基于TM50测量机器人的三角高程测量内外业智能化实现与应用

基于TM50测量机器人的三角高程测量内外业

智能化实现与应用

达乾龙杨洪姚周祥

（四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川成都610041）

[摘要]为实现三角高程测量内外业智能化，本文基于徕卡TM50测量机器人的三维变形监测软件和所开发的数据预处理软件，对实现智能化系统的软硬件结构组成进行了探讨和研究。探讨了基于测量机器人的三角高程外业数据采集自动化的实现方式，然后利用采集所得数据结构特点针对性地研发了三角高程数据预处理软件，预处理成果结合科傻平差软件得到控制网高程成果。最后结合工程实例，与传统测量技术进行了比较分析，结果表明，该智能化系统能够实现外业的自动采集和内业的自动处理，对于三角高程测量技术的提高具有一定的推动作用。

[关键词]测量机器人；三角高程；自动测量；智能化

[中图分类号]P258[文献标识码]B[文章编号]1674-5019（2019）02-0076-05

The Implementation and Application on Intellectualization of Indoor and Field Work of Trigonometric Leveling Based on TM50

Measurement Robot

DA Qian-long YANG Hong YAO Zhou-xiang

1引言

目前高程测量方法主要有水准测量、三角高程测量和GPS测量三种，在实际生产中使用最广泛是前两种。而三角高程测量相较于水准测量具有明显优势[1]，具有作业效率高、劳动强度小、操作简单、受地形限制小特点，特别是在山区优势尤为明显，所以一般在公路工程高程测量中三角高程测量是最常用的方法。同时随着仪器装备的不断升级和提高，测量机器人在公路工程中也开始广泛使用。

在传统三角高程外业测量中，对于测量数据的记录常采用的方式是手工记录于仪器内存或者记录纸上，这种方式存在明显缺点：效率低、操作繁琐、易出错、需要人工检查各项精度指标；在内业处理中，还需对外业数据手工进行预处理，操作繁琐，部分错误难以完全检查和剔除。

所以传统三角高程测量方法亟待提高，对于这些缺陷，本文基于徕卡TM50测量机器人对三角高程外业数据自动采集的具体实现方式作了详细探讨，并对采集的数据针对性地研发了三角高程内业预处理和数据检查软件，最后以具体工程实例为背景，说明了该方法的可行性和实用性。2实现三角高程内外业智能化的系统组成与处理流程

2.1系统组成

总的来说，三角高程内外业智能化实现系统可分为外业数据采集部分和内业数据处理部分，且内业处理依托于外业数据采集。

其中外业数据采集部分需要的硬件包括：测量机器人、温度计、气压计、计算器、卷尺、数据传输线/传输SD卡、2套棱镜和1个脚架，软件是数据采集系统；内业数据处理部分需要的硬件是计算机，软件是本文研制的数据预处理软件和武汉大学的科傻平差程序。

该系统需要达到两个目标：提高外业数据采集效率和数据质量，外业数据采集减少人工干预，取消手工记录和人工数据检查；提高内业数据处理效率和降低内业人员劳动强度，内业处理不再录入观测数据，做到快速处理、质量有效检查、成果标准输出。

2.2处理流程

为实现外业测量自动化、内业处理简单化，需保证各流程环节有效衔接，三角高程内外业智能化处理流程如图1所示。

图1三角高程内外业智能化处理流程

值得注意的是，整个流程应当具有普遍性和通用性，比如不同高程测量等级可通过更改测回数和限差实现转换、常规站点架设仪器和中间法架站测量并存、基础数据标准化、模块化管理等。

3智能化实现

3.1基于测量机器人的三角高程外业采集自动化

测量机器人是一种能够进行目标自动搜索、识别、跟踪和精确照准并获得角度、距离和三维坐标等信息的自动化智能型电子全站仪[2]。测量机器人在高铁、地铁和精密变形监测等方面应用非常普遍，可解决传统三角高程测量强度大、手工记录效率低、数据检查易出错等问题。

实现外业采集自动化，需要仪器具备以下几个功能：自动照准、自动测量、自动记录、自动检查限差、自动重测超限方向。徕卡为方便用户按照自己的想法控制全站仪测量，提供了测量机器人的二次开发平台GOECOM[3~5]，在该平台下结合编程语言可开发自动采集程序。本文采用的全站仪是TM50，它是全新一代精密测量机器人，测角精度0.5″，测距精度为0.6mm+1ppm，采用压电陶瓷驱动技术，精度高、速度快[6]。采用TM50内置采集软件“三维变形监测”即可实现上述功能，快捷方便采集到合格的外业数据。

采用TM50测量机器人“三维变形监测”功能进行三角高程外业自动化采集流程如下：

（1）测站设置。设置项目名称、测站点名和仪高，设置天顶距和斜距相关的各项限差、测回数；

（2）学习测量。仪器精确整平对中后，对前视点和后视点进行学习测量，告知仪器前后视点所在方位，以备后续自动观测使用；

（3）自动测量。根据测站设置参数和学习测量的目标点信息进行自动观测、自动记录、自动限差检查等工作。

3.2内业数据预处理自动化程序实现

TM50测量机器人观测的数据文件以测站名构成单独文件夹，内部具体由如下六项文件组成：Soacf、TPT、TXT、TZT、obs、lep。其中Soacf文件是测站信息概述，TPT文件是水平方向观测数据，TXT文件是斜距观测数据，TZT文件是天顶距观测数据，obs 文件是徕卡格式的水平方向、斜距和天顶距综合观测数据，lep文件是气象记录数据。

数据最全面的obs文件是加密文件，我们无法用该文件获取各项观测数据，所以只能通过TPT、TXT、TZT这三个文件来构成测站的全部信息。这三个文件内部信息零散且格式不统一，若采用手动整理的方式工作量较大，并且存在成果整理复杂、数据检查繁琐等问题。为实现观测的数据的标准整合、观测成果质量检查和成果报表输出功能，研发了内业数据预处理软件，该软件是基于C#语言在Visual Studio2008平台上进行编译的，主要包含五个功能模块：项目管理、参数设置、文件转换、文件输出和质量检查，各功能模块的关系如图2所示。

其中参数设置模块用来设置处理的周期、设置往返测高差限差和球气差改正参数，这些均根据具体测量时段数和测量等级设置；文件转换模块是以测站为单元将测站分项信息TPT、TZT和TXT转换成一个综合文件SUC，如图3所示，一个SUC文件以测站为单位包含对应测站到目标点的水平方向、天顶距和斜距，同时还包括仪高和目标高；文件输出模块可输出转换后的观测文件SUC、高程网平差文件IN1和平面网平差文件IN2；质量检查模块可对对向三角高程数据的质量进行检查，包括往返测高差较差和往返测平距较差，检查结果如图4所示。

软件主界面如图5所示。