全站仪使用假定坐标在断面测量中的应用

　　摘要：通过全站仪断面测量的探讨，使用建立独立坐标系的方法，大幅提高外业测量效率，并实现全数字化作业。

　　关键字：全站仪;坐标变换;断面测量;数据处理;

　　0 前言

　　在水利测量中，除了控制测量和地形测量外，断面测量也是相当重要的测量工作。断面测量包括纵断面测量和横断面测量，断面测量主要工作就是采集和处理坎、坡等自然自然的地物、地貌数据，用来反映地面剖面的特征。在水利工程中一般用来计算土方量、流量等。在断面测量中主要使用的仪器有水准仪、全站仪、GPS-RTK等。各种仪器在断面测量中各有优劣，考虑到在实际工程中的测量成本，为了提高工作效率并在不同的测量环境中发挥测量仪器的最大效用，使用合适的测量技术方法很有必要。本文主要阐述假定坐标系结合全站仪在河道断面测量中的应用。

　　1 传统河道横断面测量

　　在传统的断面测量中，首先根据设计要求从起点量测距离定下断面桩，测得断面桩的三维坐标用于确定该断面的位置，然后在断面桩附近架设全站仪，肉眼观测垂直河道的断面方向，开始断面测量，并记录平距和高差，根据记录输入成软件对应的格式最终生成断面。

　　该方法缺点：

　　1) 需要现场定断面桩，花费一定的人力和时间。

　　2) 定断面方向时候仅凭肉眼观察，当河道较宽的时候很难和图上布置的断面一致，从而导致成图精度差。

　　3) 测量断面时受断面线上通视条件影响较大。

　　2 全站仪结合假定坐标进行断面测量的可行性分析

　　综合传统断面测量的缺点，在测量中我们加以改进，在合适的测量环境中，使用全站仪结合坐标转换的方法，建立断面独立的坐标系，从而提高测量效率。

　　2.1 建立断面独立坐标系

　　如图1所示的河道地形图图中可以看到垂直于河道中心线布置了7条平行断面。以河道中心线为横轴，断面桩号增大方向为正方向，断面线为纵轴，0+000断面线与河道中心线交点A为坐标原点建立独立坐标系。

　　2.2 解算真假坐标系的转换参数

　　在图1中假定断面0+300与河道中心线交点B为(300,0)，那么由假定坐标系中A(0,0)和B(300,0)与地形图中读取的真坐标A(18708.865，10115.578)、B(18939.916，10306.929)可以算出两个坐标系的转换参数：平移、旋转和缩放。

　　2.3 求解已知控制点的假定坐标

　　利用转换参数，计算出控制点的假定坐标。

　　2.4 现场作业

　　选择测区通视条件较好能兼顾所有断面的控制点，架设好全站仪并将其假定坐标输入到全站仪中，就可以开始进行断面测量了。全站仪中显示的坐标就是断面独立坐标，可以很清楚的标示该测点与断面线距离和河道中心线的距离。不需要再用专门的人来矫正断面方向，全站仪观测人员能轻松的指挥跑尺员测量断面。

　　2.5 内业处理

　　所采集的数据为三维坐标，从仪器里传出数据后，通过软件(例如南方CASS等)可以通过坐标转换功能将全站仪测得的假定坐标转回到真坐标，将其展到地形图上，通过对应的软件生成断面。这些断面上测得的点具有三维信息也可以作为碎部点使用。

　　3 工程实例

　　如图1为上海市某河道综合整治工程，需要对原有地形图进行修测，间距50米加测断面。测量范围为S1桥与S2桥之间，河道中心线两侧各50米。

　　根据设计的断面线建立独立坐标系，如图1以A为原点AB为横轴，断面线为纵轴建立独立坐标系。在图上读取A、B的真坐标，计算真假坐标的转换参数。

　　完成前期控制测量后，开始进入修图和测量断面的工作。根据现场的测量环境比较，S1点的通视条件较好能兼顾整个测区，选择S1架设全站仪，S2为后视点。根据转换参数将S1、S2转换后的假坐标输入到全站仪中，就可以进行测量了。

　　如图1中跑尺员到了C点测得坐标(-30、180)，全站仪观测员通知跑尺员向远离测站方向移动20米到0+200断面。当跑尺员到了D(-70、230)点后，观测员通知跑尺员已经超过测量范围20米，并向远离测站方向移动20米到0+250断面。

　　本次陆地上测量投入人员5人，其中1人观测全站仪，另外4人分成2组各2人分别负责南岸和北岸，北岸2人分别从S1和S2出发往中间集中，南岸类似。

　　这样测量外业总共投入1台全站仪、4把塔尺棱镜就可以完成陆地上断面测量。

　　4 假定坐标断面测量的优劣及适用性分析

　　从上例可以看到，使用假定坐标较传统方法有如下优势

　　1) 做完控制测量后可根据设计断面直接开始断面测量，不需要现场定桩。架站次数少，能兼顾大部分断面即可。有的测区甚至一站就可以完成全部断面。

　　2) 测量断面时不需要记录员和另外的人矫正断面方向，测站上的观测人员可以实时的通知跑尺员移动方向和距离，这点在大范围海堤外滩涂或者芦苇丛中跑尺员无参照物确定方向时中极为有用，能保证跑尺员准确的测在断面线上。

　　3) 测量断面的同时也可以用同一全站仪进行地形测量，断面测量采集断面特征点的三维坐标，与地形测量的碎部点一样，每个点都可以展到地形图上，相同的数据格式方便内业处理，也便于断面检查。

　　4) 仪器利用率高，只需要添加塔尺和棱镜就可以多人跑尺。

　　当然，这种方法也有其局限性

　　1) 如果测区是弯弯曲曲，断面线不平行，那么需要使用很多套假定坐标，超过一定程度后反而显得繁琐，那么这种方法就不合适了。

　　2) 如果测区通视条件不好，无法找到一个能兼顾大部分断面的架站点的话，需要经常搬站，这个方法也不合适。

　　综合以上优劣可以看出假定坐标法主要适用于断面线平行的测区，例如大堤，滩涂，河道沟渠，公路，山区，水库，排泥场，尤其在长断面线的工程项目中作用明显。

　　5结语

　　使用假定坐标结合全站仪测量断面较传统断面测量能提高不少工作效率，节省大量人力物力，但并非所有测量环境都能取代传统的断面测量方法。不同的测量项目要区别对待，使用一套合适的测量技术方法很有必要。

　　随着测量技术的发展和测量仪器的不断更新，全站仪在测量中的使用逐渐被GPS所取代。但是目前而言，GPS较为昂贵，如果每个测量员都配备RTK流动站的话，测量成本就很高了，如果能合理利用仪器，并结合相应的技术方法，节省大量测量成本，同样能提高生产效率。

　　参考文献

　　[1] 高等学校测绘工程专业核心教材工程测量学 张正禄 武汉大学出版社 2005

　　[2] 控制测量学 孔祥元、 郭际明 武汉大学出版社 2006

　　[3] 工程测量学 李青岳、 陈永奇 测绘出版社 2008

　　[4] 全站仪测量技术 何保喜 黄河水利出版社2005

　　[5] 大地测量学基础 孔祥元，郭际明，刘宗泉 武汉大学出版社 2010

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文章名称： 全站仪使用假定坐标在断面测量中的应用

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