全站儀配合CASS 軟件在小范圍地形測量中的應(yīng)用

常永梅

(中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西 西安 710021)

0 引言

隨著測繪儀器和測繪技術(shù)的更新，普通的地形測量方法已經(jīng)被先進(jìn)的測量儀器RTK和強(qiáng)大的自動成圖測繪軟件所代替，對于大面積的地形測量，我們將采用專業(yè)的測繪軟件和專業(yè)的測繪儀器進(jìn)行測量和繪制地形圖。但在小范圍內(nèi)的地形測量中，我們基本還是采用傳統(tǒng)的測量方法，比如外業(yè)采用全站儀進(jìn)行現(xiàn)場取點(diǎn)，然后采用制圖軟件CAD等成圖軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，內(nèi)外業(yè)基本都是采用手工記錄和手工輸入來完成最終的圖形。由于CAD軟件的局限性，地形圖的處理還是存在很大缺陷，而且對于測量工作者來說工作量也相當(dāng)大。

最近我們通過采用徠卡TCRA1201全站儀配合南方成圖CASS軟件結(jié)合實(shí)踐，外業(yè)測量采用徠卡TCRA1201全站儀的跟蹤模式，內(nèi)業(yè)采用CASS軟件的成圖系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸采用儀器電腦串口鏈接方法，基本完成了內(nèi)外一體化的測量模式。外業(yè)不需要記錄數(shù)據(jù)，采用儀器自動記錄模式，內(nèi)業(yè)也取消了手工輸入坐標(biāo)模式，采用串口鏈接方式直接從儀器內(nèi)存中讀取全站儀中CASS軟件需要的數(shù)據(jù)格式。此方法操作簡單，外業(yè)測量速度相當(dāng)快，精度也高，基本免去了采用人工瞄準(zhǔn)測量點(diǎn)的步驟，采用儀器的自動跟蹤模式測量、記錄。在數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理上實(shí)現(xiàn)了自動化，外業(yè)無需任何記錄，內(nèi)業(yè)不需手動輸入，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化。南方CASS地形地籍成圖軟件是基于AutoCAD平臺技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的成圖軟件。在地形測量和成圖方面相對比較強(qiáng)大，廣泛應(yīng)用于地形成圖、地籍成圖、工程測量應(yīng)用等領(lǐng)域，對于面向徠卡全站GSI的接口上，打通數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GSI接口，使用骨架線編輯，簡碼用戶化、GSI無縫接口等技術(shù)，目前已經(jīng)成為測繪領(lǐng)域及其相關(guān)測繪作業(yè)的成圖主要系統(tǒng)。

下面我們以實(shí)際工程為例簡單介紹如何利用全站儀配合南方CASS軟件測繪一張地形圖。

1 工程概況

寧安鐵路六標(biāo)一分部施工DK226+330～DK227+800路基工程為全挖方段路基，本段路基挖方量共計(jì)90萬m3，考慮挖方量較大，路基現(xiàn)有征地范圍內(nèi)無法滿足全部棄土量，因此初步?jīng)Q定在DK226+400～DK226+700的線路左側(cè)50 m～250 m范圍內(nèi)重新征取棄土用地。此處地形為自然山體緩坡狀，呈山谷狀態(tài)，植被茂密，考慮到此處地形是否滿足所有路基挖方量的棄土，所以在土地征用前首先要測出該處地形，才能計(jì)算棄土方量。起初我們采用原始測量方法，由于該處地形復(fù)雜，高低相差30 m左右，所以采用全站儀普通測量方法測量橫斷面難度相當(dāng)大，而且精度也相對較低。經(jīng)過現(xiàn)場考察，最后采用自由設(shè)站進(jìn)行儀器外業(yè)數(shù)據(jù)自動采集，然后采用CASS軟件進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理，此方法的利用大大縮短了測量時(shí)間，尤其在測量員跑點(diǎn)上無需考慮線路左右里程的統(tǒng)一，方便靈活，測量精度也相對較高。

2 建立平面控制坐標(biāo)系

根據(jù)現(xiàn)場地形我們在該區(qū)域埋設(shè)4個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)，4個(gè)控制點(diǎn)位置基本呈正方形，高程都在48 m～50 m之間，此4個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)位置的選定，保證了全站儀假設(shè)該處地形任何一個(gè)范圍內(nèi)通過自由設(shè)站都能同時(shí)后視任意兩個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)。在臨時(shí)控制點(diǎn)三維坐標(biāo)測量方面我們采用全站儀固定點(diǎn)后視方法，對4個(gè)臨時(shí)控制點(diǎn)進(jìn)行平面高差測量，每次測量均采用正倒鏡測設(shè)，共測設(shè)3個(gè)測回后取平均值作為最終測量成果。

3 碎部測量

碎部外業(yè)測量首先架設(shè)全站儀在任意位置，設(shè)站處盡量設(shè)在視野開闊、地勢平坦處，這樣以減少儀器的頻繁設(shè)站，保證儀器的穩(wěn)定。儀器架設(shè)調(diào)試完畢后，進(jìn)行自由設(shè)站、定向，然后進(jìn)行碎部測量。碎部測量數(shù)據(jù)采集利用全站儀自帶內(nèi)存進(jìn)行存儲，為了避免區(qū)分地形測量的碎部點(diǎn)和全站儀內(nèi)部平時(shí)放樣點(diǎn)混淆，在碎部點(diǎn)測設(shè)之前全站儀內(nèi)需重新建立新文件夾。在地形采集數(shù)據(jù)時(shí)，我們采用6組～8組棱鏡進(jìn)行碎布跑點(diǎn)測量，采用多棱鏡進(jìn)行跑點(diǎn)測量:

1)可以減少跑點(diǎn)人員的活動量，尤其在地形變化較大地區(qū);

2)減少全站儀的自動搜索時(shí)間。

測量時(shí)不需按照擬定路線進(jìn)行移動，跑點(diǎn)人員只需把地形變化點(diǎn)數(shù)量采集足夠就可以，對于地形比較陡峭的地段，我們還可以采用儀器的紅外測距功能進(jìn)行測量，無須人員到達(dá)測設(shè)，保證了人員的測設(shè)安全。

為了保證圖形的準(zhǔn)確性，一般在地形線要多觀測特征點(diǎn)和足夠的密度，這樣生成的等高線才能真實(shí)反映實(shí)際地貌，地形變化不大地方，可以適當(dāng)降低點(diǎn)的采集密度。

4 數(shù)據(jù)傳輸

當(dāng)外業(yè)碎部測量數(shù)據(jù)采集完成后，須要把全站儀內(nèi)存中的作業(yè)數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，才能進(jìn)行地形圖的繪制，普通的全站儀傳輸數(shù)據(jù)方法有兩種:一種是用全站儀自帶的傳輸軟件;一種是用CASS軟件自身進(jìn)行傳輸。當(dāng)采用CASS軟件進(jìn)行下載時(shí)，首先打開CASS軟件，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)工具下拉菜單中的讀取全站儀數(shù)據(jù)命令，此時(shí)將出現(xiàn)全站儀內(nèi)存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換窗口，在窗口中選擇通訊口COM1，波特率選擇9600(徠卡儀器設(shè)置)效驗(yàn)選擇無效驗(yàn)，數(shù)據(jù)位選擇8位，停止位選擇1位，在通訊臨時(shí)文件中選擇全站儀作業(yè)文件格式為GSI格式，在CASS坐標(biāo)文件中選擇要生成的DAT文件格式(見圖1)，然后點(diǎn)擊確定。此時(shí)儀器將把儀器作業(yè)文件導(dǎo)入電腦為.dat格式文件的內(nèi)容，第一列為點(diǎn)號，然后為東坐標(biāo)(Y)、北坐標(biāo)(X)、高程。如果現(xiàn)場測量點(diǎn)號編碼有錯(cuò)誤時(shí)可以打開DAT文件進(jìn)行修改。

圖1 DAT文件內(nèi)測量數(shù)據(jù)格式

5 數(shù)據(jù)處理

內(nèi)業(yè)處理采用CASS軟件進(jìn)行自動處理，無需手動輸入坐標(biāo)。首先進(jìn)入CASS主界面，單擊等高線工具菜單下的建立DTM命令，將會出現(xiàn)一個(gè)對話窗，在建立TDM方式的命令下選擇有數(shù)據(jù)文件生成模式，然后將選擇有全站儀導(dǎo)出的地形測量.dat作業(yè)文件，在結(jié)果顯示區(qū)域選擇顯示三角網(wǎng)命令，這樣可以修改控制點(diǎn)的位置，此時(shí)在現(xiàn)實(shí)圖形的區(qū)域可以看到有測量點(diǎn)生成的三角網(wǎng)圖形命令，此時(shí)命令區(qū)會提示，讀點(diǎn)完成。共讀入536個(gè)點(diǎn)。然后點(diǎn)擊等高線下的繪制等高線命令，在命令中輸入要使用的比例尺精度，然后點(diǎn)擊確認(rèn)命令，此時(shí)出現(xiàn)繪制等高線值的對話框，上面將顯示最小高程和最大高程，根據(jù)最大和最小高程可以進(jìn)行平整場地的標(biāo)高。在等高距中設(shè)置等高距的范圍，在擬合方式中選擇3次B樣條擬合方式，這樣可以保證等高線的平滑性，然后點(diǎn)擊確定，此時(shí)在已經(jīng)生成的三角網(wǎng)中同時(shí)生成所測地形的等高線圖形(見圖2)。然后點(diǎn)擊主菜單繪圖處理下的展野外測點(diǎn)點(diǎn)號，同樣選擇地形測量.dat文件，這樣可在屏幕上展出野外測點(diǎn)。在點(diǎn)擊“繪圖處理”—“展高程點(diǎn)”選取“地形測量DAT”直接回車，高程點(diǎn)全部展出來。如果圖形中等高線的高程注記密度不能滿足要求時(shí)可以使用等高線工具下的等高線注記命令進(jìn)行局部加密注記，注記方法主要采用沿直線坡度注記和沿直線示坡線注記兩種方法。

圖2 由DAT格式文件直接生成的三角網(wǎng)和等高線圖像

6 場地平整及計(jì)算

接下來我們將進(jìn)行棄土場平整數(shù)據(jù)計(jì)算，大家知道場地平整目的就是使全場土方量按照設(shè)計(jì)標(biāo)高達(dá)到填挖平衡。如果采用普通的斷面測量是很難進(jìn)行此項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算的，而且計(jì)算數(shù)據(jù)精度較低，但采用CASS中的土方量計(jì)算進(jìn)行場地平整計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)它的計(jì)算時(shí)間和精度是相當(dāng)快而高的。首先我們在延續(xù)上面圖像的情況下，在地形圖選擇一段區(qū)域作為進(jìn)行土方量計(jì)算的區(qū)段，再點(diǎn)擊工程應(yīng)用/DTM法土方量計(jì)算/根據(jù)坐標(biāo)文件。在選擇區(qū)域計(jì)算時(shí)，一定要形成閉合圖形。在現(xiàn)實(shí)TMD對話框時(shí)輸入場地平整的設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后點(diǎn)擊確定，根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容將生成計(jì)算面積和方量，見圖3。

圖3 由DAT文件計(jì)算出的土石方量

如果需要對地形地物進(jìn)行必要的注記，即加注一些文字說明并添加圖框，“繪圖處理”菜單下“任意圖幅”，根據(jù)所測圖的大小輸入縱向、橫向尺寸，在圖名欄里輸入必要的信息，點(diǎn)擊確定，這樣一幅完整的地形圖上就完成了局部平整場地的土方量計(jì)算模式，大范圍的場地平整同樣可以采用上述操作方式來完成。

7 結(jié)語

通過以上步驟，以棄土場實(shí)際工程為例，完成了一幅地形圖從外業(yè)測量到內(nèi)業(yè)成圖計(jì)算的全過程，具體的很多細(xì)節(jié)部分需在成圖過程中親自體會，才能更好的掌握CASS軟件背后更強(qiáng)大的功能。通過對此方法的現(xiàn)場利用，大大節(jié)省了測量時(shí)間，尤其在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理上更為快速準(zhǔn)確，也相應(yīng)的為項(xiàng)目部成本節(jié)約部分測量費(fèi)用。