全站儀自由設(shè)站法在大比例尺制圖中的應(yīng)用

唐金寶

摘要：全站儀數(shù)字測圖中難免遇到設(shè)站錯誤，暫無控制點坐標或后視困難等情況。對于后者可采用假定坐標進行施測。兩種情況下所采集的數(shù)據(jù)可采用坐標轉(zhuǎn)換的方法進行糾正，基于坐標轉(zhuǎn)換思想對外業(yè)操作的調(diào)整和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換可有效解決上述問題，可以加快工作效率，滿足數(shù)字化測圖要求。

關(guān)鍵詞：全站儀；自由設(shè)站法；測圖

全站儀在數(shù)字化測圖中有著廣泛的應(yīng)用，通常采用的方法是在一個控制點上安置儀器，并利用另外一控制點作為定向點，然后進行碎部測量。但在野外測量中常會遇到以下情況：控制點已經(jīng)埋設(shè)，但尚無控制點三維資料；控制點已選好但尚未埋設(shè)；兩控制點不通視；在城市地籍測量中，控制點不適宜架設(shè)儀器但可以放置棱鏡等。為了趕工期，避免人力浪費，就需要用全站儀的自由設(shè)站功能，打破傳統(tǒng)的“先整體后局部，先控制后碎部”思路，進行先碎部測量成圖，后改化到控制點，這樣就能大大提高工作效率。

1全站儀自由設(shè)站的外業(yè)操作方法

在開始測量時，儀器設(shè)置在第一點位，通過操作全站儀在一個易于到達的地方，需要在附近收集一系列測量數(shù)據(jù)，或運行全站儀選擇附近的兩個支導(dǎo)線點，并測量出它們的點位坐標。同時，全站儀的操作人員可以在任何時間在該領(lǐng)域選擇附近的支持點進行傳遞，本地架起全站儀以便于隨后采集數(shù)據(jù)。選擇的第二點同樣要確保其定位于正確的位置從而形成小區(qū)域通視，然后假設(shè)測量工位臺站的坐標、高度以及方向。另外，還需將全站儀設(shè)置在分支導(dǎo)線點中的第一個臺站位置，測量立于假定坐標處反射鏡的二維坐標和高度。這簡化了傳統(tǒng)的“先控制后局部”的映射模式，同時映射了部分觀測數(shù)據(jù)，認為地可以對這些初始數(shù)據(jù)和圖形加以編輯和處理，但應(yīng)該有一個臺站設(shè)置在控制點控制結(jié)果出來了變更后的控制點坐標的校正，從而使整個編輯圖形容易得到修正，這可以減少現(xiàn)場作業(yè)時間。

下面就以上幾種情況分別予以說明。

1.1 控制點已埋設(shè)但無控制點資料

這種情況應(yīng)在已埋設(shè)的控制點上設(shè)站，讓儀器大致對準北方向，水平角歸零（相當于方位角歸零，這樣方便作圖和改正），進入測坐標模式后，假設(shè)測站點A三維坐標，連測另一控制點B（也可在測量過程中再測量該點），就可進行碎部測量，為了檢查，還應(yīng)閉合到另一控制點C。

如果是在兩控制點在通視的情況下還可以在一個控制點上設(shè)站，假設(shè)測站點三維坐標，后視另一控制點，假設(shè)后視方位角，就可以進行碎部測量。也可以在設(shè)定測站坐標（X，Y，H）后，測出測站點到后視點的距離L和高差Δh，以實際方向為準，可假設(shè)后視點的坐標為（X+L，Y，H+Δh）或（X，Y+L，H+Δh），然后就可以碎部測量，但要注意至少還要連測一個控制點，以方便檢查圖形的方向是否正確。

1.2控制點點位已定但尚未埋設(shè)

這種情況可以在控制點旁另找一個固定的臨時點A做測站點，假設(shè)其三維坐標，大致對準北方向，水平角歸零，然后在地面或建筑物上找至少兩個固定位置的點B、C，測出其三維坐標，然后即可以進行碎部測量。在控制點坐標成果得出后，即可與A、B、C連測。

1.3控制點有坐標資料但不通視

這種情況可以在控制點上設(shè)站，輸入控制點坐標，儀器大致對準北方向，水平角歸零，就可以進行碎部測量，在測量過程中通過轉(zhuǎn)站與其它控制點連測。

1.4控制點都不適宜架設(shè)儀器但可以放置棱鏡

這種情況可以找一個適宜的地方找任一能與控制點通視的點設(shè)站，假設(shè)其坐標，儀器大致對準北方向，水平角歸零，然后即可進行碎部測量。在測量開始，若測站點與另一控制點通視，可直接連測；若不通視，可通過轉(zhuǎn)站在測量過程中連測。

對于以上幾種情況，若需要轉(zhuǎn)站，其后視點應(yīng)選原測站點或后視點，以方便連測及改算，但如果測區(qū)面積較大或測區(qū)狹長的情況，應(yīng)分片作業(yè)，以方便作圖及避免誤差累積。

2.內(nèi)業(yè)改算

2.1公式推導(dǎo)

設(shè)自定義的坐標系為X?O?Y?，統(tǒng)一坐標系為XOY，X?順時針旋轉(zhuǎn)θ角后與X平行，則某一點的自定義坐標（X?，Y?）轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一坐標（X，Y）的計算公式為：

X=X0+X?cosθ-Y?sinθ

Y=Y0+ X?sinθ+ Y?cosθ................ ............（1）

（1）式中X0，Y0為自定義坐標系的原點O?在統(tǒng)一坐標系中的坐標，θ，X0，Y0為轉(zhuǎn)換參數(shù)。

下面求轉(zhuǎn)換參數(shù)

設(shè)A，B為控制點，那么，通過坐標反算可以求出直線AB在兩個坐標系中的方位角α?AB，αAB，從而求出參數(shù)：

θ=αAB -α?AB................ ............（2）

將A點的兩套坐標值XA，YA，X?A，Y?A和（2）式結(jié)果代入（1）式就可以求出參數(shù)X0，Y0：

X0= XA - X?A cosθ+ YA?sinθ

Y0= YA -X?A sinθ- YA?cosθ

高程的計算公式：

H=H?+HA-H?A

2.2 計算過程

計算控制點A的假定值與真實值的三維坐標差值ΔX，ΔY，ΔH，作為改算的依據(jù)，將假定成果的坐標值分別減去ΔX，ΔY；將各點的假定高程分別減去ΔH。計算控制點A與控制點B的方位角假定值與真值的差值Δα作為旋轉(zhuǎn)的依據(jù)。

2.3圖形轉(zhuǎn)換

用辦公軟件Excel把各點的高程減去ΔH后把高程展到圖形中。以A?為原點旋轉(zhuǎn)-Δα，將控制點A?，B?的真實值輸入圖形中，將整個圖形選定，以A?為移動基點分別移動到A，即完成了平移與旋轉(zhuǎn)。然后用控制點B做檢查用。完成以上操作后即可進行繪圖的后續(xù)工作。

2.4數(shù)據(jù)檢核。

第二工位臺站校正和的高程改正站數(shù)據(jù)后，其垂直和水平坐標及標高和第一工位臺站的測量數(shù)據(jù)屬于相同的坐標系統(tǒng)。在這種情況下，修正后的坐標值和應(yīng)不超過相應(yīng)規(guī)模的映射規(guī)范要求。全站儀數(shù)字化測圖精度要比傳統(tǒng)的白色映射在映射過程中采取合理的措施，如果沒有什么大的錯誤，在數(shù)據(jù)采集過程中，上述過程高程差轉(zhuǎn)化，充分滿足大比例尺測圖的精度要求高得多。實踐證明，筆者在實際生產(chǎn)中，如果兩個測量點選擇的情況下錯誤發(fā)生的幾率是非常小的，一般的點位誤差可控制在3cm以內(nèi)，高程誤差幾乎等于0。

3 結(jié)束語

全站儀自由設(shè)站法解決了控制點不通視等諸多問題，其作業(yè)方式靈活多變，其精度完全能達到數(shù)字化測圖要求，是一種值得測量工作人員在大比例尺測圖中推廣使用的方法。

（作者單位：淮南礦業(yè)集團煤業(yè)分公司張集煤礦）