1理論模型

1.1測量工件設計

在杭州灣新區跨十塘橫江橋大小拱塔的鋼結構節段的安裝過程中，要求對每個鋼結構節段的上口4個角點坐標進行測量，以檢查每個節段的安放位置是否符合設計的偏差要求，若與設計值偏差較大，則利用預先安裝在該鋼結構底部的油泵進行調整，直至上口4個角點的坐標測量值與設計坐標的偏差在所要求的限差范圍內為止。考慮到本工程的具體情況，特別制作了測量工件，實物如圖3所示。

1.2測量原理

將上述制件的測量工件安裝于拱塔鋼結構節段上口的4個角點（或3個角點，當在控制點上安置全站儀無法通視4個點時，只能測量3個角點）。由于磁鐵的作用，測量工件將會牢牢地固定在鋼結構節段的上口角點，并且兩塊磁鐵之間的相互垂直關系剛好保證了鋼結構節段的上口角的垂直關系，使得兩塊磁鐵與鋁板的接觸點正好與節段上口點重合。測量時，在測量控制點上安置好全站儀，瞄準棱鏡中心，測量各點的三維空間坐標，利用測量得到的測量工件的棱鏡中心點坐標，計算鋼結構節段上口點坐標。為了建立棱鏡中心點的測量坐標與鋼結構節段上口點坐標的轉換關系，需要再建立一個坐標系。以節段長和寬的中心點連線的交點為坐標原點o，過原點o與長邊平行為y軸，與y垂直平行于短邊為x軸，過o點與xoy平面垂直向上為z軸。那么，則得到了鋼結構節段的上口角點在工程坐標系下的坐標值，其與所提供的設計坐標值對比求偏差，進而指導鋼結構節段的調節。

2MATLAB程序實現

由于程序要求能夠實時讀入全站儀采集的測量數據，通過空間轉換求解角點坐標，并讀入設計坐標文件計算二者的差值。全站儀與計算機的通訊一般使用超級終端來協助完成，也有人嘗試用VB和CAD編制程序來完成通訊。具體到本文的情況，由于超級終端不能滿足系統實時通訊的要求，VB和CAD在矩陣計算方面又不具備優勢，所以利用MATLAB與硬件的接口設計進行了嘗試。MATLAB可以提供人機交互，方便強大的矩陣計算功能，較其他語言有簡潔、可讀性好的特點。本程序采用MATLAB語言進行編制，并使用GUI（圖形用戶接口）設計技術將安裝測量作業過程可視化，使其操作過程簡單明了，界面更加友好。MATLAB提供了與其他硬件之間的接口函數及方法，就如同VB中的基本類型庫一樣；使得外部設備和MATLAB之間可以直接方便地進行通信。基本的通信方式有并行通信接口和串行通信接口兩種。

2.1通訊實現

將全站儀的測量數據實時地讀入到計算機內存，先要解決全站儀與計算機的通訊問題。將全站儀規定的輸出指令通過計算機程序發送到儀器內，儀器返回指令結果并向計算機輸出數據。對于標準指令格式，程序中只關心其中的坐標輸出指令Ed，相應的數據格式隨指令給出。

2.2程序功能

程序主要功能，如圖6所示。圖中列出了本程序的主要菜單及下拉菜單名。文件下的“保存”選項，可以完成計算結果的保存為特定的文本文件；編輯功能主要實現設計數據的錄入，其中，“設計尺寸”主要錄入鋼結構節段的上口長寬設計值與特定的小棱鏡高值；“設計坐標”則讀入準備好的上口坐標設計值文件；“選擇點位”完成與全站儀通訊。計算部分主要完成坐標系轉換參數的計算。

3工程應用

利用MATLAB開發環境，將上述原理在MATLAB里編程實現。以杭州灣新區跨十塘橫江橋鋼結構XTZ1Y節段為例，用全站儀測量特制工件小棱鏡中心所得到的測量值，其中，角點表示節段上口點位（下同）。利用程序的“顯示”功能將計算出來的調節差值顯示于電腦屏幕上，以便直觀地對鋼結構節段進行相應的調節的數據有所把握。其中的差值結果，負數表示向相反的方向進行調節。

4結束語

由于MATLAB的矩陣計算功能強大，相應的矩陣操作簡單明了，因此，編寫計算坐標軟件的函數相對于其他程序語言要容易很多，所以編寫測量程序過程簡單，并且MATLAB的計算結果實用可靠。利用本文的測量方法在鋼結構橋梁中的節段安裝調節過程中，可以簡單快速地為節段的準確定位提供偏差數據，方便鋼結構節段的調節。

作者：姚文馳 姚連璧 單位：同濟大學測繪與地理信息學院