全站儀大比例尺數(shù)字化地形測(cè)量精度研究

王 曉

(1.呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 孝義 032300； 2.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000)

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全站儀大比例尺數(shù)字化地形測(cè)量精度研究

王 曉1，2

(1.呂梁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 孝義 032300； 2.河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000)

以呂梁市煤炭工業(yè)學(xué)校校內(nèi)地形測(cè)量為例，通過全站儀與CASS7.0成圖軟件的綜合應(yīng)用，闡釋了數(shù)字化地形測(cè)圖的主要原理及步驟，包括測(cè)區(qū)概況、圖根控制測(cè)量、碎步采集和CASS7.0成圖，最后提出了提高數(shù)字化測(cè)圖精度的有效措施。

數(shù)字化地形測(cè)量，全站儀，精度，圖根控制點(diǎn)

0 引言

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及測(cè)量?jī)x器的迅速發(fā)展，測(cè)繪行業(yè)已經(jīng)迎來了一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。數(shù)字化地形測(cè)量走向普及，并且悄無聲息的替代了傳統(tǒng)的大平板儀地形測(cè)量，成為地形測(cè)量中的主流。數(shù)字化測(cè)圖即野外數(shù)字測(cè)圖技術(shù)，是以全站儀外業(yè)采集數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)輔助內(nèi)業(yè)制圖相結(jié)合，形成一套全程數(shù)字化的大比例尺地形測(cè)圖方法。其基本原理是利用全站儀進(jìn)行外業(yè)采集地形、地物要素的三維坐標(biāo)及描述其性質(zhì)與相互關(guān)系的信息，然后將數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)，借助計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)處理，繪制、修改完成地形圖。數(shù)字化測(cè)圖的應(yīng)用大大地提高了大比例尺地形測(cè)量作業(yè)的效率和精度。

1 全站儀數(shù)字化測(cè)圖過程

1.1 收集資料

測(cè)區(qū)為呂梁市煤炭工業(yè)學(xué)校校園內(nèi)部，有已知點(diǎn)TA和TB，TA在校門口，TB在校門內(nèi)，兩點(diǎn)通視。坐標(biāo)如表1所示。

表1 測(cè)區(qū)坐標(biāo)表 m

1.2 圖根平面控制測(cè)量

圖根平面控制測(cè)量是為了建立圖根平面控制點(diǎn)而進(jìn)行的，它是地形測(cè)圖的依據(jù)，其測(cè)量工作主要有踏勘選點(diǎn)和埋石、測(cè)角、量邊和平面坐標(biāo)計(jì)算。

1.2.1 踏勘選點(diǎn)和埋石

根據(jù)收集到的已知點(diǎn)的資料和校園內(nèi)部的地形情況，在實(shí)地選控制點(diǎn)，并用釘子和油漆標(biāo)記并編號(hào)控制點(diǎn)。在呂梁市煤炭工業(yè)學(xué)校校園內(nèi)部一般布設(shè)5個(gè)～10個(gè)圖根控制點(diǎn)為宜。選擇圖根控制點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意的問題:1)圖根點(diǎn)應(yīng)分布均勻，各個(gè)組應(yīng)兼顧，避免重復(fù)或出現(xiàn)漏洞；2)控制點(diǎn)要通視，便于安置儀器和觀測(cè)的地方；3)選擇的圖根點(diǎn)對(duì)測(cè)圖要發(fā)揮最大作用，控制盡量多的碎部；4)實(shí)地進(jìn)行選點(diǎn)，點(diǎn)位應(yīng)選擇在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、便于保存、易于尋找的地方。埋設(shè)鋼釘，并編號(hào)；5)各邊邊長(zhǎng)盡可能相等，避免長(zhǎng)、短邊突然出現(xiàn)，其邊長(zhǎng)應(yīng)符合規(guī)范要求。根據(jù)所收集的資料和測(cè)區(qū)的地形情況，應(yīng)將控制網(wǎng)布設(shè)為閉合導(dǎo)線。

1.2.2 水平角和距離測(cè)量

圖根導(dǎo)線測(cè)量時(shí)，測(cè)水平角通常觀測(cè)導(dǎo)線前進(jìn)方向同一側(cè)的左轉(zhuǎn)折角。閉合導(dǎo)線應(yīng)按逆時(shí)針編號(hào)，觀測(cè)角度為左角，即閉合導(dǎo)線的內(nèi)角。圖根點(diǎn)水平角觀測(cè)使用全站儀按測(cè)回法觀測(cè)兩測(cè)回，各項(xiàng)限差為：半測(cè)回觀測(cè)誤差為±40″，各測(cè)回較差為±35′。每站觀測(cè)完成之后，應(yīng)檢查觀測(cè)記錄，成果誤差在限差允許范圍內(nèi)方可遷站，否則必須重新測(cè)角。

在一個(gè)測(cè)站上，距離測(cè)量時(shí)全站儀盤左盤右測(cè)量距離，取其平均值。

1.2.3 導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計(jì)算

外業(yè)測(cè)量完成后，首先全面檢查外業(yè)記錄手簿有無記錯(cuò)、算錯(cuò)、超限或漏測(cè)等現(xiàn)象，確認(rèn)外業(yè)數(shù)據(jù)全面合格后，方可進(jìn)行導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先繪制導(dǎo)線略圖，把起算數(shù)據(jù)和外業(yè)手薄中的觀測(cè)角、邊長(zhǎng)抄到略圖相應(yīng)的位置上，同時(shí)把數(shù)據(jù)抄入導(dǎo)線計(jì)算表格中，然后按數(shù)據(jù)計(jì)算角度閉合差、推算各邊的坐標(biāo)方位角、坐標(biāo)增量、坐標(biāo)增量閉合差，最后計(jì)算出各導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

1.3 圖根高程測(cè)量

圖根高程控制網(wǎng)的布設(shè)形式，決定于平面控制網(wǎng)的布設(shè)形式。它是在國(guó)家等級(jí)高程點(diǎn)的基礎(chǔ)上用等外水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)量進(jìn)行加密。平坦地區(qū)采用等外水準(zhǔn)測(cè)量，組成閉合、附合或往返觀測(cè)的支水準(zhǔn)路線。丘陵地區(qū)、山區(qū)可采用三角高程測(cè)量。1.3.1 等外水準(zhǔn)外業(yè)測(cè)量

本次測(cè)量使用等外雙儀器高法水準(zhǔn)測(cè)量，水準(zhǔn)路線采用平面控制網(wǎng)的形式，高程點(diǎn)間采用偶數(shù)站。外業(yè)觀測(cè)采用DS3水準(zhǔn)儀，塔尺進(jìn)行。測(cè)站觀測(cè)程序?yàn)椋汉蟆啊啊?。每站觀測(cè)完成之后，應(yīng)進(jìn)行測(cè)站檢核，在限差允許范圍內(nèi)方可遷站，否則必須重新測(cè)角。觀測(cè)限差如表2所示。

表2 觀測(cè)限差表

1.3.2 圖根點(diǎn)高程內(nèi)業(yè)計(jì)算

外業(yè)測(cè)量完成后，首先要檢查外業(yè)觀測(cè)手簿，計(jì)算各測(cè)段點(diǎn)間高差，經(jīng)檢查無誤后，方可進(jìn)行內(nèi)業(yè)計(jì)算。計(jì)算時(shí)，先繪制水準(zhǔn)路線略圖，把起算數(shù)據(jù)和外業(yè)計(jì)算的測(cè)段點(diǎn)間高差和距離抄到略圖相應(yīng)的位置上，同時(shí)把數(shù)據(jù)抄入水準(zhǔn)路線成果計(jì)算表格中，然后按數(shù)據(jù)計(jì)算高差閉合差、高差改正數(shù)、改正后的高差，最后計(jì)算高程，得出各點(diǎn)的高程，將計(jì)算結(jié)果整理到表格中。

1.4 碎部測(cè)量

1.4.1 碎部測(cè)量一般要求

大比例尺地形圖測(cè)圖應(yīng)表示出居民地、獨(dú)立場(chǎng)、管線及垣柵、道路、水系、地貌、植被等地形要素，及各種名稱注記等等。地物應(yīng)按實(shí)際輪廓大小依比例尺測(cè)繪在圖上，另加必要的說明注記。不能按實(shí)際輪廓大小依比例尺描繪的地物，則以非比例符號(hào)表示。地貌用等高線和特殊地貌符號(hào)及高程注記來表示。地形圖應(yīng)內(nèi)容齊全，主次分明，清晰易讀，地物、地貌的形狀相似，位置正確，取舍恰當(dāng)，符號(hào)運(yùn)用統(tǒng)一正確，各種說明和文字注記真實(shí)和齊全，并著重顯示與煤礦生產(chǎn)有關(guān)的地物、地貌特征。

1.4.2 全站儀碎部采集的步驟

1)定向。將全站儀置于測(cè)站上，對(duì)中整平后全站儀照準(zhǔn)一個(gè)已知點(diǎn)作為起始方向。 2)采集碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)。在全站儀上設(shè)置采集文件，采集數(shù)據(jù)，并畫相應(yīng)點(diǎn)的草圖。按步驟采集所有碎部點(diǎn)，完成外業(yè)采集工作。

1.5 CASS7.0成圖

南方CASS7.0是南方測(cè)繪儀器公司在AutoCAD 2006上開發(fā)的新一代數(shù)字化地形地籍成圖軟件。廣泛應(yīng)用于地形成圖、地籍成圖、工程測(cè)量應(yīng)用、空間數(shù)據(jù)建庫(kù)等領(lǐng)域，全面面向GIS，徹底打通數(shù)字化成圖系統(tǒng)與GIS接口，使用骨架線實(shí)時(shí)編輯、簡(jiǎn)碼用戶化、GIS無縫接口等先進(jìn)技術(shù)。自CASS軟件推出以來，已經(jīng)成長(zhǎng)成為用戶量最大、升級(jí)最快、服務(wù)最好的主流成圖系統(tǒng)。

將采集的數(shù)據(jù)用數(shù)據(jù)線傳輸?shù)紺ASS7.0中，根據(jù)野外作業(yè)時(shí)所繪的草圖，使用CASS的繪圖命令繪制1∶500的呂梁煤校地形圖。

2 全站儀大比例尺數(shù)字化地形測(cè)量提高精度的措施

數(shù)字化測(cè)圖過程工作比較復(fù)雜而繁瑣，實(shí)施過程中稍有不慎都可能給測(cè)量結(jié)果帶來一定的影響，甚至使結(jié)果造成錯(cuò)誤。為了提高測(cè)量的精度，在全站儀數(shù)字化測(cè)圖中需要采取以下措施：

1)控制誤差。要確保最終的成圖效果，對(duì)誤差要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，對(duì)于可以避免的誤差應(yīng)給予減少或避免。首先在觀測(cè)前測(cè)量人員必須進(jìn)行儀器的檢修和校正工作，盡量減少儀器設(shè)備本身對(duì)測(cè)量精度的影響。其次，測(cè)量人員必須具備較強(qiáng)的責(zé)任心，精確瞄準(zhǔn)、正確觀測(cè)、準(zhǔn)確計(jì)算。最后，盡量減少環(huán)境的影響，必要時(shí)采取一些有效措施，如，給儀器遮陽(yáng)，選擇合適的時(shí)間等。2)提高控制測(cè)量的精度。控制測(cè)量是地形測(cè)量的依據(jù)，在進(jìn)行控制測(cè)量中，首先選點(diǎn)一定要按要求進(jìn)行，確保控制網(wǎng)的合理性。其次，在測(cè)量角度和邊長(zhǎng)時(shí)，要按限差要求保證每個(gè)測(cè)站的數(shù)據(jù)正確，方可搬站。最后，內(nèi)業(yè)計(jì)算中，在誤差允許的范圍內(nèi)對(duì)誤差進(jìn)行平差。3)數(shù)據(jù)采集要完整。在控制點(diǎn)上設(shè)站，用全站儀數(shù)據(jù)采集，對(duì)測(cè)區(qū)的各類地物、地貌進(jìn)行詳細(xì)測(cè)繪，保證地形、地貌等要有足夠的特征點(diǎn)。在數(shù)據(jù)采集定向時(shí)，要保證已知后視點(diǎn)坐標(biāo)與所測(cè)該點(diǎn)坐標(biāo)的限差在5 cm內(nèi)。對(duì)于某些碎部點(diǎn)在測(cè)站點(diǎn)處無法觀測(cè)時(shí)需要增設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)，即一個(gè)能夠與原測(cè)站點(diǎn)相互通視且在轉(zhuǎn)點(diǎn)處能夠觀測(cè)剩余多數(shù)地物特征點(diǎn)的未知點(diǎn)。先在原測(cè)站點(diǎn)測(cè)出轉(zhuǎn)點(diǎn)坐標(biāo)，然后儀器搬站，重新進(jìn)行測(cè)站定位，若超出誤差范圍，則返工重測(cè)。4)CASS成圖要嚴(yán)格。CASS繪圖時(shí)，先將野外測(cè)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)在CASS繪圖軟件屏幕中展出來，然后根據(jù)野外作業(yè)時(shí)繪制的草圖，繪制地形圖。在繪圖過程中應(yīng)按測(cè)區(qū)創(chuàng)建新的工作目錄，繪圖時(shí)應(yīng)增加存盤次數(shù)，防止數(shù)據(jù)丟失；在執(zhí)行命令時(shí)，要注意命令區(qū)的提示，當(dāng)一個(gè)命令沒執(zhí)行完時(shí)，不要執(zhí)行另一個(gè)命令；在生成等高線時(shí)，需要人工補(bǔ)點(diǎn)或修改。在改變圖形比例尺時(shí)，有些符號(hào)不夠標(biāo)準(zhǔn)，無法按比例放大或縮小，如注記、控制點(diǎn)、填充符號(hào)等，只有重新生成。

3 結(jié)語(yǔ)

基于全站儀大比例尺地形測(cè)圖技術(shù)得到了很快的發(fā)展并已達(dá)到成熟，在實(shí)際工作中，它能夠?qū)崿F(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，減少測(cè)量人員外業(yè)觀測(cè)的工作量，提高了工作效率和測(cè)量精度。這種模式以自身的優(yōu)越性，將成為地形測(cè)量中的重要方式。

[1]李戰(zhàn)宏.礦山測(cè)量技術(shù).北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[2]林君強(qiáng).基于全站儀數(shù)字化測(cè)圖中的誤差分析.福建信息技術(shù)教育，2006(1)：2-4.

[3]吳東亮，尚穎娟，谷達(dá)華，等.RTK系統(tǒng)、全站儀及CASS軟件在地形測(cè)繪中的應(yīng)用探討.測(cè)繪科學(xué)，2009(2)：194-196.

[4]常永梅.全站儀配合CASS軟件在小范圍地形測(cè)量中的應(yīng)用.山西建筑，2013，39(5)：203-205.

Research on total station digital terrain measurement precision with large scale

Wang Xiao1,2

(1.LvliangCareerTechnicalCollege,Xiaoyi032300,China; 2.HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China)

Taking the school topographic survey in Lvliang Coal Industry School as an example, through the comprehensive application of total station and CASS7.0 mapping software, elaborated the main principles and steps of digital topographic mapping, including measuring area situation, mapping control survey, scattered collection and CASS7.0 mapping, finally put forward the effective measures to improve the accuracy of digital mapping.

digital terrain measurement, total station, precision, mapping control point

1009-6825(2015)01-0205-02

2014-10-29

王 曉(1986- )，女，助理講師，在讀碩士

P217

A