的x，y 坐标及高程较差。

图3 坐标转换参考线定义界面

3.3 内外业一体化绘制

为了掌握前方放样质量及过程情况，文件记录了测站的信息(如测站点名，仪器高、测站三维坐标、气象值等)及测量点的信息(如测量点的精度，棱镜高等)。为便于内业成图及样点图及模板资料的绘制，测量数据文件为南方测绘CASS 软件的坐标文件格式进行存储，可直接在CASS 中进行坐标代码展点，便于放样简图的绘制，而数据可直接在Excel 放样和检测表格中进行复制、粘贴调用，从而便于模板或放样图资料的绘制。

4 应用效果

(1)工作效率得成倍的提高。

以前采用常规全站仪配合编程型计算器放样，每次测量，测量员都需要将测量的三维坐标输入到计算器中进行偏差计算，然后指挥前站人员进行偏差移动，然后再次测量计算，直至偏差值满足规范值为止，再将仪器的测量坐标和计算器计算数据报给旁边的记录员进行手工记录。而采用该项技术，放样的整个测量、计算、记录全部由仪器来完成，其计算结果的显示时间和测量几乎同步。由于采用仪器记录，记录时间不到1 s。这样测量员可以彻底从看数据、反复输入计算器计算中解脱出来，工作效率的到大大的提高，工效是以前的4 倍以上。

(2)班组人员减少，产生了可观的经济效益。

按常规的测量放样，一个班组至少配置人员3 人，其中仪器观测员1 人，记录员1 人，前站司镜员1 人(不含配合人员)。在采用该项技术后，两人便可轻松完成所有工作，仪器站1 人只需照准和操作按键，其测站过程计算、记录工作全部由仪器自动完成。

(3)放样质量得到有效的保证。

由于减少了放样过程中数据的传递环节，摈弃了人工记录数据可能带来的人为修改数据，实现了外业数据采集与放样数据计算的一体化，消除了人为因素导致的错误，前方放样点和放样数据质量得到有效的保证。以前采用人工计算、记录的过程中，很容易出现的报错数据、听错数据、计算输错数据、记录记错数据的情况得到有效消除。放样过程中，由于仪器记录为实际放样点数据，这样前站采用量测法，记录采用加减数法的弊端得到有效控制，从而确保放样点的精度。

(4)内业校核工作量大大减轻，校核面100%。

由于数据文件记录了前方放样过程中的所有重要信息，如设站情况、测量放样中棱镜高、棱镜常数、放样的参数值、每个放样点的精度值等所有信息，从而便于内业人员对外业放样质量及过程进行全面了解和掌握。数据文件采用目前广泛使用的南方CASS 坐标格式，这样，既可以通过在CASS 软件展点位、点号来绘制1∶1 的放样简图，还可以通过展编码的方式来进行放样质量的检查，还可以将数据文件导入到Excel 中进行检查。由于采用机内程序计算，放样计算出错的可能性为零，内业检查时，只需检查放样参数的正确性及每个放样点精度是否在规定要求便可。从而消除以前需要从新输入计算器进行逐一检查的弊端，检查时间从以前的30 min缩短到目前的10 min，放样、检测成果表从以前的45 min缩短到目前的15 min，成果图表采用表格打印输出，美观整齐。

5 结 语

全站仪的二次开发既充分利用了全站仪自身软、硬件资源，又充分扩展了全站仪的功能，使其发展为功能全面、使用便捷的具有多功能化或专业化的数据采集和计算工具，以达到野外测量作业事半功倍、提高工作效率和放样质量、产生更好经济效益的目的，可作为全站仪功能升级的主要内容来考虑。

［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］杨柳．全站仪的二次开发［J］．测绘通报，2000(10):38～40．

［4］王世君．TCA2003 全站仪机载程序开发［J］．科技交流，2008(1)．

［5］梅文胜，张正禄，郭际明等．测量机器人变形监测系统软件研究［J］．武汉大学学报·信息科学版，2002，27(2):165～171．

［6］王悦勇，徐忠阳．基于GeoBasic 语言开发的软件在TM51OOA 电子经纬仪上的应用［J］．测绘技术装备，2002(2)．