試論工程測繪中全站儀的應(yīng)用

周偉強(qiáng)+梁越飛

摘 要： 目前電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備在工程測繪施工中已經(jīng)得到了普及，因通視與操作條件的制約，導(dǎo)致常規(guī)測量方式具有較大作業(yè)強(qiáng)度，且降低了工作效率。為此，施工單位必須結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況，選用科學(xué)有效的測繪方式，才能確保測量數(shù)據(jù)的真實性與準(zhǔn)確性。本文在充分了解全站儀基本原理的基礎(chǔ)上，對全站儀在工程測繪中的應(yīng)用進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞： 全站儀；工程測繪

隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展及其在測繪領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，集電子測角、電子測距、數(shù)據(jù)采集與存儲的全站儀已經(jīng)取代了常規(guī)的光學(xué)經(jīng)緯儀和s3光學(xué)水準(zhǔn)儀。各測繪儀器廠商生產(chǎn)出各種型號的全站儀，出現(xiàn)了大內(nèi)存、多功能、防水型、防爆型、電腦型等，全站儀正朝著功能全、效率高、全自動、易操作、體積小、重量輕的方向發(fā)展，使野外測繪作業(yè)的勞動強(qiáng)度逐漸地減輕，工作效率得到不斷提高，測繪技術(shù)水平也相應(yīng)地得到了提升，從根本上更新了測量的觀念和理論。傳統(tǒng)的測量方式正逐步被不斷涌現(xiàn)的新儀器、新技術(shù)、新方法所取代。目前在建筑工程測量經(jīng)常采用的儀器就是全站儀，筆者將結(jié)合工程實例來講述全站儀在建筑工程的測量中的運用。

一、全站儀的基本原理

全站儀即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。全站儀的望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、分光棱鏡、目鏡和聚光棱鏡等部分組成，屬于角度測量和距離測量的光學(xué)部分。由物鏡和分光棱鏡組成測距儀光路，由紅外發(fā)光管發(fā)出的紅外江通過閘門的轉(zhuǎn)換經(jīng)過內(nèi)光路和外光路到達(dá)接收的二極管，以完成距離測量。

全站儀的電子部分主要由兩部分組成，其中一部分是測角部分包括光柵度盤或者編碼度盤、光電測角儀器、放大儀器、計數(shù)器、顯示器、邏輯電路等。另一部分是距離測量部分，主要由發(fā)光二極管、接收管、電子電路組成。這兩部分之間用串行的通訊連接而成，從而完成電子測量儀的所有功能。全站儀的特點為全站儀的自動化程度較高，只要一次的反射棱鏡照準(zhǔn)，就能夠測量出水平角、斜距和垂直角，并能自動計算出目標(biāo)點的坐標(biāo)和高程，同時還可進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的記錄和計算。全站儀還可通過其主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，來實現(xiàn)全站儀與計算機(jī)及其它外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)連接，從而形成測量數(shù)據(jù)的收集、處理、計算和自動繪圖等一個完整的自動化體系；全站儀的功能強(qiáng)大，通過全站儀的微機(jī)處理系統(tǒng)來控制全站儀的測量與計算，可以實現(xiàn)氣象改正、導(dǎo)線測量、前后方交會、碎部測量又及施工放樣等功能；全站儀的精度高，儀器的內(nèi)部設(shè)置雙軸補(bǔ)償器，能夠?qū)崿F(xiàn)自動測量儀器的豎軸和水平軸的傾斜誤差，并能對角度測量值進(jìn)行改正。

二、工程測繪中全站儀的應(yīng)用

1、測量前的儀器設(shè)置

大氣改正值和棱鏡常數(shù)的設(shè)置：在進(jìn)行距離測量時，必須對儀器進(jìn)行大氣改正值和棱鏡常數(shù)的設(shè)置。大氣改正值可根據(jù)測定的溫度、氣壓值輸入儀器來自動完成改正數(shù)的計算和設(shè)置，也可以從大氣改正圖中查得相應(yīng)的改正數(shù)PPm值后直接輸入儀器進(jìn)行改正設(shè)置。另外，還應(yīng)根據(jù)不同的棱鏡，預(yù)先設(shè)置相應(yīng)的棱鏡常數(shù)。

參數(shù)和條件模式的選擇設(shè)置：關(guān)于這方面的設(shè)置，主要包括測量單位的選擇，最小讀數(shù)的顯示，傾斜、補(bǔ)償改正的設(shè)置，對比度調(diào)節(jié)以及照明開關(guān)等等，主要根據(jù)測量工作的精度要求以及用戶的操作習(xí)慣進(jìn)行測量模式的選取設(shè)置。

2、距離測量

在測站點安置好儀器后，如果是測量控制點或放樣精度要求高的點，需要精確對中棱鏡。如果普通的地形碎步點可以降低要求。

3、角度測量

角度測量可以用于水平角和豎直角的測量，在測站點安置好儀器，分別照準(zhǔn)目標(biāo)A、B后，自動測出水平角和豎直角。水平角提供了左角（逆時針）和右角（順時針）的切換以及方向歸零、任意角度輸入的置盤鎖定設(shè)置；豎直角的測量提供了垂直角和坡度百分比兩種模式，可根據(jù)測量需要隨時進(jìn)行切換。當(dāng)用于精度較高的要求時，可用測回法測。

4、坐標(biāo)測量

在輸入測站點和后視點的坐標(biāo)并完成后視定向，然后進(jìn)入坐標(biāo)測量程序，照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡后，直接測出目標(biāo)點的坐標(biāo)，也可利用后方交會法（最小二乘法），就是在未知測站點上架好儀器后，通過觀測兩個或兩個以上的已知點，來求得測站點坐標(biāo)的方法。在需要測距時，至少需要觀測兩個已知點，不需要測距（只用測角）進(jìn)行后方交會時，則至少需要觀測三個已知點，一般觀測的已知點越多，測量精度就會越高。

5、多余觀測

測量過程中，為增加檢核條件，以避免錯誤，減小誤差，提高觀測精度，需要進(jìn)行多余觀測，多余觀測主要包括以下兩個方面：

（1）邊長和高差觀測。該方法可用于工程測量中的放點放線工作，此外，在進(jìn)行點位三維坐標(biāo)的測定時，也可采用此觀測方法。在測量過程中，為確保待定點邊長和高差的精確度，應(yīng)對棱鏡高進(jìn)行一次變動，之后再分別觀測棱鏡高變動前后的斜距、垂直角和棱鏡高，并以此作為檢核條件。

（2）水平角觀測。如果只能聯(lián)測一個高等級控制點方向時，為確保待定點方位角的精確度，要以該高等級控制點方向至待定點方向的左、右角作為檢核條件。此外，如果條件允許，在進(jìn)行水平角觀測時，應(yīng)以聯(lián)測兩個高等級控制點方向作為檢核條件。

6、碎步點的測量

碎部點的三維坐標(biāo)測量是在測量控制點上設(shè)置測站，通過該點至另一測量控制點的方向傳遞，測量出待定點的三維坐標(biāo)。在工程測量中，由于地形圖或某些工程有各自的特點，因此，碎部點的測量是十分必要的。對于碎部點的測量主要是通過全站儀與電腦的通訊，將全站儀內(nèi)存中的測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X，應(yīng)用特定的專業(yè)軟件對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，形成各種測繪成果成圖資料。這種三維坐標(biāo)的測量方法看似簡單，但應(yīng)注意以下兩個方面。

首先，要將儀器準(zhǔn)確的擺放在測站上，為確保起始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，應(yīng)對其它任意一個已知測量控制點的坐標(biāo)和高程進(jìn)行檢測，也可以在進(jìn)行儀器的測站和后視方向設(shè)置時，觀測測站至對向點的距離和高差，并以此作為檢核條件。

其次，在測量過程中，為確保全站儀的穩(wěn)定性，要進(jìn)行不定時的檢測，以確定測量控制點的方向。此外，由于難以校核待定點的測量數(shù)據(jù)，因此，在測量過程中，要時刻保持測站與鏡站的溝通，及時確認(rèn)棱鏡高度的變化情況，以確保待定點高程的準(zhǔn)確。

7、增補(bǔ)圖根點或測站點

在地形圖測繪或工程測量實踐中，如果等級測量控制點不足，就需要增補(bǔ)圖根點或測站點。對于全站儀極坐標(biāo)法加密圖根點或測站點，各專門測量規(guī)范均作了不同程度的作業(yè)規(guī)范及要求，從發(fā)展級別、邊長規(guī)限到觀測方法都有所明確。

在進(jìn)行圖根點或測站點的增補(bǔ)時，一般采用全站儀極坐標(biāo)法加密圖根點或測站點。該方法的優(yōu)點是：布點靈活，限制條件少，內(nèi)業(yè)平差計算簡單，外業(yè)測量工作量小，點位精度有保障。極坐標(biāo)法就是在高等級測量控制點上設(shè)置測站，通過測量測站至待定點之間的邊長以及該邊長的方位角，進(jìn)而推算出該待定點三維坐標(biāo)的一種測量方法。該方法的主要測量元素就是角度測量和邊長測量，根據(jù)觀測的水平角、垂直角、斜距、儀器高和棱鏡高，解算出待定點的三維坐標(biāo)（X、Y、H）。

三、結(jié)束語

綜上所述，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了工程測量技術(shù)的進(jìn)步，市場經(jīng)濟(jì)體系的不斷完善，實現(xiàn)了全站儀設(shè)備及其編程計算器的廣泛普及，為了全面提高工程施工質(zhì)量的提升，可選取全站儀進(jìn)行工程測繪作業(yè)，以此確保施工環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運行，有效降低技術(shù)人員的工作難度，提高測量精度及縮短施工工期。

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