小議全站儀在工程測繪中的應(yīng)用

劉正鋒　楊書明

摘 要：隨著電子技術(shù)和計(jì)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。目前在工程測量經(jīng)常采用的儀器就是全站儀，筆者將結(jié)合多年施工經(jīng)驗(yàn)，對全站儀在工程測繪中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：全站儀；工程測繪；概況

1 全站儀的概況

全站儀（全站型電子速測儀）是指在一個測站上能同時(shí)完成角度和距離測量，并且立即可以計(jì)算、顯示出待定點(diǎn)的坐標(biāo)與高程的儀器。由于全站儀一次觀測即可自動獲得水平角、豎直角和傾斜距離三種基本觀測數(shù)據(jù)，而且機(jī)內(nèi)還具有較強(qiáng)的計(jì)算功能，測量時(shí)，儀器可以自動完成平距、高差、坐標(biāo)增量的計(jì)算并顯示在液晶屏上。配合電子記錄手簿，可以實(shí)現(xiàn)自動記錄、存儲、輸出測量成果，使測量工作大為簡化，因而為全野外數(shù)字化測圖的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。目前，全站儀已廣泛應(yīng)用公路施工測量。全站儀是由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3個模塊組成。一臺全站儀，可以迅速的完成一個測量站所能完成的所有工作，例如自動測量距離，角度，高差，高程坐標(biāo)以及放樣等等方面的數(shù)據(jù)。全站儀在公路施工測量中的優(yōu)點(diǎn)如下：

1、花費(fèi)時(shí)間短。相對于水準(zhǔn)儀，在三角高程的測量工作上，全站儀可以更快完成測量任務(wù)。因?yàn)槿緝x的一個測站距離可以從幾米到幾百米，跨度范圍非常大。而傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀在測量相同距離時(shí)則需要更多測站，可能全站儀測一站的距離，因而全站儀可以花費(fèi)更少時(shí)間來完成相同測量工作。同時(shí)全站儀在進(jìn)行測量時(shí)，可以使用中間觀測法進(jìn)行觀測，只需觀測一次就可以完成觀測任務(wù)，而傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀所使用的對向觀測法則需要兩次觀測，而這又無疑要耗費(fèi)觀測時(shí)間，而在測量任務(wù)量大時(shí)，全站儀和水準(zhǔn)儀之間的時(shí)間差距將更加明顯。

2、測量精度高。全站儀在進(jìn)行測量時(shí)，測量基準(zhǔn)即為兩點(diǎn)間實(shí)際距離，而水準(zhǔn)儀在進(jìn)行相同測量時(shí)，測量標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)際距離的1.5倍左右，這就使得水準(zhǔn)儀在進(jìn)行測量時(shí)，測量了沒有必要的測段，從而引入了更多誤差量，相比之下，由于全站儀測量距離即為所需距離，因而從一定程度上提高了測量精度。

2 工程測繪中全站儀的應(yīng)用

1、測量前的儀器設(shè)置

（1）大氣改正值和棱鏡常數(shù)的設(shè)置：在進(jìn)行距離測量時(shí)，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(jì)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)。

（2）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(diǎn)安置好儀器后，如果是測量控制點(diǎn)或放樣精度要求高的點(diǎn)，需要精確對中棱鏡。如果普通的地形碎步點(diǎn)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(diǎn)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(shí)針）和右角（順時(shí)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(shí)進(jìn)行切換。當(dāng)用于精度較高的要求時(shí)，可用測回法測。

4、坐標(biāo)測量

在輸入測站點(diǎn)和后視點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)上架好儀器后，通過觀測兩個或兩個以上的已知點(diǎn)，來求得測站點(diǎn)坐標(biāo)的方法。在需要測距時(shí)，至少需要觀測兩個已知點(diǎn)，不需要測距（只用測角）進(jìn)行后方交會時(shí)，則至少需要觀測三個已知點(diǎn)，一般觀測的已知點(diǎn)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(diǎn)放線工作，此外，在進(jìn)行點(diǎn)位三維坐標(biāo)的測定時(shí)，也可采用此觀測方法。在測量過程中，為確保待定點(diǎn)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(diǎn)方向時(shí)，為確保待定點(diǎn)方位角的精確度，要以該高等級控制點(diǎn)方向至待定點(diǎn)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(shí)，應(yīng)以聯(lián)測兩個高等級控制點(diǎn)方向作為檢核條件。

6、碎步點(diǎn)的測量

碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)測量是在測量控制點(diǎn)上設(shè)置測站，通過該點(diǎn)至另一測量控制點(diǎn)的方向傳遞，測量出待定點(diǎn)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(diǎn)，因此，碎部點(diǎn)的測量是十分必要的。對于碎部點(diǎn)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(diǎn)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(shí)，觀測測站至對向點(diǎn)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(shí)的檢測，以確定測量控制點(diǎn)的方向。此外，由于難以校核待定點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)，因此，在測量過程中，要時(shí)刻保持測站與鏡站的溝通，及時(shí)確認(rèn)棱鏡高度的變化情況，以確保待定點(diǎn)高程的準(zhǔn)確。

7、增補(bǔ)圖根點(diǎn)或測站點(diǎn)

在地形圖測繪或工程測量實(shí)踐中，如果等級測量控制點(diǎn)不足，就需要增補(bǔ)圖根點(diǎn)或測站點(diǎn)。對于全站儀極坐標(biāo)法加密圖根點(diǎn)或測站點(diǎn)，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(diǎn)或測站點(diǎn)的增補(bǔ)時(shí)，一般采用全站儀極坐標(biāo)法加密圖根點(diǎn)或測站點(diǎn)。該方法的優(yōu)點(diǎn)為布點(diǎn)靈活，限制條件少，內(nèi)業(yè)平差計(jì)算簡單，外業(yè)測量工作量小，點(diǎn)位精度有保障。極坐標(biāo)法就是在高等級測量控制點(diǎn)上設(shè)置測站，通過測量測站至待定點(diǎn)之間的邊長以及該邊長的方位角，進(jìn)而推算出該待定點(diǎn)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，計(jì)算出待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)。

3 結(jié)束語

綜上所述，電子全站儀因其相對傳統(tǒng)經(jīng)緯儀和測距儀獨(dú)有的集成智能化和便捷性，得到了廣泛的應(yīng)用。只要我們掌握了全站儀的基本結(jié)構(gòu)， 充分認(rèn)識和了解全站儀在使用、保管、轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的注意事項(xiàng)， 就會延長全站儀的使用壽命，并能使它的功效發(fā)揮到最大，從而更廣泛地應(yīng)用于測繪工作的各個領(lǐng)域。

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