电力工程DNA数字水准测量平差处理程序开发与应用

2012-06-28刘安涛任立华毛玉丽

电力勘测设计 2012年6期

刘安涛，任立华，毛玉丽，高峰

(河北省电力勘测设计研究院，河北石家庄 050000)

水准测量是工程建设中必不可少的一项工作，在电力工程设计和施工中，主要应用于电厂的厂区控制、变电站的站址控制、电厂方格网的布设和检测、灰场大坝的变形观测等。随着微电子技术工艺水平的提高，DNA数字水准仪经不断地改进,其观测精度有了很大的提高，已经达到一、二等水准测量的精度要求。目前电子水准仪定位在中精度和高精度水准测量等级范围内，其中中精度标准差范围为：1.0-1.5 mm/km，高精度标准差范围为：0.3-0.4 mm/km[2]。DNA电子水准仪具有测量速度快、精度高、劳动强度低、测量数据便于计算机操作、易于实现水准测量内外业一体化等特点。在实际生产过程中，数字水准仪已逐步取代了传统的光学仪器，越来越广泛地应用于电力建设等各项测绘生产作业中。

1 数字水准测量工作原理

数字水准仪是在自动安平水准仪的基础上，在望远镜光路中增加了分光镜和探测器(CCD)，并采用条码标尺和数字图像处理系统而构成的光机电测量一体化的产品。数字水准仪测量系统工作基本原理是条形码标尺上的条码图案经过光反射，一部分光束直接成像在望远镜分划板上，供目视观测；另一部分光束通过分光镜被转折到线阵CCD传感器的像平面上，经光电转换、整形后再经过模数转换，输出数字信号被送到微处理器进行处理和存储，并将其与仪器内存的标准码按一定方式进行比较，即可得到高差读数。它的出现，在很大程度上降低了作业人员的工作强度，可以更客观、更快捷的显示测量结果。

2 系统设计思路

软件设计思路以实现水准测量内外业一体化为宗旨，以最大限度降低劳动强度、提高生产效率为目标，以操作简单化、运行智能化、限差控制自动化为条件，使用目前主流开发语言Visual Basic.6.0，构建水准平差序的运行界面、输入、输出窗口并根据观测数据和已知数据的输入形式和数据结构，按照水准平差的平差模型编写相应的代码，形成平差模型计算模块(module)。

结合工程测量规范与火力发电厂工程测量技术规程，经详细的讨论和分析，数字水准测量平差处理程序由六个功能模块组成即采集原始水准测量数据、数据预处理、水准路线平差、精度评价、提取高程成果以及链接平差易2005接口模块。系统功能框架图见图1。

图1 系统功能框架图

2.1 采集原始水准测量数据

外业观测采用相应精度的DNA水准仪，按照相应等级的规范要求，进行外业高差观测。

外业原始成果应包括：各测段的高差观测值，以m为单位；各测段的路线长度，以m为单位。

基于数字水准仪输出的原始数据为excel格式文件以及最终高程成果的提取，该系统应能够传输 excel、dat、 txt 等格式的数据文件。原始数据为excel格式见表1。

表1 原始数据格式

2.2 数据预处理

利用visual basic和 vba开发水准测量预处理模块。该模块为水准测量平差的中间文件，主要计算各控制点间的距离与高差信息，为后续平差处理提供数据，为工作人员查看控制点间信息提供依据，同时也是水准测量检查工作的重要依据。

2.3 水准测量平差

水准测量的所有数据信息确认无误以后，就可以进行平差计算。本系统平差计算的步骤及方法如下：

① 根据本系统提取控制点间的高差与距离信息，依次查找往(返)测段各控制点、各控制点间路线长度及高差信息，计算水准路线的高差闭合差及允许闭合差，并将其保存在平差后的数据文件内。

②根据本系统提取控制点间的高差与距离信息，计算各控制点的高差改正数。

③根据水准测量已知的高程点，依次推算各控制点的高程。

2.4 水准测量精度评定

针对本系统的适用范围，依据《火力发电厂工程测量技术规程》、《工程测量规范》及国家标准GB/T 12897-2006国家一、二等水准测量规范，系统将现行国家水准规范规定的二等、三等、四等水准测量限差置入程序中，供使用者随时浏览查阅。

水准测量的主要技术要求如表2(单位mm)。

表2 水准限差

2.5 提取高程成果

水准测量平差成果输出的项目包括以下几项内容：

表3 成果输出格式

① 已知点信息：已知水准点名称、高程；

② 高差观测值信息：起点名称、终点名称、点间距离、高差；

③ 精度信息：每公里观测高差中数的偶然中误差；

④ 高程平差数据：各水准点名称、高程平差值。

平差成果按照一定的格式排列，输出的方式可以为txt文件、dat文件或csv文件。平差成果输出格式见表3。

2.6 与平差易软件连接接口

该方案鉴于原始数据与平差易链接的不便性，综合考虑了原始数据与平差易的数据特点，编写代码把原始数据转换成平差易输入文件。

3 平差处理系统设计

3.1 系统环境

硬件环境：Windows 95、98及以上版本；软件开发环境：Visual Basic 6.0中文企业版。

3.2 系统介绍

该系统包括七个主要菜单，即文件、数据处理、水准路线平差、允许闭合差查看、允许偶然中误差查看以及提取水准点高程及视图。水准测量平差处理程序界面见图2。

4 结语

应用可视化语言进行程序设计和开发，使编程工作更直观、快捷、实用；并且程序各窗口的构建设计简单，各算法的实现可编写独立的module。本文中的水准平差处理程序输入形式简单，程序运行稳定功能相对完善，通过对实例的验证计算可靠，能在电力勘测、工程测绘等实际应用中提高内业处理效率，缩短工程工期；同时便于推广，具有较高的使用价值。