基于PDA的测量机器人自动化多测回测角软件设计与实现

武汉大学测绘学院 胡 波

徕卡测量系统贸易(北京)有限公司 叶 威

精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室 朱勇超 童 魁

一、引 言

随着测绘技术的进步及测量机器人的出现，高精度测量机器人广泛应用于控制网观测与变形监测工作中。多测回测角软件是建立高等级三角网、导线(网)及大型构筑物和建筑物形变监测网时的主要观测手段。这些观测具有观测目标多、测回数多、精度要求高等特点，人工观测费时费力，作业效率难以提高，因此基于测量机器人开发多测回测角程序可以提供高效、便捷的自动化测量，大大提高工作效率，降低劳动强度，同时可以满足内、外业数据一体化、规范化的作业要求。基于测量机器人的程序开发主要有PDA程序设计和机载程序设计两种模式。但是机载程序通用性差，为了适应多种测量机器人的应用需求，笔者以徕卡TS30/TM30系列全站仪为基础，在 Microsoft Visual Studio.NET2008和.NET Compact Framework平台上利用C#语言在PDA上实现了自动化多测回测角软件。PDA与全站仪通过蓝牙或数据线进行通信，控制仪器进行自动化测量。

二、系统开发平台搭建

PDA使用的操作系统是 Windows Mobile 5.0，开发平台是 Microsoft Visual Studio.NET 2008和.NET Compact Framework，开发语言为C#。基于PDA的多测回测角软件与测量机器人之间的通信是通过.NET Compact Framework提供的通用类 Serial Port中串口通信的API函数来实现的。在开发过程中，调用ClassGeGeoCom.dll类库，利用GeoCOM 指令来控制仪器进行自动测量、转盘、倒镜等工作。

三、系统设计及实现

为了保证高质量、高效、便捷地完成测量任务，且测量成果满足国家测量规范，系统必须具有良好的性能。系统设计主要分为需求分析、功能设计、数据结构设计、系统设计的关键技术，其总体框架如图1所示。

图1 系统框架图

1.需求分析

首先要求利用该系统能够进行高等级的控制网及高精度的变形监测网测量;其次要求数据采集程序能够实时对数据进行解算和记录，控制数据质量;最后从系统开发的角度考虑，该系统必须具有良好的用户接口，能够方便地进行移植，当用户进行不当操作时，该系统能够进行错误处理，给予提示或警告，且不影响系统正常运行。

2.功能设计及实现

1)系统主界面。Leica TS30/TM 30手持数据采集终端如图2所示。

2)项目。包含新建项目、打开项目、删除项目等功能。

3)配置。包括串口设置和限差设置两个部分。串口设置参数有仪器类型、波特率、数据位、停止位、检校位;限差设置参数有水平角读数互差、归零差、2C互差、测回互差，竖直角读数互差、指标差、测回互差，距离读数互差、测回互差。串口设置如图3所示，限差设置如图4所示。

图2 系统主界面

图3 串口设置

图4 限差设置

4)测量。包括学习测量和自动测量两个单元。学习测量是初始测量，首先设置测站信息，包括测站名称、测站高、测回数、度盘置零;然后对目标点按照顺时针方向依次观测，每个目标点测量一次，完成所有目标点测量后，保存测站信息和目标点信息到数据库，如图5所示。学习测量完成后开始自动测量，自动测量模块会按照设定的测回数对目标点观测，在观测的同时对测量数据进行质量检核，如果数据检核未通过，程序会自动对超限测回或超限测点进行修测，以保证数据质量，如图6所示。

图5 学习测量

图6 自动测量

5)数据。该功能实现的是数据查看、数据格式转换、数据导出。为了实现观测和数据处理自动化，笔者设计了数据格式转换模块，通过该模块可以将原始观测值数据转换成多种数据后处理软件的数据格式。本系统主要是将数据格式转换为科傻(COSA)和 GNPS软件格式，科傻(COSA)和GNPS软件都能对数据进行平差处理，对多期观测数据进行变形监测分析。

6)帮助。主要包括多测回测角软件的帮助文档、软件注册和软件研制相关的信息。

3.数据结构设计

本系统采用SQlite数据库进行数据的存储与释放。项目数据管理包括对项目信息的存储与修改，在本系统中主要分为项目列表文件和项目数据库文件两部分。项目列表文件存储所有项目的基本信息，以便对项目进行打开、删除等操作;项目数据库文件设有4个数据库内表，分别是串口设置、限差设置、学习测量和自动测量数据表，通过对数据库内表的操作来实现数据的提取与存储，稳定高效。

四、系统应用

实现了多测回测角系统后，为了验证该软件系统的实用性，笔者对软件进行了实际应用，运用徕卡TS30全站仪，在已有试验平台上进行了变形监测的观测试验。笔者选定在强制对中桩3A处安置仪器，设为测站A，离测站A约300～500 m距离范围的滑坡体上安置了6个圆棱镜作为监测目标，进行了为期1 d共20个周期的观测，每期观测8个测回。从试验结果来看，徕卡TS30自动目标识别情况良好，测量精度较高。笔者用GNPS软件对数据进行了平差解算和变形分析，以第一周期测量数据作为基准进行分析，得出了各个监测点的变形情况，其中监测点1后19个周期变形量如图7所示。

图7 监测点1变形曲线

五、结束语

运用多测回测角软件进行三角网测量、导线测量及变形监测能够大大提高作业效率，降低劳动强度。多测回测角软件具有高质量、高效、全自动、准确、实时性强、操作简单等特点，特别适用于小区域多目标点的长期监测和三角网、导线网控制测量。运用该软件可以实现自动无人值守的形变监测和网观测与数据处理自动化。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)