便携编程计算机在煤矿测量中的应用

摘 要：本文以夏普PC-E500便携编程计算机和卡西欧图形编程计算器fx-9860G SD为例，阐述了应用便携编程计算机进行煤矿中腰线及断面正反算放样的方法和有关的部份程序。同时说明了卡西欧图形编程计算器fx-9860G SD的一些主要使用方法。

关键词：便携编程计算机；煤矿中腰线；断面正反算放样

中图分类号： X752 文献标识码： A

引言：随着现代测量技术的不断更新，测量仪器设备的自动化程度也越来越先进，便携编程计算机在测量领域的应用范围则显得越来越窄，但在煤矿的施工测量中因受矿山条件的限制，便携编程计算机的应用则显得尤为重要。煤矿测量的施工环境造就了对便携编程计算机的天然需求。最早引入我国并对测量便携编程计算产生深远影响的计算机是夏普PC-1500。在90年代初夏普公司推出了换代机型PC-E500。由于90年代初出产的主流全站仪都没有内存，需要借用外挂设备存储数据，PC-E500作为全站仪的外业手薄也为PC-E500找到了一个巨大的应用空间。

1.便携编程机的简介及功能

1.1便携编程机现状及特点

便携编程机因其携带方便，编程语言简单易学、性能可靠耐用、价格适中成为大多数测量技术人员的首选，而测量工作的复杂性与多样性，也造就了测量便携编程机计算鲜明的个性化特点。测量技术人员在野外工作中因施工放样、数据采集等工作特点的需要，经常要自己动手编写程序进行计算。

图1所示的fx-9860G SD是卡西欧公司于2006年10月引入中国市场的一款高端矩阵串列编程计算器，它有如下特点：

1) 绘函数坐标图功能。

2) 绘数表函数与统计图功能。

3) 能直接对矩阵进行连续的＋，－，×，转置，

行列式，赋值与求逆等运算，最多可以求250×250

阶非奇异方阵的逆阵。

4) 内置6 个串列文件，每个串列文件又内置

26 个串列，用户可用最大串列数达6×26=156 个。

5) 类BASIC结构化程序语言，易学易用，编

写的程序易于阅读。

6) 类似于Excel的电子表格功能。

7) 具有62.2KB主内存，1.5MB存储器内存，

可以插32MB～1GB的标准SD 卡作为外存储器。

8) 28 个字母寄存器与多种类型的答案寄存器。

9) 使用随机标配的SB-62 3Pin数据线连接两台计

算器的3Pin口，可在两台fx-9860G SD间进行数据通讯。

使用随机标配的USB口数据线连接fx-9860G SD

与PC机的USB口，使用数据通讯软件FA-124可在PC机

与计算器间进行数据通讯，可以在FA-124中编写程序并上传到fx-9860G SD主内存中，提

高了输入与编辑程序的效率。也可以将fx-9860G SD中的程序或数据下传到PC机中备份或打印。

11) 在PC机中直接释放SD卡中的打包数据文件。

1.2 便携编程机的主要功能

1) 串列功能

串列类似于BASIC语言的数组，具有比数组更强大的功能，其功能在BASIC语言中需要使用算法编程实现。编写各种测量计算程序时，可以将程序计算的已知数据和计算结果存储在串列中，待计算完成后，将所有数据文件复制到SD卡中或直接与全站仪连接上传，从而实现便携机计算的数字化。

2) 结构化类BASIC语言功能

便携编程机的结构化类BASIC语言编写的程序结构相对更加清晰。程序执行时无论是输入数据还是输出计算结果，其屏幕显示结果都更加简洁、明了。

3) 数据通讯功能

便携编程机数据通讯的数据类型包括程序、矩阵数据、串列数据、统计数据、电子表格数据、图表数据、26 个字母变量等。数据通讯可直接通过通讯口由数据线连接，也可以通过SD卡传输数据。

4) 基于串列的数字化编程计算原理与实现方法

便携编程机的计算程序可以看作为输入/输出处理器，在运行程序时，程序对输入的已知数据处理后输出计算结果。其数据输入输出方式的选择对程序的使用效率会产生很大的影响。比如在卡西欧fx-9860G SD运行某些程序时，可以通过串列静态来储存计算结果，再将当前串列文件的数据下传到FA-124中，最后将其输出为filen.CSV格式用逗号分隔文件，然后通过Excel软件从filen.CSV格式文件中读取数据，并整理输出为各种格式文件，从而实现便携机编程计算的数字化。

2.煤矿施工测量技术的历史及现状

2.1煤矿施工测量技术的历史

在煤矿施工中，测量工作的主要内容就是在规范允许的误差范围以内，将巷道的中线、腰线、断面按设计要求随施工进度在实地放样出来。煤矿施工测量的传统测量方法技术比较落后：其中线放样有串线法、转角法、弦线支距法等；腰线放样法主要为水准仪中平法、伪倾角法等；断面放样主要有半园法、支距法、五寸台法等。其放样精度比较差、计算繁琐。方法虽多，但各种方法都互不连贯，平、纵、横放样只能依次放样，工效很低，检测技术也较落后，每次断面检测都要找中、腰线。随着测量设备性能的提高以及全站仪的普及，便携编程计算机在煤矿施工测量中的优势逐渐凸显出来。

2.2煤矿施工测量技术的现状

在20世纪末全站仪开始逐渐普及，光、机、电一体化技术在测量仪器制造领域的深入发展，其制造成本也不断下降。最早实现三维坐标正反算放样测量技术的是瑞士徕卡公司。徕卡公司于2003年推出的TPS1100系列全站仪上内置了File Manager v2.0、Profiler Survey v2.0、Profiler Survey v2.0(3D)、Profiler Stakeout v2.0四个随机软件，File Manager v2.0用于录入平面和纵坡设计文件，Profiler Survey v2.0和Profiler Survey v2.0(3D)用于断面实测数据的采集Profiler Stakeout v2.0用于炮孔放样，结合PC机上使用的TPSPRO断面处理软件，能很方便地将设计参数编辑后上传到全站仪上或将全站仪上下传的断面实测数据进行处理并打印出美观的图表。

在我国的工程测量技术队伍中，早期很多测量技术人员在fx-4800P、fx-4850P、fx-5800P、fx-9750、fx-9860G SD上编出了三维坐标正反算放样程序，但缺点是只能按线元分段正、反算，通用性不强，每换一个项目都要重新编程。近几年国内有些软件公司和技术人员在PC机上开发出了三维坐标正反算放样程序，但都存在不能完全通用的现象。究其原因都在于工程设计千差万别，兼顾通用性的算法不易归纳出来。

这也说明了万能的测绘程序是不可能有的，工程测量技术人员最好能有熟练运用便携编程计算机解决各种技术难题的能力。

3.煤矿中腰线及断面正反算放样程序的算法及设计数据的处理

3.1算法分析

煤矿施工设计的三大要素是平面线型、纵坡、断面，只要这三大要素一确定，巷道内的任一点都有唯一的一个三维坐标与之对应。确定巷道内的任一点的要素就是里程桩号、左边距或右边距、相对于设计纵坡面的高差这三大要素。巷道内的任一点的三维坐标都可以根据平面线型、纵坡、断面计算出来并放样，这就是煤矿中腰线及断面正算放样。也可以根据巷道内的任一点的三维坐标反算出该点对应的里程桩号、左边距或右边距（中线）、相对于设计纵坡面的高差（腰线），并即时计算出该点相对于设计断面的超欠值，这就是煤矿中腰线及断面反算放样。使用免棱镜全站仪结合便携编程计算机，能够在巷道内无接触地测量任意点位的坐标高程反算放样或根据已知点位的坐标高程进行正算放样,放样速度比传统方法成倍地提高。

3.2设计数据的处理

巷道设计的三大要素平面线型、纵坡、断面在PC-E500S中用数组来处理，如以下实例：

104 RESTORE 310’指定READ读取DATA数值起始行数为第300行

105 READ PP’ 读取纵坡线元总数

106 DIM PBL(PP),PBH(PP),PBR(PP) ’申明纵坡线元数组变量

107 FOR N=1TO PP

108 READ PBL(N),PBH(N),PBR(N)

109 NEXT N ’偱环读取纵坡线元数组变量，直到纵坡线元参数读完

310 'PP K0+0-K5+0'起止桩号

311 DATA 9'纵坡线元总数

312 DATA 0,324.07,0'第1纵坡线元参数

313 DATA 75,324.205,5000'第2纵坡线元参数

314 DATA 700,311.08,5000'第3纵坡线元参数

315 DATA 1400,302.47,5000'第4纵坡线元参数

316 DATA 1827,301.189,5000'第5纵坡线元参数

317 DATA 2748,284.98,5000'第6纵坡线元参数

318 DATA 5000,284.982,50,5200,284.98,50,5300,284.982,0'第7、8、9纵坡线元参数

巷道设计的三大要素平面线型、纵坡、断面在fx-9860G SD中用串列来处理，如以下实例：

Filename:M1

2List 18[1] '平面线元总数

520List 1[1]

613.706List 2[1]

232°6′1″List 3[1]

451915.584List 4[1]

446884.242List 5[1]

500List 6[1]

500List 7[1]

1List 8[1] '第1平面线元参数

613.706List 1[2]

633.706List 2[2]

64°9′23″List 3[2]

451856.667List 4[2]

446787.262List 5[2]

500List 6[2]

0List 7[2]

-1List 8[2] '第2平面线元参数

Return

虽然设计参数的数据结构并不复杂，但要组织好并能很好地使用也需要一定的技巧。最好是将之以固定的格式储存在单独的子程序中，当要切换到另外的工程时，只需要另行编辑储存设计参数的子程序即可，主程序不必修改，这样也符合结构化编程的思想。

4.煤矿中腰线及断面正反算放样程序的主要功能

下面以PC-E500S上的部份程序为例略作说明：

100 IF N$"821026" THEN END ELSE RESTORE 300:I=2:GOSUB 3221'检测密码是否正确并判断是否继续运行程序。

对逐桩坐标的计算数据成果存储在串列中，一个串列最多999行，可以通过与PC机通讯后再将串列处理为各种数据。

5.结束语

运用便携编程计算机结合免棱镜全站仪进行煤矿中、腰线及断面放样具有很高的效率。便携编程计算机的编程语言BASIC语言很容易被测量技术人员掌握，测量计算需要的各种算法和数据结构都可以得到很好的处理，功能上完全能满足煤矿施工测量计算的需要，也可满足于其它交通隧道的施工放样。

参考文献：

[1]卡西欧FX-9860G说明书.

[2]夏普PC-E500S说明书.

[3]覃辉：fx-9860G基于串列的偏携编程数字化计算原理与方法.

作者简介：覃永兵(1972—)：男，四川达州人，工程测量工程师，主要从测绘工作。