基于PDA全站仪桥梁检测系统研究.doc
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1、分类号 U412 单位代码 10618密 级 学 号 106250436硕 士 学 位 论 文论文题目: 基于PDA全站仪桥梁检测系统研究 Researches on Total Station Bridge Survey System Based on PDA 研究生姓名:刘国军导师姓名、职称: 冯 晓 教授 申请学位门类: 工 学 专 业 名 称: 道路与铁道工程论文答辩日期: 2009年04月 6 日学位授予单位: 重 庆 交 通 大 学答辩委员会主席:沈小俊 评阅人:沈小俊 刘山洪 2009年 04 月 重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下
2、,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学
3、位论文收录到中国学位论文全文数据库,并进行信息服务(包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等),同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布,并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名: 指导教师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日摘 要近几年,世界各地出现了多起桥梁事故,造成了重大的人员伤亡和经济损失,也给整个行业带来了很大的负面影响。同时,随着我国基础设施建设的大发展,新建高速公路和桥梁越来
4、越多,已建成的许多桥梁进入了养护维修阶段,专家认为桥梁使用超过25年以上就进入老化期,据资料统计,我国桥梁总数的40%已经属于此范畴,均属“老龄”桥梁1。而且随着时间的推移,其数量还在不断增长。因此,桥梁检测的任务也日益繁重。传统的桥梁检测内外业的分开,数据记录占用了大量时间,而且很多检测数据得不到实时准确的实地对照和校核,这就使得检测工作效率低下而且有时需要反复进行,不适应当前土木工程信息化、数字化和作业的程序化发展的趋势和要求。PDA作为一种新兴产品,经过十几年的发展,已经日益成熟,体积小,可靠性高,重量轻,耗电少,功能强大,操作简单,操作系统可视化程度好,符合人们使用Windows的习惯
5、,价格便宜,适合随身携带、供电时间长而且也能实现所测图形的实时显绘等优于笔记本电脑的优点,所以基于PDA的桥梁检测系统软件具有一定的市场前景,将大大提高检测工作的速度及准确性。本文在对多个桥梁检测项目进行实地调研和总结的基础上,针对控制测量、桥面线形检测、拱轴线检测、主缆线形检测进行各种调查,研究和开发了基于PDA的全站仪桥梁检测系统软件,系统具有良好的输入、输出、管理分析等功能。系统主要分为四大模块:控制测量和桥面线形检测模块、墩塔检测模块、主缆拱轴检测模块。使用该系统能够完成上述模块的桥梁检测工作,同时,使繁琐的海量数据输入效率大大提高。并能够对数据进行很多好的分类管理,可以对检测结果进行
6、比较校核,并且用图形直观的显示出来,对存在问题或和规范值有差距进行自动的系统报警予以提醒,以便及时处理,避免后续重复检测。该系统还能够实现PDA与测量仪器串口及蓝牙传输,对检测数据进行实时更新。实现了检测工作和后期内业工作紧密结合及良好的互动。因此,该系统不仅能很大程度满足检测单位的需要,大大提高工作效率,而且为桥梁检测及管理的自动化、智能化、一体化、实时化、可视化等奠定了基础。关键词:PDA;桥梁检测;桥面线形;拱轴线;主缆线形 ABSTRACTIn recent years, there are many bridge accident around the world which cau
7、sed not only serious casualties and economic losses but also a lot of negative effects to the whole bridges industry.At the same time, along with the large development of our countrys construction of infrastructure, new highway and bridge have been more and more and many bridges will enter the maint
8、enance phase.So experts consider that the bridge will reach the aging stage if it has been utilized more than 25 years. According to the relevant statistics, 40 percent of the total number of bridges already belong to this context, are aging bridge.Moreover, as time goes by, the number is increasing
9、. Therefore, the task of bridge detection is increasing. Some factors such as the separation of indoor and outdoor work in the traditional detection, a lot of time required for recording the related data and few testing data in real-time accurate field control and check make the detection inefficien
10、t and sometimes the detection need to be carried out repeatedly,not meet current engineering information ,digital and operate procedures development trend and requirements.As a kind of new products, after 10 years of development, PDA has been increasingly mature. PDA-based detection system software
11、for bridge has certain market prospect and will greatly enhance the speed and accuracy of detection because PDA has so many advantages compared with the notebook, for instance: small volume, light weight, high reliability, less consumption, powerful, simple operation, superior visualization, to corr
12、espond with the habit of people to use windows operating system, cheap price, Suitable to carry, the adequate supply of power and the real-time show of drawing graphics. In this paper, based on field investigation and the summary of many project about bridge detection and various kinds of investigat
13、ion for control surveying, detection of the line shape of bridge deck, arch axis and cable shape, PDA-based total station bridge detection system software ,which has feasible input and output, management analysis function, was exploited.The system can be mainly divided into four modules: module of c
14、ontrol surveying, module of detection of the line shape of bridge deck, module of detection of tower pier and module of detection of main cable arch axis. By using this system, we can accomplish bridge detection job of the above-mentioned module, at the same time, the efficiency of inputing mass tri
15、vial data was greatly enhanced. Moreover,it can furnish effective management of classification for testing date,make a comparison among test results for checking in the way of visual graphics,provide the automatic system alarm for the existing problems or the date which has unreasonable difference w
16、ith specification regulated data in order to handle the problem timely and avoid the subsequent repeated detection. Further, this system can realize the serial port and bluetooth transfer between PDA and surveying instrument , update the testing data and achieve compact combination and favourable in
17、teraction of testing work and indoor work. On the whole ,the system can not only meet the needs of units related and greatly enhance the efficiency of detection but also lay the foundation for the automation, intelligence, integration, real-time and visualization of bridge detection and management.K
18、EY WORDS: PDA;bridge detection;bridge deck line;arch axis;cable shape目 录第一章 绪论11.1 本研究课题的学术背景与实际意义11.2 基于PDA的桥梁检测系统研究现状21.3 本研究课题的来源31.4 本文主要研究内容31.5 本课题研究的技术路线41.6 论文的组织安排4第二章 系统的总体设计62.1 系统设计的需求分析62.1.1 设计目标62.1.2性能要求62.1.3 设计原则62.2 系统的总体功能结构设计72.2.1 功能分布72.2.2 数据管理方式与输入输出102.3 本章小结11第三章PDA及其操作系统1
19、23.1 PDA及其操作系统选择123.2 PDA简介123.3 PDA操作系统Windows CE133.3.1 Windows CE操作系统的主要特点143.3.2 基于Windows CE的应用程序开发与设计143.3.3 Windows CE环境下软件开发的注意问题153.4 基于PDA的系统开发工具153.5 本章小结17第四章 检测原理及算法分析184.1 控制测量184.1.1 闭合导线测量184.1.2 附和导线测量194.1.3 交会测量204.1.4 自由设站原理214.1.5 自由设站严密平差234.1.6 算例与讨论244.2 三角高程测量254.2.1作业方法264.
20、2.2误差分析及操作要求274.3 桥面线形检测314.4 墩塔检测324.5 主缆及拱轴线线形检测334.6 本章小结36第五章 系统其他关键功能的算法385.1 数据通讯385.1.1 异步通讯的基本构成385.1.2 全站仪、PDA的串口通信395.2 数据管理455.2.1 数据结构455.2.2 数据库类定义及函数的作用475.2.3 实现步骤485.3 图形显示功能的实现495.3.1 比例尺确定算法495.3.2 坐标映射495.3.3 矢量图居中显示算法515.3.4 图形放大、缩小算法515.3.5 图形平移515.3.6 全图显示525.4 本章小结52第六章 系统实现53
21、6.1 项目管理模块536.2 控制测量模块556.2.1 全站仪测量556.3 桥面线形检测模块576.3.1 数据采集576.3.2 图形绘制显示586.4 墩塔检测模块606.5 主缆和拱轴线检测模块616.5.1 数据采集616.5.2 图形绘制显示626.6 实例分析646.6.1 概述646.6.2 检测资料646.6.3 对比分析706.7 本章小结70第七章 结论与展望717.1 主要研究工作717.2 主要研究成果717.3 展望72致 谢74参考文献75在学期间发表的论著及取得的科研成果77 第一章 绪论 3第一章 绪论1.1 本研究课题的学术背景与实际意义随着科学技术的进
22、步,作为基础设施的桥梁工程,其建设规模越来越大,造价越来越高,并且大型桥梁在国民经济和社会生活中起着举足轻重的作用。由于气候、环境等自然因素的作用,以及日益增加的交通量及重车、超重车过桥数量的不断增加,桥梁结构使用功能的退化必然发生2。在我国经济迅速发展的形势下,对于交通运输能力的要求也在不断提高,不少桥梁的老化和功能退化已呈现加速的趋势,对己有的桥梁进行及时的检测和相应的养护,对于确保桥梁安全运营,延长桥梁的使用寿命是十分必要的。早期发现桥梁病害能大大节约维修费用,可以避免因关闭交通而引起的损失。1994年4月,韩国汉城发生了横跨汉江的圣水大桥中央断塌,其中掉入江中,造成死亡人,重伤人的重大
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